كيفية اختيار معدات SVG المطابقة لقدرة محطات الطاقة؟

تقييم احتياجات مصانع الطاقة من القدرة العكسية لتحديد حجم وحدات التوليد الثابتة للطاقة (SVG) بدقة

ربط ملف الحمل وقوة الشبكة وطلب القدرة العكسية الديناميكي

يعتمد تحديد الحجم المناسب لنظام SVG بشكل رئيسي على ثلاثة عوامل تعمل معًا: كيفية تغير الحمل مع مرور الزمن، وقوة الشبكة الكهربائية (التي تُقاس بمعلَّمة تُسمى نسبة قدرة النظام إلى قدرة القصر «SCR»)، وما يحتاجه النظام من قدرة ردية في أي لحظةٍ معينة. فعلى سبيل المثال، في المنشآت الصناعية التي تتغير أحمالها تغيرًا كبيرًا، مثل مصانع الصلب التي تشغِّل أفران القوس الكهربائي الضخمة، غالبًا ما تشهد هذه المواقع تقلبات في القدرة الردية تتجاوز ٤٠٪ كل بضع ثوانٍ. وهذا يعني أن نظام SVG يجب أن يستجيب بسرعة فائقة، عادةً خلال نحو ٢٠ ملي ثانية، فقط للحفاظ على استقرار الجهد. وعندما تكون الشبكات الكهربائية ضعيفة نسبيًّا (أي عندما تكون قيمة SCR أقل من ٣)، فإن هذه التغيرات المفاجئة تؤدي إلى مشكلات جهد أكبر. ولذلك، تحتاج المنشآت التي تعمل في مثل هذه الظروف إلى أنظمة SVG أكبر بنسبة تراوح بين ٢٥٪ و٣٠٪ تقريبًا مقارنةً بما يكفي في الشبكات الأقوى. كما كشفت دراسة حديثة نشرتها مؤسسة مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) عام ٢٠٢٣ عن أمرٍ مثيرٍ للاهتمام: فقد وجد الباحثون أنه عند إهمال التشويهات التوافقية التي تتجاوز ٨٪ من إجمالي التشويه التوافقي (THD)، فإن المصمِّمين يختارون عادةً أنظمة SVG أصغر مما ينبغي بنسبة تبلغ نحو ١٨٪. وما العاقبة؟ إن مجموعات المكثفات تفشل مبكرًا عند حدوث انخفاض في الجهد.

دراسة حالة: تحديد حجم وحدات التوليد المُتحكَّم به إلكترونيًّا (SVG) ديناميكيًّا في مزرعة رياح بقدرة ٢٠٠ ميغاواط باستخدام تنبؤات على فترات ١٥ دقيقة

حسَّن مشغِّل طاقة متجددة نشر وحدات التوليد المُتحكَّم به إلكترونيًّا (SVG) باستخدام تنبؤات إنتاج الرياح على فترات ١٥ دقيقة، المرتبطة ببيانات ازدحام الشبكة التاريخية. وقد أدى ذلك إلى تغيير حجم وحدات SVG من هامش أمان تقليدي قدره ٣٥٪ إلى احتياطي مستهدف قدره ١٢٪. وشمل الحل ما يلي:

• وحدات SVG وحدوية بإجمالي سعة ٤٨ ميغافولت-أمبير-رياكتيف
• تكامل مباشر مع نظام التحكم والإشراف الآلي (SCADA) وفقًا للمواصفة القياسية IEC 61400-25
• خوارزميات تحكُّم تكيفية تُعدِّل تعويض الطاقة الركيبية بشكل ديناميكي استنادًا إلى معدلات التغير المتوقعة في الإنتاج

وكانت النتيجة خفضًا بنسبة ٦٧٪ في حالات انحراف الجهد، واستخدامًا بنسبة ٩٢٪ لقدرة وحدات SVG المُركَّبة — ما يُظهر كيف تُوائم التحليلات التنبؤية دعم الطاقة الركيبية الديناميكي بدقة مع السلوك الفعلي للمنشأة.

تحديد المواصفات الفنية استنادًا إلى متطلبات توافق الشبكة والقيود النظامية

حدود التوافقيات، وتحمل تقلبات الجهد (IEC 61000-2-2)، ومتطلبات نسبة قدرة النظام القصوى (SCR)

يجب أن تتماشى المواصفات الفنية لأنظمة SVG مع لوائح الشبكة الفعلية والمتطلبات الكهربائية المحددة في كل موقع تركيب. ويُسهم الحفاظ على تشويه التوافقيات عند أقل من ٥٪ من إجمالي التشويه التوافقي عند نقطة اتصال العميل (PCC) في منع مشاكل مثل ارتفاع حرارة المحولات وتشغيل أجهزة الحماية التلقائية بشكل غير صحيح. ووفقاً للمعيار IEC 61000-2-2، يجوز أن تتغير الجهد بنسبة ±١٠٪ أثناء الأحداث المؤقتة مثل بدء تشغيل المحركات أو إزالة الأعطال، مما يمنع وميض الإضاءة ويحافظ على استقرار النظام بأكمله. كما تلعب نسبة القصر (SCR) دوراً كبيراً في تحديد حجم نظام SVG؛ فعندما تنخفض قيم SCR إلى أقل من ٣، فإن التركيبات عادةً ما تحتاج إلى زيادة تراوح بين ٢٠ و٣٠٪ في سعة القدرة التفاعلية فقط للحفاظ على مستويات الجهد المناسبة أثناء الاضطرابات غير المتوقعة. وقد يؤدي عدم الامتثال لهذه المعايير إلى انقطاع إجباري عن الشبكة أو فرض غرامات من الجهات التنظيمية، لذا فإن تحديد هذه المعايير بدقة عبر نمذجة شاملة يُعد أمراً بالغ الأهمية قبل تركيب أي حلٍّ مبني على أنظمة SVG.

