مقدر حالة جودة الطاقة الكهربائية لشبكات التوزيع الذكية

أهمية مقدر حالة جودة الطاقة الكهربائية لشبكات التوزيع الذكية

إن الحاجة إلى تحديث الشبكة لتمكينها من تلبية احتياجات المستقبل مقبولة جيداً، وقد أدى ذلك إلى مفهوم الشبكة الذكية كمسار لزيادة ذكاء الشبكة الكهربائية لتلبية متطلبات المستقبل، بحيث يتضمن جزء من هذا التقدم في البنية التحتية للقياس والتي ستجعل كمية كبيرة من البيانات متاحة في المستقبل.

ونظراً لأن التقدم في القياس ونشر البنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI) يتيح الوصول إلى ثروة من البيانات؛ فإن المشكلة تتمثل في تحويل الكمية الهائلة من البيانات المتاحة إلى معلومات مفيدة تساعد الشبكات الذكية على التطور وتحقيق الوظائف المطلوبة، كما أن هناك حاجة إلى الخوارزميات الذكية للتحكم في كل من التوليد والطلب لتحسين إدارة نظام التوزيع من أجل تعظيم كفاءة البنية التحتية واستخدامها وموثوقيتها ومرونتها.

كما يوجد بالفعل مستوى عالٍ من الخوارزميات الذكية التي تم نشرها بالفعل في بعض أنظمة الطاقة الكهربائية، ولكن هذه مخططات مصممة خصيصاً لمرة واحدة للتغلب على المشكلات المحددة على وجه التحديد، وهذه تستند إلى دراسة العديد من الحالات الطارئة وتحديد أفضل مسار للعمل، وعلى سبيل المثال في نيوزيلندا هناك “مخططات إعادة التشغيل”.

وفي حالة حدوث حالة طوارئ معينة؛ فإنه يتم نسخ التوليد في مواقع معينة (أو رابط HVDC) احتياطياً لضمان عدم تحميل الدوائر المتبقية بشكل زائد، مما يتسبب في التعثر. يُنظر إلى مخططات إعادة التشغيل على أنها طريقة للسماح للجيل الجديد بالاتصال مع تقييد أو تجنب الحاجة إلى ترقيات الأصول.

وفي الآونة الأخيرة، أدت أهمية قضايا جودة الطاقة وانخفاض سعر العدادات القادرة على قياس مؤشرات جودة الطاقة إلى تركيز البحث على توسيع مفهوم تقنيات تقدير الحالة إلى قضايا جودة الطاقة، بحيث يُطلق على هذا المجال من البحث تقدير حالة جودة الطاقة (PQSE)، كما ويمثل فئة من التقنيات كما هو موضح في الشكل السابق (1).

وعلى الرغم من اختلاف الصياغة والكميات التي يستخدمونها؛ فإن السمة المشتركة هي أنهم يطبقون تقنيات تقدير الحالة لتشغيل مشاكل الجودة، كذلك تقدير الحالة التوافقية (HSE) وتحديد المصادر التوافقية وتقدير الحالة العابرة (TSE) وتقدير حالة انخفاض الجهد / [Sag (VDSE)]، وهي كلها أنواع من (PQSE)، لذلك؛ فإن (PQSE) ليس نوعاً معيناً من التحليل ولكنه يغطي العديد من الأنواع المختلفة في مجال جودة الطاقة.

تقدير حالة جودة الطاقة الكهربائية

تقدير حالة جودة الطاقة هو تقنية يمكن من خلالها تقدير جودة الطاقة في مكان غير مراقب من خلال عدد محدود من القياسات، بحيث يوضح الشكل التالي (2)، وذلك ضمن إطار عمل (PQSE)، وذلك استناداً إلى طوبولوجيا الشبكة ومعلمات المكونات، كما تتم صياغة نموذج مناسب للنظام. تُستخدم القياسات الجزئية التي يوفرها نظام الاتصال السلس كمدخل لوحدة تقدير حالة جودة الطاقة لتقدير مؤشرات جودة الطاقة ذات الصلة للمواقع غير الخاضعة للرقابة.

تعتمد الطريقة الدقيقة التي يتم بها تقييم جودة الطاقة وقياسها على المشكلة المحددة والمشكلات المحتملة وهذا يتطلب نوعاً مختلفاً من الخوارزمية الذكية (PQSE) لكل ظاهرة، وبعد تحديد بعض المشكلات على الشبكة؛ سيسمح للخوارزمية الذكية بتحديد أفضل مسار للعمل لتقليل الاضطراب في الشبكة.

لذلك قد يتم إعطاء هذا من حيث التوصيات لمشغل النظام أو الإجراء الآلي، وفي الواقع يمكن اعتبار تقدير حالة التردد الأساسي التقليدي (PQSE)، وذلك لأن جهد الحالة المستقرة (الجهد المنخفض أو الزائد) يمثل مشكلة في جودة الطاقة.

