استراتيجية التحكم الموحدة للأحمال الكهربائية غير المتجانسة

تحليل استراتيجية التحكم الموحدة للأحمال الكهربائية غير المتجانسة

لقد فرض تكامل موارد الطاقة المتجددة على نطاق واسع تهديداً كبيراً على تشغيل نظام الطاقة، كما أنه يجعل من الصعب وغير الفعال الحفاظ على توازن الطاقة بالاعتماد فقط على المولدات التقليدية، لذلك يجب استغلال المزيد من موارد التنظيم لضمان استقرار أنظمة الطاقة الكهربائية، بحيث جلبت التطورات الحديثة في تكنولوجيا المعلومات اهتماماً كبيراً لموارد جانب الطلب كبديل لتوفير خدمات الشبكة الكهربائية.

لذلك يعتبر الحمل المتحكم فيه حرارياً (TCL) أحد أكثر الموارد الواعدة في جانب الطلب نظراً لاستهلاكه الهائل للطاقة وقدرته على التخزين الحراري، بحيث اقترح الباحثون استراتيجيات فعالة تمكن مجموعة (TCL) من تقديم الخدمات الإضافية.

لذلك تم اعتماد نموذج قائمة انتظار الحالة المقترح بواسطة الدراسات، وذلك لتوفير خدمات تجانس خط الربط، كما تم تقديم طريقة قائمة على أولوية المتراكم لتتبع إشارة التحكم في التوليد التلقائي (AGC)، لذلك الخوارزمية المتعلقة تحل التغيير الأمثل لنقطة الضبط لتتبع الهدف، كما تمت صياغة ديناميكيات التطور لحالة درجة الحرارة الكلية لإدارة اختلال توازن الطاقة.

ومع ذلك؛ فإن استراتيجيات التحكم المذكورة أعلاه قابلة للتطبيق فقط على (TCLs) التي يتم التحكم فيها عن طريق التشغيل والإيقاف، على سبيل المثال أحمال تكييف الهواء ذات التردد الثابت (FFAs)، إلى جانب (FFAs)؛ فإن أحمال تكييف الهواء العاكس (IVAs) التي تتمتع بقدرة تنظيم مستمرة للطاقة منتشرة أيضاً بسبب كفاءتها العالية وراحتها الأفضل.

ومع ذلك وبالمقارنة مع المحاليل الغذائية مقابل الأصول، لم تتم مناقشة استراتيجية الرقابة على التنسيق للمراكز المثيرة للاهتمام مناقشة شاملة، كما تقترح الدراسات الحديثة العديد من طرق النمذجة والتحكم في (IVAs)، على سبيل المثال يتم تقديم نموذج البطارية الحرارية المجمعة لـ (IVAs)، كما ويتم توضيح أداء الإرسال الأمثل.

ولسوء الحظ؛ فإن معظم طرق التحكم الحالية قابلة للتطبيق إما على (FFA) أو (IVAs)، ولكن ليس على كليهما، لأن هذين النوعين من (TCLs) يختلفان بشكل كبير في خصائص التشغيل، كما يجب أن يحدد مجمع الأحمال (LA) نوع (TCL)، كما ثم يقوم إما بتجميع نوع واحد فقط من (TCLs)، أو ينشر استراتيجية تحكم مختلفة وفقاً لنوع (TCL)، مما يؤدي إلى الاستخدام غير الكافي لمرونة (TCLs) أو تكلفة تكامل أعلى.

لتنسيق (TCLs) غير المتجانسة، طرحت العديد من الدراسات بعض استراتيجيات التحكم الموحدة. على سبيل المثال، بحيث يمكن لنظام التحكم التنبئي النموذجي للتعامل مع كل من الطاقة المستمرة والمتقطعة، مما يجعل من الممكن تجميع كل من (FFAs) و (IVAs)، كما تم إنشاء نموذج بطارية معمم لتوصيف مرونة التيار المتردد ذو الجهد العالي التجاري (HVAC) و (FFAs) السكنية وتخزين الطاقة.

النماذج المادية للأحمال الكهربائية من TCLs

النموذج الديناميكي الحراري: يعتمد هذا البحث على نموذج المعامل الحراري المكافئ من الدرجة الثانية (ETP)، وذلك كما في المعادلات التالية، بحيث لاحظ أن هذه الدراسات تركز على مكيفات وضع التبريد.

حيث إن:

(Ta، Tm، To): هي درجة حرارة الهواء الداخلي ودرجة حرارة الكتلة ودرجة الحرارة الخارجية على التوالي.

(Qac، Qi ،Qs): هي معدلات الحرارة من (TCL) والكسب الداخلي وكسب الطاقة الشمسية على التوالي.

(Qa ، Qm): هي معدلات الحرارة لهواء المنزل وكتلة المنزل على التوالي.

(Ca ، Cm): هما السعة الحرارية للهواء والسعة الحرارية الجماعية على التوالي.