متطلبات الامتثال الرئيسية

ضمان دمج سلس لملفات SVG مع البنية التحتية الحالية لمحطات التحويل

حل مشكلة عدم توافق المرحلات القديمة من خلال واجهة GOOSE وفق معيار IEC 61850-9-2

غالبًا ما تُعَدّ أجهزة حماية التحكم الكهربائي القديمة عائقًا عند محاولة دمج أنظمة الـ SVG، وذلك بسبب اعتمادها على بروتوكولات اتصال خاصة بها. والحل يكمن في استخدام رسائل الـ GOOSE وفق المعيار الدولي IEC 61850-9-2، والتي تتيح نقل البيانات بين هذه الأجهزة القديمة ووحدات تحكم الـ SVG الجديدة بسرعةٍ فائقة. ونحن نتحدث هنا عن أزمنة استجابة تقل عن ٤ ملي ثانية عبر اتصالات الإيثرنت العادية، والأفضل من ذلك أن هذا الحل لا يتطلب استبدال أي معدات جاهزة. أما بالنسبة للعاملين في البيئات ذات الجهد العالي، فإن اتصالات الألياف البصرية تحل مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي التي قد تُخلّ بال señales. ووفقًا للمعايير الصناعية الحديثة الصادرة عام ٢٠٢٣، فإن اعتماد تنفيذ رسائل الـ GOOSE الموحَّدة يقلل وقت الإعداد بنسبة تصل إلى النصف مقارنةً بالطرق التقليدية. وما يجعل هذه الطريقة جذّابةً للغاية هو قدرتها على تمكين الشركات من الاستمرار في استخدام بنية أجهزة التحكم الكهربائي الحالية لديها مع الاستفادة الكاملة في الوقت نفسه من إدارة سريعة ومتناسقة للطاقة الاسترجاعية عبر النظام بأكمله.

فوائد وحدات SVG القابلة للتعديل والتوسيع للاستحداث التدريجي

تدعم هياكل SVG القابلة للتعديل الاستحداث التدريجي المُتناسق مع نمو المحطة وتطور الأحمال. ومن أبرز المزايا ما يلي:

• تحسين رأس المال : ابدأ بوحدات تتراوح سعتها بين ١٠–٢٠ ميغافولت أمبير راكتيف، ثم زِد السعة تدريجيًّا مع توسع القدرة التوليدية
• استمرارية التشغيل : تسمح الوحدات القابلة للاستبدال الساخن بصيانة النظام دون إيقاف التشغيل الكامل له
• المرونة التكنولوجية : تتيح عمليات الترقية في المراحل اللاحقة دمج برامج تحكم جديدة أو إلكترونيات قدرة متطورة دون الحاجة إلى إعادة تصميم النظام
• كفاءة المساحة : تشغل التصاميم المدمجة مساحة أقل بنسبة ٤٠٪ مقارنة بوحدات SVG التقليدية (تقرير حلول الشبكة لعام ٢٠٢٤)

ويضمن الاستحداث التدريجي أن تتم مطابقة التعويض الركتيف مع ملفات الأحمال الفعلية— مما يجنب الاستثمار المفرط المكلف، ويحافظ في الوقت نفسه على استقرار الجهد طوال مراحل التوسع. كما تتيح التكوينات القابلة للتوسيع تحقيق التكرار N+1 في محطات التحويل الحرجة ذات المهام الحيوية.

الأسئلة الشائعة

ما هو نظام SVG؟
نظام SVG، أو مولِّد المتغيرات الساكنة، هو جهاز يُستخدم لتحسين استقرار الجهد من خلال تزويد الشبكة أو امتصاص القدرة التفاعلية بسرعة حسب الحاجة.

لماذا يُعتبر معامل نسبة القصر (SCR) مهمًّا في تحديد حجم نظام SVG؟
يشير معامل نسبة القصر (SCR) إلى قوة الشبكة الكهربائية. وتتطلّب القيم الأدنى لـ SCR أنظمة SVG أكبر بسبب التقلبات الأكبر في الجهد.

كيف تحسّن التحليلات التنبؤية كفاءة نظام SVG؟
تُراعي التحليلات التنبؤية سعة نظام SVG وفقًا للإنتاج المتوقَّع والسلوك الفعلي للنظام، مما يؤدي إلى أداء مثالي وانخفاض انحراف الجهد.