با گذار سیستم‌های قدرت از ساختار سنتی به مدل‌های رقابتی و مدرن، منابع تولید پراکنده (DG) نقشی کلیدی در تحول صنعت برق ایفا میکنند.
مقدمه:
با گذار سیستم‌های قدرت از ساختار سنتی به مدل‌های رقابتی و مدرن، منابع تولید پراکنده (DG) نقشی کلیدی در تحول صنعت برق ایفا میکنند. در راستای کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی و حرکت به‌سوی انرژی‌های پاک، منابع تجدیدپذیر مانند نیروگاه‌های خورشیدی و بادی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته‌اند. این منابع نه‌تنها به کاهش آلودگی کمک میکنند، بلکه مزایایی مانند کاهش هزینه‌های تولید، بازدهی بالاتر در برخی موارد و پایداری بلندمدت را به همراه دارند.
1.پتانسیل بی‌نظیر ایران در انرژی خورشیدی:
ایران با برخورداری از بیش از ۳۰۰ روز آفتابی در سال و متوسط تابش خورشیدی 4.4 تا 5.5 کیلووات‌ساعت بر مترمربع در روز، یکی از مستعدترین کشورهای جهان برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی است. این ظرفیت عظیم، سرمایه‌گذاری در نیروگاه‌های خورشیدی را به گزینه‌ای جذاب و آینده‌دار تبدیل کرده است. استقبال روزافزون سرمایه‌گذاران از این حوزه، نشان‌دهنده پتانسیل بالای اقتصادی و زیست‌محیطی انرژی خورشیدی در ایران است.
بر این اساس با توجه به نقش منابع تولید‌پراکنده در شبکه برق ایران و لزوم اصلاح ساز و کارهای موجود در این حوزه هم از منظر فنی و هم از منظر غیر فنی، در سال 1400 آخرین نسخه دستورالعمل شرکت توانیر با عنوان «اتصال منابع تولید‌پراکنده به شبکه برق ایران» مطابق آخرین استاندارهای جهانی برای اتصال منابع اینورتری و غیر اینورتری به تمام شرکت‌های برق ابلاغ گردید.
لازم به ذکر است برای کلیه نیروگاه های تولید‌پراکنده متصل به شبکه، سرمایه‌گذار می بایست کلیه مطالعات (پخش‌بار، اتصال کوتاه، هارمونیک و …) مورد نظر این دستورالعمل را توسط شرکت مشاور مورد تأیید شرکت توزیع و برق منطقه‌ای انجام دهد و در صورت مغایرت نتایج با استانداردهای دستورالعمل مذکور، بازنگری طرح اتصال توسط شرکت مشاور و سرمایه‌گذار و با همانگی شرکت برق مربوطه انجام می شود. این بازنگری می تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی‌های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، تغییر نوع اینورتر و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود.
باید توجه داشت که هدف، بررسی حداقل تجهیرزات حفاظتی مورد نیاز در سیستم اتصال منبع تولید‌پراکنده به شبکه در نقطه PCC است و نه حفاظت منبع تولید‌پراکنده. به عبارت دیگر هدف، حفاظت شبکه در برابر تأثیرات ناشی از منبع تولید‌پراکنده بر شبکه است. مسئولیت حفاظت از منبع تولید‌پراکنده بر عهده مالک منبع تولید‌پراکنده است و مالک باید برای حفاظت مولدهای خود، توابع حفاظتی مورد نیاز را پیش بینی نماید.
