اختراق الطاقة المتجددة باستخدام الطريقة السلبية للتيار الكهربائي

أسباب اختراق الطاقة المتجددة باستخدام الطريقة السلبية للتيار الكهربائي

يتم تركيب مولدات الطاقة المتجددة بالقرب من مراكز التحميل ويتم تبادل الطاقة الزائدة مع شبكة المرافق، حيث إن الاعتبار التشغيلي الرئيسي لهذه المولدات هو سيناريو الجزر حيث يظل جزء من شبكة المرافق، والذي يحتوي على أحمال ومولدات الطاقة المتجددة، وهو نشطاً أثناء عزله عن شبكة مرافق الشبكة الكهربائية الرئيسية، كذلك المعايير الدولية بما في ذلك (IEEE 1547-2003 ،IEC 62116 ،IEEE 929-200 ،AS 4777.3-2005 ،UL 1741 و VDE 0126-1-1).

تحدد أنه يجب فصل مولدات الطاقة المتجددة عن الشبكة خلال ثانيتين بعد تشكيل المنفعة لسيناريو الجزيرة، كما يمكن تحقيق ذلك من خلال تطبيق أنظمة كشف فعالة وسريعة للجزر (IDS)، بحيث يتم تصنيف (IDSs) على أنها (IDS) عن بعد و (IDS) محلية اعتماداً على تركيب الأجهزة المستخدمة للقياس، كما قد تكون (IDS) المحلية سلبية ونشطة ومختلطة بطبيعتها.

لذلك قدم الباحثون دراسة مفصلة للطرق النشطة المضادة للجزر والتي يمكن استخدامها بفعالية في المحولات المتكاملة للوحدات (MICs)، حيث أن هذه التقنيات فعالة مع ارتفاع مستوى تغلغل الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) في شبكة التوزيع التي تعمل بجهد منخفض، كما تمت مناقشة الدراسة المقارنة لخطط مكافحة الجزر هذه مع الأخذ في الاعتبار المعلمات مثل (NDZ) ومنطقة الكشف الخاطئ المخفضة ومتطلبات الامتثال لجودة الطاقة (PQ).

كما جرت دراسة لاستقصاء تأثير المحولات الكهربائية المستخدمة في تكامل الشبكة لمورد الطاقة الموزعة (DER) على مخططات الحماية المضادة للجزيرة، كما تم تصميم مخطط مضاد للجزر باستخدام الحقن التوافقي وهو فعال مع مستويات اختراق مختلفة لـ (DERs) وظروف مختلفة لشبكات الجزر، حيث أن (IDSs) السلبية تستخدم إما التغيرات في معلمات النظام أو معالجة إشارات التيار والجهد بتطبيق تقنيات معالجة الإشارة.

أيضاً تم تصميم (IDS) السلبي باستخدام الميزات المستخرجة من الطاقة التفاعلية التي تطبق (EMD و K-mean clustering) من الفعال تحديد أحداث الجزر في فترة زمنية من دورتين باستخدام (NDZ) صغير دون التأثير على جودة الطاقة، بحيث صمم (IDS) السلبي الذي يحدد أحداث الجزر باستخدام مؤشر الجهد الكهربائي من الفعال التعرف على أحداث الجزر حتى مع عدم تطابق الطاقة الكبير مع الحد الأدنى من (NDZ) في وجود مولدات متعددة التوزيع.

شبكة المرافق مع توليد الطاقة المتجددة

يتم اختبار (IDS) المقترحة بشكل فعال على شبكة المرافق، والتي تتحقق باستخدام نظام اختبار العقدة (IEEE-13)، كما تم دمج محطة طاقة الرياح (WPP) بقدرة (1.5) ميغاوات ومحطة الطاقة الشمسية (SPP) المصنفة عند (1) ميجاوات في العقدة (680) من هذا النظام باستخدام محولات (WPT) (محول محطة الرياح) و (SPT) (محول محطة الطاقة الشمسية) على التوالي كما هو موضح في الشكل التالي (1).

كما أن السعة المقدرة لنظام التوزيع هي ( MVA-5) بتردد (60) هرتز ويتم تشغيل العقد المختلفة للنظام عند مستويين من الجهد يبلغ (4.16) كيلو فولت و (0.48) كيلو فولت، وبالتالي في هذه الدراسة، تم اعتبار مستوى اختراق عالي من (RE) يساوي (50٪)، كذلك تفاصيل التحميل المستخدمة في هذه الدراسة متاحة، ومع ذلك يتم تضمين الأحمال المتصلة بالعقد المختلفة في الجدول التالي (1).

كما يتوفر وصف المغذيات المستخدمة في هذه الدراسة ويتم تضمين أطوال وحدة التغذية في الجدول التالي (2)، حيث إن تفاصيل المحولات الكهربائية المستخدمة في مواقع مختلفة من فائدة الاختبار يتم تضمين الشبكة في الجدول التالي (3)، بحيث يمثل (UGT) المحول المستخدم لربط شبكة مرافق الاختبار مع شبكة المرافق ذات المساحة الكبيرة.

