اقرأ في هذا المقال
أهمية استخدام الموجة المتنقلة للحماية الكهربائية ي منطقة الصدع
يجب أن تكون مخططات حماية المنطقة الواسعة أكثر ذكاءً للتعامل مع التحديات الجديدة، حيث أصبح هيكل نظام القدرة الكهربائية أكثر تعقيداً جنباً إلى جنب مع تطوير الأجيال الموزعة ومصادر الطاقة المتجددة، علاوة على ذلك تعتبر الطرق السريعة والدقيقة لاكتشاف الأعطال وتصنيف أنواعها وتحديد موقعها أمراً بالغ الأهمية في أنظمة الطاقة واسعة النطاق.
وذلك من أجل مواجهة هذه التحديات، بحيث تمت دراسة العديد من الأبحاث العملية المتعلقة بمخططات حماية المنطقة الواسعة في العديد من البلدان في السنوات القليلة الماضية، لذلك في الثمانينيات بدأ العديد من الباحثين دراسات حول التقنيات الجديدة مثل مراقب اضطراب نظام الطاقة (PSDM) ومسجل اضطراب التردد (FDR) ووحدات إدارة المشروع (PMU) استناداً إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمنع تعتيم منطقة واسعة ولرصد وتحليل و السيطرة على الشبكات الكهربائية واسعة النطاق.
وفي الولايات المتحدة الأمريكية، تم إنشاء شبكة مراقبة التردد الكهربائي (FNET)، بحيث يتم تشغيلها من قبل معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) وهيئة “وادي تينيسي” (TVA) ومركز أبحاث تكنولوجيا المعلومات بجامعة فرجينيا للتكنولوجيا.
كما أن هناك الكثير من الجهود لحماية نظام الطاقة على نطاق واسع، خاصةً عند استخدام هذه المخططات كنوع من الحلول، لذلك؛ فإن الخطوة الأولى الأكثر أهمية لحماية نظام الطاقة على نطاق واسع هي اكتشاف منطقة الخطأ، وذلك بمجرد تمييز موقع الخطأ الدقيق عن نظام الطاقة واسع النطاق، لذلك من الممكن فقط فصل موقع الخطأ.
وبعد إزالة الخلل في نظام الطاقة؛ فإنه سيتم استعادة نظام الطاقة ومن ثم يمكن لنظام طاقة المنطقة الواسعة أن يعود إلى الحالة المستقرة، وذلك ضمن سلسلة من العمليات، بحيث يعد التمييز في موقع الخطأ هو أهم مرحلة أساسية لحماية نظام الطاقة.
في السنوات القليلة الماضية، تم إجراء تقدير موقع الخطأ بعدة طرق، على سبيل المثال التحويل الموجي والمنطق الضبابي والشبكات العصبية، والتي شملت المعطيات الموزعة لخط النقل باستخدام طريقة الموجة المتنقلة و التقوس الطريقة وطريقة الممانعة، كما أن الطرق الرئيسية للكشف عن موقع الخطأ هي طريقة الممانعة وطريقة الموجة المتنقلة، وعلى وجه الخصوص تم تطبيق طريقة تحديد موقع خطأ الموجة المتنقلة على نطاق واسع في نظام الطاقة نظراً لإمكانية تطبيقها على نطاق واسع ودقتها العالية.
آلية تقدير منطقة الخطأ
المفهوم الأساسي لتقدير منطقة الصدع
لتحقيق تقدير منطقة الخطأ في “شبكة واسعة النطاق”؛ فإن هذا الورق يصمم شبكة النقل الواسعة الوطنية ذات الفولتية الفائقة، وذلك باستخدام (EMTP-RV) في “شبكة النقل النموذجية”، بحيث يتم نشر وحدات (PMU) لقياس الفولتية والتيارات لخط النقل المتصل بنقطة التوزيع، كما يمكن الإشراف على إشارة الخرج الخاصة بوحدة (PMU) المثبتة على الحافلة والحافلة المجاورة من خلال الفولتية والتيارات المقاسة من كل وحدة من وحدات (PMU).
كما أن عدد وحدات (PMU) التي سيتم تثبيتها في الشبكة الكهربائية هو (19)، كما ويتم حسابها بناءً على مفهوم (DOU) أحداث الأعطال ليست فقط أعطال في خط النقل ولكن أيضاً هناك حالات تختص برحلة المولد وحالات فصل الأحمال، بحيث يتم تطبيق الموجة المتنقلة في النظام النموذجي لاكتشاف منطقة الخطأ، لذلك؛ فإن الهدف من هذه الدراسة هو تطبيق نظرية الموجة المتنقلة كأسلوب تقريبي لتقدير منطقة الصدع بدلاً من تحديد الموقع الدقيق.
