إذا كنت قد مررت بالقرب من موقع ريفي حيث تدور توربينات الرياح بجوار الألواح الشمسية، أو مجمع تجاري يعمل على تشغيل عملياته الخاصة باستخدام كل من مصادر الطاقة المتجددة، فمن المحتمل أنك رأيت محطة فرعية مدمجة بعيدة عن الطريق - وهي جزء من العمود الفقري الهادئ الذي يحول الطاقة الخام المتغيرة إلى شيء قابل للاستخدام. باعتباري شخصًا يقوم بتزويد محطات فرعية مدمجة بطاقة الرياح الشمسية لسنوات، يُسألني طوال الوقت: "كيف يتصل هذا الصندوق الصغير فعليًا بكل تلك الأجزاء المختلفة؟" تتلخص الإجابة في بروتوكولات الاتصال، والقواعد المجهولة التي تبقي توربينات الرياح، ومحولات الطاقة الشمسية، والبطاريات، وعناصر التحكم في الشبكة في نفس الصفحة. تخطي المصطلحات الزائدة — فنحن نفصل هذا الأمر كما أشرحه للعملاء الجدد أثناء تناول القهوة، مع سياق حقيقي من العمل الذي نقوم به في شركتنا.
أولاً، دعونا نرتكز على ما هي عليه هذه المحطات الفرعية في الواقع، لأنه لا يعرف الجميع الفرق بين المحطات الفرعية الجاهزة، والمحطة الفرعية المدمجة، والعتاد الذي يقترن بها. بالنسبة لنا، تعد المحطة الفرعية المدمجة لطاقة الرياح الشمسية وحدة معيارية متكاملة تتعامل مع زيادة الجهد من مصادر الرياح والطاقة الشمسية، وتحويل الطاقة، والاتصال بالشبكة أو تخزين الطاقة - وهي طريقة أكثر مرونة من محطة فرعية كبيرة تقليدية. إذا كنت مهتمًا بالأجهزة الأساسية، فاطلع على صفحة المحطات الفرعية الجاهزة لدينا هنا: /pad-mounted-transformers/prefab-substation.html، أو صفحة المحطات الفرعية المدمجة المخصصة لدينا هنا: /pad-mounted-transformers/compact-substation.html، لمعرفة مدى تناسبها مع المشاريع الحقيقية. بغض النظر عن كيفية بناء المحطة الفرعية، فإن البروتوكولات التي تستخدمها هي ما يجعلها تعمل بشكل موثوق، خاصة عندما تقوم بمزج اثنين من مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة للغاية مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
لنبدأ بالعمود الفقري الأكثر شيوعًا: Modbus. من المحتمل أنك سمعت عن هذا - فهو موجود منذ أواخر السبعينيات، مما يعني أنه تم اختباره في المعركة للمعدات الصناعية، وهذا بالضبط ما نستخدمه أكثر للاتصالات الأساسية بين مكونات المحطات الفرعية ومصادر الطاقة المتجددة. وإليك كيفية العمل، بكل وضوح وبساطة: يرسل Modbus حزم بيانات صغيرة عبر الأسلاك (مثل كابل Ethernet أو RS-485 الأقدم) ويسأل الأجهزة عن أشياء مثل، "ما هو جهدك الآن؟" أو "هل هناك حمل زائد؟" بالنسبة للمحطات الفرعية المدمجة التي تعمل بالطاقة الشمسية، يعد Modbus مثاليًا للأشياء اليومية التي لا تتطلب أي ضجة - مثل تتبع مقدار الطاقة التي تضخها توربينات الرياح، أو عدد اللوحات المتصلة، أو ما إذا كان المحول المثبت على اللوحة يصبح ساخنًا جدًا. انتظر، إن المحول المثبت على الوسادة - وهو العمود الفقري لدينا الذي يعمل على زيادة الجهد من مستويات التوربينات/الطاقة الشمسية إلى مستويات الشبكة - يعتمد على Modbus أيضًا في فحوصاته الصحية الأساسية. إذا كنت تريد التعمق في ذلك، فتوجه إلى صفحة المحولات المثبتة على اللوحة هنا: /pad-mounted-transformers/pad-mounted-transformer.html. المفتاح في Modbus لهذه المحطات الفرعية هو أنها خفيفة الوزن، ولا تحتوي على إعدادات فاخرة، لذلك من السهل دمجها مع التوربينات القديمة أو المحولات القديمة التي لا تزال تستخدمها بعض مزارع الرياح الصغيرة. الجانب السلبي الوحيد؟ إنه ليس رائعًا لنقل كميات هائلة من البيانات بسرعة، لذلك لا نستخدمه لمزامنة الشبكة في الوقت الفعلي. وهنا يأتي دور البروتوكول التالي.