تقدير الحالة التوافقية (HSE)

تتمثل مهمة (HSE) في إنشاء “أفضل” تقدير للمستويات التوافقية من بيانات توافقية محدودة المقاسة، وهي معطوبة بضوضاء القياس، حيث أن هذا هو عكس الاختراق التوافقي حيث أن المصادر التوافقية غير معروفة ويتم تحديد المستويات التوافقية في جميع أنحاء النظام من خلال عدد محدود من القياسات التوافقية.

كما تم إنجاز قدر كبير من العمل على الصحة والسلامة والبيئة من وجهات نظر مختلفة مثل العثور على العدد الأمثل للقياسات وأفضل موقع لها وتحليل البيانات السيئ وتفاوت المستويات التوافقية مع الوقت وتقدير نوع الأحمال التي تولد التوافقيات، كما تم تقديم تنفيذ (HSE)، وذلك بناءً على بيانات الاختبار الميداني في اليابان.

تقدير حالة الجهد المنخفض (VSSE)

في المساهمات السابقة، يعتبر تقدير حالة ترهل الجهد (VSSE) بشكل عام في مجالين رئيسيين، بينما يشير الأول إلى عدد انخفاضات الجهد التي تنشأ في نقاط التوزيع غير الخاضعة للرقابة من عدد (تردد) الارتخاء الذي تم الحصول عليه في عدد محدود من الحافلات المراقبة، كما يشير الثاني إلى استخدام تقنيات التقدير لقياس مستوى الترهل (الحجم) عند كل عقدة من مغذي التوزيع.

كما يقترح الباحثون تقدير ملف تعريف الجهد (ومن ثم مستويات الترهل) على طول وحدة تغذية التوزيع باستخدام نقاط مُقاسة محدودة، وذلك بناءً على خاصية التوصيل الشعاعي وترابط الأعطال في الترهل، وبعد ذلك، تستخدم طريقة المربع الصغرى للتنبؤ بملف الترهل على طول خط التوزيع لحساب مؤشرات جودة طاقة التغذية مثل مؤشر متوسط ​​تردد (RMS) للنظام (SARFIx).

تقدير الحالة العابرة (TSE)

(TSE) هي وظيفة عكسية لمحاكاة عابرة، بينما تُستخدم المحاكاة العابرة لتحليل عواقب الاضطراب على جهد نظام الطاقة والتيار وما إلى ذلك، كما يتم استغلال (TSE)، وذلك لتحديد سبب التغيير العابر في معلمات النظام، لذلك يمكن استخدام (TSE) كأداة قيّمة لأغراض التشخيص في أنظمة الطاقة.

كما تتطلب الاختلافات العابرة في (TSE) حلاً للمجال الزمني للنظام بالإضافة إلى صياغة ديناميكية لتمثيل مكونات النظام، حيث إن الفئتين العريضتين من الطرق المستخدمة في المحاكاة الرقمية للمعادلات التفاضلية التي تمثل الأنظمة المستمرة هما الحل العددي للمعادلات التفاضلية ومعادلات الفرق، والتي يتم استخدامها بواسطة صيغة متغير الحالة وطريقة (Dommel’s EMTP) على التوالي.

كما قدم (Kent Yu) مساهمة جيدة في هذا المجال من خلال تقديم مفهوم ومهمة (TSE) لتحديد سبب التغيير العابر في الفولتية والتيارات في النظام عن طريق القياسات الجزئية، كما استخدم صيغة متغير الحالة لنمذجة مكونات النظام لتطوير معادلة القياس، ومع ذلك أظهرت إحدى المساهمات إمكانية استخدام استبدال التكامل العددي (NIS)، وهو المعروف أيضاً باسم طريقة دوميل وعلى نظام بسيط أحادي الطور بمكونات مجمعة.

كما يتميز نهج (NIS) بالعديد من المزايا مقارنة بصياغة متغير، وذلك مع أخذ (TSE) إلى أبعد من ذلك، بحيث تقدم هذه الورقة صياغة من ثلاث مراحل لـ (TSE) باستخدام (NIS) وتطبيقها، وفي الوقت الحاضر تم تنفيذ نموذج خط نقل ثلاثي الأطوار يتكون من أقسام (PI) مجمعة، مما يسمح بتمثيل الاقتران المتبادل وعدم التوازن.

لذلك يعد هذا أكثر ملاءمة لأنظمة التوزيع حيث تكون أطوال الخطوط أصغر من النقل، وحتى مع ذلك ستحتاج أقسام (PI) المتعددة إلى أن تكون متتالية لتمثيل بعض خطوط النقل، وفي هذا الطرح ينصب التركيز على إطار العمل وإمكانية تطبيق تقنية تقدير حالة جودة الطاقة الجديدة هذه بدلاً من نماذج المكونات، والتي سيتم صقلها وتصبح أكثر دقة مع تقدم الوقت.

شاهد أيضاً

المحول الكهربائي العكسي للتطبيقات منخفضة الطاقة

أهمية المحول الكهربائي العكسي للتطبيقات منخفضة الطاقة في الأنظمة الإلكترونية الحديثة، يتم استخدام محول تيار …