اختيار نقاط القياس على أساس (DOU)
بشكل عام، يبلغ العدد المطلوب من وحدات إدارة المشروع (PMU) لمراقبة نظام الشبكة الواسعة بالكامل حوالي (1 / 5-1 / 4)، وذلك من إجمالي عدد نقاط التوزيع في نظام الطاقة، وذلك من أجل تحديد الموقع الأمثل لتركيب وحدات إدارة المشروع، بحيث يتم تطبيق مفهوم إمكانية الملاحظة، كما يُطلق على الناقل الذي تم تثبيت وحدة (PMU) عليه اسم ناقل مراقب مباشرة.
كما تسمى نقاط التوزيع المجاورة الأولى لنقاط المراقبة مباشرة بنقاط التفرّع المرصودة، حيث يمكن الحصول على حالتها من خلال بيانات الشركة ومتطلبات الخط بين الحافلات المراقبة مباشرة، بحيث تسمى نقاط الربط الأخرى بالنقاط غير الخاضعة للرقابة، لذلك؛ فإن (DOU) تعني عدد نقاط التفرع المتتالية غير الخاضعة للمراقبة.
لذلك يتم تطبيق مفهوم (DOU) لتحديد نقاط قياس (PMU) المثلى في نظام الطاقة، حيث يوضح الشكلان التاليان (1، 2) مفاهيم (DOU 1) و (DOU 2) على التوالي، وفي الشكل التالي (1)؛ فإنه يتم ملاحظة نقطة التفرع (B) و (F) بشكل مباشر، أيضاً تشير النقاط (A و C و E و G) إلى ذات النقطة التي تمت ملاحظتها ، والنقطة (X) هي ناقل غير مراقب.
نظرية الموجة المتنقلة وتقدير منطقة الصدع
تم تطبيق نظرية الموجة المتنقلة للكشف عن حدوث الخطأ وموقعه لفترة طويلة، وفي هذا الطرح تم تطبيق النظرية الأساسية لتقدير منطقة الخطأ لتقليل مستوى تردد أخذ العينات إلى (2.88) كيلو هرتز وهو أمر رائع لتحديد منطقة الخطأ في النظام النموذجي.
كما يمكن لهذه الطريقة الكشف عن موقع ومساحة الخطأ باستخدام سرعة انتشار الموجة المتنقلة وطول خط النقل، بحيث تعتمد دقة تقدير منطقة الخطأ على خوارزمية اكتشاف الخطأ وتزامن الطور لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتردد أخذ العينات لمسجلات الأعطال الرقمية (DFR).
كما يوضح الشكل التالي (3) نظام نقل بسيط ثنائي الحافلات لتقدير منطقة الخطأ باستخدام موجة الانتقال، بحيث تعني الدالة (l) طول الخط بين النقطة (1) والقطة (2)، وفي حالة حدوث العطل على مسافة (d) من النقطة (1)؛ فإنه يتم كشف (DFRs) وهو عطل الخط على الفور من خلال الحصول على إشارة خطأ.
تقدير منطقة الأعطال في شبكة المنطقة الواسعة
الغرض من المخطط المقترح ليس الكشف عن موقع الخطأ الدقيق ولكن لتقدير موقع الخطأ التقريبي عن طريق المستوى المنخفض لتكرار أخذ العينات لنظام الموجة المتنقلة، وذلك من أجل تحسين دقة موقع الخطأ، كما يتم تقسيم شبكة النقل الوطنية الكورية على سبيل المثال إلى (63) مجموعة كما هو موضح في الشكل التالي (4).
بحيث تم تثبيت (19) وحدة (PMU) للحصول على إشارة الجهد الكهربائي من الشبكة وتتم مزامنتها مع (GPS)، كما يتم اختيار تردد أخذ العينات بناءً على الخطأ الذي يبلغ حوالي (52) كم والتي تعتبر مسافة حقيقية بين كل وحدة من وحدات إدارة المشروع، لذلك يتم تطبيق الموجة المتنقلة لتحديد منطقة الخطأ في النظام النموذجي.
أيضاً سيتم نقل الإشارة التي بدأت من مصدر الموجة المتنقلة إلى موضع الخطأ وستنعكس، بحيث ستكتشف كل وحدة (PMU) الإشارة المنعكسة وإشارة الخرج وهي قيمة الجهد المقاسة من وحدة (PMU)، كما سيتم استخدام هذه القيمة بواسطة الخوارزمية كإشارة جهد، بحيث يجب مزامنة (19) وحدة (PMU) مع (GPS) في النظام النموذجي، كما تمت صياغة الخوارزمية لتحديد الكتلة التي يقع الخطأ فيها من بين (63) مجموعة مختلفة.