عندما نحتاج إلى بيانات سريعة وموثوقة لاتخاذ قرارات كبيرة، فإننا نلجأ إلى DNP3. هذا اختصار لـ Distributed Network Protocol 3، وهو مصمم خصيصًا لأنظمة الطاقة على مستوى المرافق - وهو بالضبط نوع البيئة التي تعيش فيها محطة فرعية مدمجة تعمل بطاقة الرياح والطاقة الشمسية. فكر في DNP3 باعتباره شرطي المرور لاتصال الشبكة بالكامل: فهو يحمل بيانات في الوقت الفعلي مثل تردد الشبكة، ومقدار الطاقة التي نرسلها إلى الشبكة، وأي انخفاضات مفاجئة تحتاج إلى إصلاح فوري. على سبيل المثال، إذا كانت السحابة تغطي مزرعة للطاقة الشمسية وانخفض الإنتاج بنسبة 30% في 10 ثوانٍ، يرسل DNP3 تلك البيانات إلى كل من التحكم في المحطة الفرعية ومشغل الشبكة بالمللي ثانية حتى لا نتعطل مصدر الطاقة. كما أن لديها أيضًا عمليات فحص مدمجة للتأكد من عدم تلف البيانات، وهو أمر ضخم عندما تتعامل مع قواعد الامتثال للشبكة. نوصي دائمًا بـ DNP3 للمشروعات التي تتصل بشبكة المرافق المحلية، لأنه المعيار الذي تثق به معظم الشبكات للاتصال ثنائي الاتجاه (ليس فقط إرسال البيانات، ولكن أيضًا استقبال إشارات التحكم مرة أخرى - مثل "أبطئ إخراجك لمدة دقيقة لأن الشبكة مضغوطة").
الآن، مع مصادر الطاقة المتجددة، أصبح تخزين الطاقة أمرًا ضروريًا هذه الأيام. وهنا يأتي دور الآلة المتكاملة لمحول تخزين الطاقة، ولدينا معلومات مخصصة حول ذلك هنا: /pad-mounted-transformers/energy-storage-inverter-integrated-machine.html، لأن تخزين طاقة شمسية/رياح إضافية عندما لا تكون الشمس مشرقة أو لا تهب الرياح يضيف طبقة جديدة تمامًا من احتياجات الاتصالات. للتخزين، نستخدم بروتوكولين رئيسيين: IEC 61850 وModbus TCP. IEC 61850 هو المعيار الكبير لأتمتة المحطات الفرعية - فهو مصمم خصيصًا للمحطات الفرعية الحديثة، لذا فهو يتعامل مع جميع الأشياء المعقدة مثل مزامنة عاكس البطارية مع الشبكة، وإدارة دورات الشحن/التفريغ، والتكامل مع الأجهزة الذكية الأخرى في المحطة الفرعية. الشيء الجميل في IEC 61850 هو أنه يستخدم Ethernet، لذا يمكنه التعامل مع بيانات أكثر بكثير من Modbus القديم، وهو مثالي عندما تقوم بموازنة الطاقة بين توربينات الرياح و1000 لوح شمسي وحزمة بطارية بقدرة 500 كيلو وات في الساعة. نقوم أحيانًا بإقران IEC 61850 مع Modbus TCP أيضًا - Modbus TCP هو مجرد Modbus عبر Ethernet، لذلك من السهل توصيل أجهزة التخزين الأقدم أو الأقل تعقيدًا التي لا تحتاج إلى إعداد IEC 61850 الكامل.
انتظر، ماذا عن الوقت الذي تحتاج فيه المحطة الفرعية إلى إرسال البيانات إلى فريقنا أو إلى تطبيق الهاتف/سطح المكتب الخاص بالعميل؟ وهنا يأتي دور MQTT، وهو بروتوكول أجهزة إنترنت الأشياء (IoT)، وهو ذو صلة كبيرة بالمراقبة عن بعد. يتميز MQTT بخفة الوزن، لذا فهو يعمل حتى إذا كان لديك اتصال متقطع بالإنترنت في موقع بعيد يعمل بالرياح/الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، إذا أراد عميلنا التحقق من مخرجات محطته الفرعية أثناء إجازته، فإن MQTT يرسل تلك البيانات مباشرة إلى هاتفه دون استخدام الكثير من النطاق الترددي. كما أنه يتيح لنا الحصول على تنبيهات في حالة تعطل شيء ما - مثل "درجة حرارة المحول 10 درجات عالية جدًا" أو "شحن البطارية أقل من 20%" - مما يعني أنه يمكننا المساعدة في إصلاح المشكلات الصغيرة قبل أن تصبح مشكلات كبيرة ومكلفة. نحن نتأكد من أن كل محطة فرعية مدمجة تعمل بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي نوفرها تحتوي على إعداد MQTT لهذا النوع من الوصول عن بعد، لأن معظم عملائنا لا يريدون القيادة لساعات فقط للتحقق من القراءة.