(Ge ، Gm): هي معاملات الخسارة الخارجية والداخلية على التوالي.

(q1 ، q2): هما معاملا توزيع معدل الحرارة وكلاهما يتم تعيينهما ليكون (0.5).

النموذج الكهربائي: يصف النموذج الكهربائي العلاقة بين معدل الحرارة والطاقة الكهربائية لـ (TCL)، كما يمكن وصف النموذج الكهربائي لـ (FFA) على النحو التالي:

حيث إن:

(Pac ، FFA): هي الطاقة الكهربائية المقدرة لـ (FFA).

(Qac، FFA): هو معدل حرارة الأحماض.

(COP): هو معامل الأداء.

وعلى عكس (FFAs)، بحيث يمكن تعديل استهلاك الطاقة ومعدل الحرارة لـ (IVA) بشكل مستمر من خلال التحكم في تردد الضاغط. يمكن التعبير عن الطاقة الكهربائية ومعدل الحرارة كدالة للتردد الكهربائي، وفي هذا الطرح، بحيث تم اعتماد النموذج الخطي المبسط على النحو التالي:

حيث إن:

(Pac ، IVA): هي الطاقة الكهربائية لـ (IVA).

(Qac ، IVA): هو معدل الحرارة هو تردد الضاغط.

(kp1، kp2، kq1، kq2): هي معاملات النموذج الخطي.

[hP (f) ، hQ (f)]: تعني أن (Pac ، IVA ، Qac و، IVA) هي وظائف التردد (f) على التوالي.

نموذج الاقتران: من خلال الجمع بين النماذج الحرارية والكهربائية، كما يمكن اشتقاق العلاقة التالية لـ (TCL):

حيث إن (P ~ ac) هي الطاقة الكهربائية المطلوبة لتحويل درجة حرارة الهواء إلى القيمة المحددة (Td) من قيمتها الحالية بعد فترة زمنية معينة من (tp)، كما تم تفصيل اشتقاق الدالة [Vp (Td، tp)]، كما وسيتم استخدامها في بناء منحنى الطلب وتقدير سعة التنظيم، والتي سيتم مناقشتها في الأقسام التالية.

إطار التنسيق القائم على السوق

تم اقتراح إطار عمل (MBC) في هذا الطرح لتنسيق (TCLs) غير المتجانسة، بحيث يتم إنشاء سوق افتراضي، كما يعمل كسوق تقليدي بينما يهدف إلى تتبع الطاقة المستهدفة في كل منطقة، كذلك يتم استخدام النمذجة السيبرانية الفيزيائية لتحسين استقلالية (TCL) في إطار العمل، بحيث يحدد كل (TCL) محلياً منحنى الطلب الخاص به بناءً على نموذجه المادي ليعكس مدى إلحاح الطلب ومرونته ويستجيب بشكل صحيح لإشارات التحكم.

كما تؤخذ مبادئ التصميم التالية لمنحنيات الطلب في الاعتبار:

• تلبية تفضيلات الراحة المتنوعة للمستخدمين.

• تلبية قيود تشغيل (TCL)، على سبيل المثال وقت الإغلاق وحد الطاقة ومعدل المنحدر.

• تخصيص القوة المستهدفة بشكل عادل لكل (TCL) من حيث مستوى راحة المستخدمين، كما سيتم تقديم طريقة البناء التفصيلية، ومع منحنيات الطلب المطلوبة؛ فإنه يمكن تنسيق (TCLs) في الكتلة وفقاً للمراحل الثلاث التالية في كل دورة تحكم، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1-A).

وأخيراً؛ فإن طريقة تنسيق موحدة من (TCLs) غير المتجانسة والتي تتبنى مبدأ توازن السوق، بحيث يتم إنشاء منحنيات الطلب لنوعين نموذجيين من (TCL)، أي (FFAs و IVAs)، والتي يمكن أن تعكس تماماً مرونة كل (TCL) وتحقق التحكم في المساواة على مستوى الراحة، كما يمكّن إطار التحكم (LA) من تنسيق (TCLs)، وذلك دون تحديد نوع (TCL) أو جمع معلومات خاصة، ولتوفير خدمات تنظيم التردد، تم طرح طريقة متحفظة لتقدير سعة التنظيم.

لذلك تشير نتائج المحاكاة إلى أن الطريقة المقترحة يمكنها تتبع إشارة التنظيم بدقة، بحيث يؤثر خطأ النموذج بشكل رئيسي على (SOA− λ ∗) التحكم في المساواة في (IVAs)، وفي حين أن تأثيره ضئيل على (FFAs)، كما وقد وجد أيضاً أن مشاكل الاتصال في الوصلة الصاعدة قد تؤدي إلى خطأ في التتبع، ولكن يمكن تحسين هذه المشكلات بالحلول المناسبة، وفي النهاية تم اقتراح استراتيجية استرداد وثبت أنها فعالة في تخفيف ذروة الحمل بعد تقديم الخدمة.