كذلك تم تعيين محول التوزيع المترابط بين العقد (633) و (634) على أنه (FCT) (محول توصيل المغذي) ويستخدم للحفاظ على العقدة (633) بجهد مقداره (4.16) كيلو فولت والحفاظ على العقدة (634) بجهد يبلغ (0.48) كيلو فولت.

كما أنه لا يتم استخدام منظم الجهد المتصل بين (650) و (632) عقدة من شبكة الاختبار من أجل التحقيق في أقصى تأثير للتغيير في الفولتية أثناء سيناريو الجزر، بحيث يتم استخدام مفتاح تحقيق الجزيرة (IRS) بين العقدة (650) وشبكة المرافق الكبيرة لمحاكاة حدث الجزيرة لنظام الاختبار، بحيث يتم تسجيل الإشارات الحالية المستخدمة لتنفيذ سيناريو الجزر على العقدة (650) من شبكة مرافق الاختبار.

كما يستخدم (WPP) مولد الحث ذو التغذية المزدوجة (DFIG) والذي يتم تشغيله بواسطة توربينات الرياح، بحيث تم تصنيف (WPP) بسعة (1.5) ميغاوات، والتي تولد طاقة عند (575) فولت وتردد (60) هرتز، بحيث تتوفر معلمات التصميم ونماذج العمل لمكونات مختلفة من (WPP) بما في ذلك (DFIG) وتوربينات الرياح ونظام قطار القيادة والمحولات المستخدمة في هذه الدراسة، كما تعتبر سرعة الرياح الاسمية (11 م / ث) في هذه الدراسة.

أيضاً يتم تحقيق توليد الطاقة الشمسية من خلال استخدام محطة للطاقة الشمسية الكهروضوئية (SPP) بسعة (1) ميغاوات، بحيث تولد المصفوفات الكهروضوئية (PV) المستخدمة في (SPP) طاقة (1) ميغاوات عند جهد تيار مستمر يبلغ (273.5) فولت.

كما يعتبر هذا مدخلًا لمحول التعزيز (DC-DC)، مما يزيد من مستوى الجهد إلى (500) فولت، بحيث تُعطى طاقة التيار المستمر هذه عند (500) فولت كمدخل إلى العاكس الذي يحول طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد ثلاثية الطور مصنفة عند (260) فولت، كما يعمل محول (SPT) على زيادة مستوى الجهد من (260) فولت إلى (4.16) كيلو فولت، بحيث تكوين التصميم ومعايير تصميم (SPP) المستخدمة في هذه الدراسة متوفرة.

نظام مقترح للكشف عن الجزر

تم وصف تصميم مخطط اكتشاف الجزر المقترح (IDS) في هذا القسم، كما ويرد في الشكل التالي (2)، حيث أن هناك مخطط انسيابي يشير إلى جميع خطوات نظام (IDS)، كما وترد أوصاف جميع خطوات (IDS) في الأقسام الفرعية أدناه.

عامل ستوكويل: تتم معالجة الإشارات الحالية الملتقطة على العقدة (650) أثناء حدث ما باستخدام تحويل[Stockwell (ST)] بتردد أخذ العينات (3.84) كيلو هرتز ويتم الحصول على مصفوفة الإخراج مع القيم المطلقة (STOM)، كما يتم تلخيص جميع عناصر كل عمود وتخصيص اسم عامل تجميع [ST (STSF)].

عامل هيلبرت: تتم معالجة الإشارات الحالية (I) باستخدام تحويل هيلبرت (HT) ويتم حساب القيم المطلقة للإخراج وتعيين اسم عامل هيلبرت (HF).

عامل (THD) للتيار الكهربائي: يتم حساب (THD) للإشارات الحالية المسجلة خلال أحداث الجزر والأحداث غير المرتبطة بالجزيرة، كما يعتبر هذا عامل (THD) الحالي (TCF) لتصميم (CIDI).

عامل (THD) للجهد الكهربائي: يتم حساب (THD) لإشارات الجهد المسجلة أثناء أحداث الجزر والأحداث غير المرتبطة بالجزيرة، كما يعتبر هذا عامل جهد [THD (TVF)] لتصميم (CIDI).

عامل التتابع السلبي للتيار الكهربائي: يتم حساب تيار التسلسل السلبي (NSC) من الإشارات الحالية المقابلة لجميع المراحل الثلاث المسجلة في العقدة (650) من شبكة مرافق الاختبار.

معامل جهد التسلسل السلبي: يتم حساب جهد التسلسل السلبي (NSV) من إشارات الجهد المقابلة لجميع المراحل الثلاث المسجلة في العقدة (650) من شبكة مرافق الاختبار باستخدام الارتباط.

مؤشر الكشف الحالي عن الجزر: يتم حساب مؤشر اكتشاف الجزر الحالي (CIDI) باستخدام عنصر إلى عنصر مضاعفة العوامل بما في ذلك (SF ، HF ، TCF ، TVF ، NCF ، NVF) وعامل الوزن الحالي (CWF).