1.1. الزامات فنی و مطالعات موردنیاز
سرمایه‌گذاران نیروگاه‌های تولید پراکنده متصل به شبکه موظفند مطالعات جامعی شامل تحلیل پخش‌بار، اتصال‌کوتاه، هارمونیک و سایر موارد مندرج در دستورالعمل را توسط مشاوران مورد تأیید شرکت‌های توزیع یا برق منطقه‌ای انجام دهند. در صورت عدم انطباق نتایج با استانداردها، بازنگری طرح اتصال ضروری است. این بازنگری ممکن است شامل موارد زیر باشد:
تغییر سطح مقطع هادی‌ها یا تنظیمات ولتاژ
استفاده از تجهیزات تنظیم‌کننده ولتاژ
تغییر نوع اینورتر یا سایر تجهیزات
اصلاح محل نصب یا توان خروجی مولد
2.طبقه بندی منابع تولید‌پراکنده با توجه به قدرت نامی:
از لحاظ قدرت نامی این مولدها مطابق جدول (1)، در 5 کلاس طبقه‌بندی می‌شوند.
3. طرح های مجاز اتصال منابع تولید‌پراکنده به شبکه با توجه به قدرت نامی:
با توجه به طبقه بندی صورت گرفته در جدول (1)، مولدها با توجه به کلاس قدرتی که در آن قرار می‌گیرند از طریق یک یا دو طرح خاص می‌توانند به شبکه متصل شوند (شکل 1).
طرح 1: اتصال از طریق فیدر فشار ضعیف عمومی
طرح 2: اتصال از طریق فیدر فشار ضعیف اختصاصی
طرح 3: اتصال از طریق فیدر فشار متوسط عمومی
طرح 4: اتصال از طریق فیدر فشار متوسط اختصاصی
طرح 5: اتصال از طریق خط فوق توزیع اختصاصی به سمت فشارقوی پست فوق توزیع
طرح های مجاز که با توجه به مجموع توان نامی منابع تولید‌پراکنده می توان برای اتصال این منابع به شبکه مورد استفاده قرار داد، در جدول (2) ارائه شده است.
با توجه به جدول (2) مشخص می‌شود که برخی از کلاس‌های منابع تولید‌پراکنده را نمی‌توان از طریق برخی از طرح‌های خاص به شبکه برق متصل نمود. به عنوان مثال اتصال مولدهای کلاس 2 از طریق طرح 5 به شبکه مجاز نمی‌باشد.
4. مطالعات فنی تهیه طرح های اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه:
به منظور بررسی تأثیر اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه برق، مطالعات فنی جدول (3) باید انجام شود.
لازم به ذکر است برای کلیه نیروگاه‌های تولید‌پراکنده متصل به شبکه، سرمایه‌گذار می‌بایست کلیه مطالعات (پخش‌بار، اتصال‌کوتاه، هارمونیک و …) مورد نظر دستورالعمل توانیر را توسط شرکت مشاور مورد تأیید شرکت توزیع و برق منطقه‌ای انجام دهد و در صورت مغایرت نتایج با استانداردهای دستورالعمل توانیر، بازنگری طرح اتصال توسط شرکت مشاور و سرمایه‌گذار و با هماهنگی شرکت برق مربوطه انجام می‌شود. این بازنگری می‌تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی‌های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، تغییر نوع اینورتر و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود.
4.1. مطالعات پخش‌بار در حالت عادی و اضطراری:
مطالعات پخش‌بار، یکی از مطالعات پایه برای تعیین الزامات اتصال منابع تولید‌پراکنده به شبکه برق می‌باشد. این مطالعات برای تعیین موارد زیر انجام می‌گیرد.
تعیین استراتژی مناسب جهت کنترل توان راکتیو و کنترل ولتاژ
تعیین قیود و محدودیت‌های عملکرد در حالت دائم
تهیه اطلاعات لازم برای مطالعات کیفیت توان و هماهنگی حفاظتی
در مطالعات پخش‌بار، مهمترین موردی که بررسی می‌گردد، پروفیل ولتاژ در طول فیدر است. ورود و خروج منبع تولید‌پراکنده به شبکه در هیچ حالت بهره‌برداری نباید باعث شود سطح ولتاژ در هیچ نقطه‌ای از شبکه از مقادیر مجاز (حداقل و حداکثر) تجاوز نماید. بنابراین، به منظور بررسی پروفیل ولتاژ در شرایط مختلف بهره‌بردای، دو سناریوی زیر در مطالعات پخش‌بار بایستی در نظر گرفته شود.