يجب أن أكون صادقًا، فنحن لا نستخدم كل بروتوكول لكل مشروع. تعتمد المجموعة الصحيحة على بضعة أشياء: حجم مزرعة الرياح/الطاقة الشمسية، وما إذا كانت متصلة بالشبكة أو خارجها، وما إذا كان هناك مخزن للبطارية، ومقدار المراقبة عن بعد التي يحتاجها العميل. على سبيل المثال، قد يحتاج النظام الشمسي الصغير الموجود على السطح والمقترن بتوربينة رياح صغيرة فقط إلى Modbus وMQTT. لكن مزرعة طاقة الرياح الشمسية على نطاق واسع والتي تحتوي على بطارية كبيرة ستحتاج إلى Modbus لفحص المعدات الأساسية، وDNP3 لمزامنة الشبكة، وIEC 61850 لإدارة التخزين، وMQTT للتنبيهات عن بعد. نحن نصمم كل محطة فرعية مدمجة تعمل بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح وفقًا لاحتياجات العميل المحددة، لأن حجمًا واحدًا لا يناسب الجميع هنا أبدًا.
من الأخطاء الشائعة التي نرى العملاء يرتكبونها هو المبالغة في تعقيد البروتوكولات. بالتأكيد، يمكنك إضافة بروتوكولات جديدة رائعة، ولكن إذا كانت أجهزتك لا تدعمها، فهذا مجرد إهدار للمال. نبدأ دائمًا بالسؤال: ما هي الأجهزة التي تستخدمها بالفعل؟ ماذا تحتاج للمراقبة؟ كم مرة تحتاج إلى إرسال البيانات؟ ثم نختار البروتوكولات التي تعمل بشكل أفضل لهذا الإعداد، دون أي إضافات إضافية. ولهذا السبب تم تصميم محطاتنا الفرعية المدمجة لطاقة الرياح الشمسية لتكون مرنة - يمكننا إضافة أو إزالة دعم البروتوكول بناءً على ما يحتاجه العميل، لذلك لا يضطرون إلى نسخ المعدات واستبدالها بعد عامين.
إذا كنت تقوم ببناء مشروع جديد لطاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، أو تتطلع إلى ترقية محطتك الفرعية الحالية، فإن بروتوكولات الاتصال تستحق أن تكون صحيحة. إنها ليست مجرد مصطلحات تقنية، بل هي ما يجعل مصادر الطاقة المتجددة لديك موثوقة، وتبقيك متوافقًا مع قواعد الشبكة، وتتيح لك مراقبة نظامك دون التواجد في الموقع. لقد قمنا بتوريد محطات فرعية مدمجة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية لسنوات، لذلك نحن نعرف بالضبط كيفية إقران البروتوكولات الصحيحة مع الأجهزة. إذا كنت مهتمًا بالمحطات الفرعية المدمجة للطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فاطلع على صفحتنا هنا: /pad-mounted-transformers/wind-solar-power-compact-substation.html، أو تواصل مع فريقنا للتحدث عن احتياجات مشروعك. نحن هنا لمساعدتك في اختيار الإعداد المناسب، دون الحاجة إلى استخدام مصطلحات مربكة.
مراجع
- اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). (2017). IEC 61850: شبكات وأنظمة الاتصالات لأتمتة مرافق الطاقة.
- منظمة مودبوس. (2022). مواصفات بروتوكول Modbus V1.1b.
- مجموعة مستخدمي بروتوكول الشبكة الموزعة. (2021). الإصدار 3.0000 من بروتوكول DNP3: دليل التنفيذ.
- واحة. (2014). إصدار MQTT 3.1.1: معيار OASIS.
- وزارة الطاقة الأمريكية. (2020). تحديث الشبكة: بروتوكولات الاتصال لموارد الطاقة الموزعة.