شبکه در وضعیت کم‌باری و با حضور منبع تولید‌پراکنده (افزایش ولتاژ)
شبکه در وضعیت پرباری و بدون حضور منبع تولید‌پراکنده (کاهش ولتاژ)
همچنین در صرورت وجود خازن جبران‌ساز و یا مولد دیگر لازم است فیدر مربوطه تا محل خازن یا مولد دیگر مدل شود.
در صورت مغایرت نتایج پخش‌بار با استاندارد، لازم است در طرح اتصال بازنگری انجام شود. این بازنگری می‌تواند شامل تغییر تجهیزات مورد استفاده اعم از تغییر سطح مقطع هادی‌های مختلف، تغییر تنظیمات ولتاژ و در صورت لزوم استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ و… باشد. همچنین ممکن است تغییراتی در محل نصب و همینطور توان خروجی مولد انجام شود. این تغییرات لازم است با هماهنگی کامل شرکت برق مربوطه و سرمایه‌گذار صورت گیرد.
4.2. مطالعات اتصال کوتاه:
نتایج حاصل از این مطالعات در موارد زیر کاربرد دارد:
انتخاب تجهیزات حفاظتی
تنظیم رله های حفاظتی
هماهنگی رله‌های حفاظتی در سطوح مختلف
درصورتی که نتایج از حدوده مجاز تجاوز کند، می‌بایست اقدامات اصلاحی نظیر تغییر تجهیزات، تغییر ظرفیت مولد پراکنده و … برای برطرف‌کردن مشکل ایجاد شده در نظر گرفته شود.
4.3. مطالعات کیفیت توان:
این مطالعات برای تعیین موارد زیر انجام می‌گیرد:
اغتشاشات گذرا
قطعی‌ها
افت کوتاه مدت ولتاژ
افزایش کوتاه مدت ولتاژ
هارمونیکها (منابع تولید‌پراکنده اینورتری از قبیل سلولهای خورشیدی و پیلهای سوختی به دلیل دارا بودن ادوات الکترونیک قدرت، هارمونیک به شبکه تزریق میکنند که منجر به کاهش کیفیت توان خواهد شد)
نوسانات ولتاژ: مسائل مهمی که در این رابطه مطرح است عبارتند از:
اضافه ولتاژهای ناشی از شار توان معکوس
اثرات متقابل با تنظیم‌کننده‌های ولتاژ (تپ چنجر و رگولاتور ولتاژ)
اثر حضور یا عدم حضور منبع تولید‌پراکنده در پروفیل ولتاژ
5. الزامات هارمونیک:
در جداول (4) تا (6) الزامات هارمونیک ارائه شده است.
6. الزامات توان راکتیو:
در جداول (7) تا (9) الزامات هارمونیک ارائه شده است.
7. تجهیزات مورد نیاز برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه:
منابع تولید‌پراکنده برای اتصال به شبک برق، نیاز به تجهیزات خاصی دارند. برای هر یک ازکلاس‌های قدرت منابع تولید‌پراکنده و بسته به محل اتصال مولد به شبکه، تجهیزات قدرت، کنترلی، مانیتورینگ، اندازه‌گیری و حفاظتی به همراه طرح ارائه می گردد.
باید توجه داشت که، هدف بررسی حداقل تجهیرزات حفاظتی موردنیاز در سیستم اتصال منبع تولید‌پراکنده به شبکه در نقطه PCC است و نه حفاظت منبع تولید‌پراکنده. به عبارت دیگر هدف، حفاظت شبکه در برابر تأثیرات ناشی از منبع تولید‌پراکنده بر شبکه است. مسئولیت حفاظت از منبع تولید‌پراکنده بر عهده مالک منبع تولید‌پراکنده است و مالک منبع تولید‌پراکنده باید برای حفاظت مولدهای خود توابع حفاظتی مورد نیاز را پیش‌بینی نماید.
در جداول (10) تا (12) توابع الزامی سیستم حفاظتی برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه ارائه شده است.
