اقتران التدفق الكهربائي في نظام الشبكة الهجين

نظراً للتوسع في أسواق الكهرباء المعاد هيكلتها وبالتالي اقتراب تشغيل شبكة الطاقة من هوامش ديناميكية وثابتة؛ فقد تم زيادة احتمال عدم الاستقرار العابر بشكل ملحوظ لتقليل مخاطر عدم الاستقرار العابر أو التكلفة الاحتمالية لجودة الطاقة، بحيث تركز الدراسة الحالية على تحديد الموقع الأمثل لنوع (SFCL) من نوع اقتران التدفق الكهربائي.

تحليل اقتران التدفق الكهربائي في نظام الشبكة الهجين

بالعادة يتم تصنيف قضية الاستقرار إلى مجموعتين رئيسيتين، وهما الاستقرار المؤقت والثابت، كما أن سبب عدم استقرار الحالة المستقرة أو اضطرابات الحالة المستقرة هو اضطرابات صغيرة طويلة المدى، ومن ناحية أخرى؛ فإن الاضطرابات المفاجئة والشديدة مثل قصر الدوائر وفقدان وحدات التوليد الكبيرة وخطوط النقل وانقطاع الأحمال ذات السعة الكبيرة، وعلى سبيل المثال لا الحصر هي السبب الأساسي لعدم الاستقرار العابر.

وطالما يتم الحفاظ على التزامن للمولدات في اضطرابات عابرة جذرية، يتم تحقيق شرط أساسي يتعلق بتشغيل النظام، وبمعنى آخر يتم تكوين دراسة الاستقرار العابر بشكل عام عن طريق تقييم الحفاظ على تزامن الدوار بعد حدوث عطل أو اضطراب عابر، وفي تعريف آخر اعتمد الاستقرار العابر على قدرة شبكة الطاقة على الحفاظ على التزامن واستعادة الاستقرار في حالة الاضطرابات العابرة الشديدة المذكورة أعلاه.

وفي السنوات الأخيرة؛ أدى الانجذاب المتزايد للمشاركين في صناعة الكهرباء المعاد هيكلتها لتحقيق أرباح اقتصادية أعلى إلى جعل أنظمة الطاقة أكثر استعداداً للطوارئ العابرة، وعلى سبيل المثال؛ فإن ضبط طاقة خرج المولد بالقرب من قدرة التوليد القصوى من أجل توفير الطلب وكسب المزيد من الأرباح يزيد من احتمال عدم الاستقرار العابر.

بالإضافة إلى ذلك ومع توسيع قدرة وتعقيد نظام الطاقة؛ ارتفع بشكل كبير احتمال حدوث ومستوى تيار ماس كهربائى (أي المصدر الرئيسي للاضطرابات العابرة) وبعض المعدات الحيوية وخاصة قواطع الدائرة، حيث أن هذه المعدات عرضة للفشل، كما أن بعض العوامل بما في ذلك الظروف الجوية القاسية وأعطال حدثت في معدات الطاقة وتقادم العوازل والحوادث ،ما إلى ذلك؛ تسبب أعطال في أنظمة الطاقة الحالية.

آلية زيادة الاستقرار العابر للتدفق الكهربائي في نظام الشبكة

في السنوات الأخيرة، ومن أجل زيادة الاستقرار العابر عملت أجهزة مختلفة مثل معوض (VAR) الثابت (SVC) كأجهزة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS)، وكذلك محول تحويل الطور (PST)، وهناك خطأ التوصيل الفائق المحدد الحالي (SFCL) وكذلك مقاومة الكبح وتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES)، وعلى سبيل المثال لا الحصر؛ تم استخدام حفنة منها. من بين العديد من أجهزة تحديد التيار الخاطئ المقدمة في الدراسات، والتي تستند إلى تطوير إلكترونيات القدرة.

كما يعتبر (FCL) حلاً أساسياً وفعالاً لمستويات عالية من تيارات الأعطال في كل من أنظمة الطاقة البسيطة والمعقدة، وفي الوقت الحاضر ونتيجة للتقدم الذي لا جدال فيه في تكنولوجيا التوصيل الفائق؛ أصبح (SFCL) جهازاً مهماً وعملياً لقمع التيارات الخاطئة وتحسين السلوك العابر، بحيث تتضمن بعض المزايا الفعالة لهذا الجهاز الاقتصادي تعزيز توازن الطاقة في النظام وزيادة ثبات الجهد والتردد الكهربائي فضلاً عن موثوقية التوزيع.

وبالنظر إلى متطلبات أنظمة الطاقة الحديثة لتكون سريعة وعلى الإنترنت تقييم الاستقرار العابر (TSA)؛ فقد تم تطوير أداة أساسية لتقييم الاستقرار المؤقت في التأرجح الأول، وهي حجر الزاوية في (TSA) المقترحة في هذه الدراسة، ونتيجة للتأثيرات التي لا يمكن إنكارها لعوامل احتمالية مثل نوع الخطأ ووقت تصفية الأخطاء وما إلى ذلك على (TSA)؛ فإن هذه المسألة احتمالية.

التكوين الكهربائي الخاص بنظام الشبكة الهجين

كما هو موضح في الشكل التالي (1)؛ فإن العناصر الأساسية الثلاثة لـ (FSFCL) هي محول اقتران (CT) ومفتاح يمكن التحكم فيه (في اتصال متسلسل مع الملف الأولي لـ CT) ونواة فائقة التوصيل بمقاومة يُشار إليها بـ (Rs) (في سلسلة الاتصال بالملف الثانوي للأشعة المقطعية).

فوي هذا الشكل تكون (L1 ،L2) عبارة عن محاثة ذاتية و (M) هي الحث المتبادل للملفات، ولقمع جهد التبديل الناتج في هذا الهيكل؛ فإنه يتم استخدام مانع أكسيد الفلز (MOA) بمقاومة يُشار إليها بواسطة (RM) (بالتوازي مع الملف الأولي لـ CT).

• معطيات الدائرة المكافئة: للحصول على المعلمات الرئيسية لـ (FSFCL)، تم عرض الدائرة الكهربائية المكافئة في الشكل التالي (2)، بحيث لو أنه يتم الحصول على هذه الدائرة المكافئة بناءً على مدى العلاقات الكهربائية بين المحرِّضات المقترنة.

• العامل الاحتمالي لحدوث العطل الكهربائي: إن تحقيق احتمال حدوث خطأ بناءً على المعلومات الإحصائية التاريخية حول معدلات الخطأ باستخدام المعادلة التالية هو عملية تقليدية.

في هذه المعادلة، يشير الرمز (Ai) إلى متوسط عدد الأخطاء في السنة، أيضاً (P (Ei) ،NL) تشير إلى احتمال وقوع الحدث في الخط و (i) هو العدد الإجمالي لجميع الأسطر على التوالي، كذلك لوحظ أن حدوث الخطأ في كل نقطة من خط معين أمر ممكن، لذلك ولتقييم احتمالية موقع الخطأ؛ فإنه من المعتاد أن يتم تقسيم الخطوط إلى عدة أجزاء منفصلة.

وبهذه الطريقة يمكن تحقيق الاحتمالية ذات الصلة من المعلومات الإحصائية التاريخية، كما أن الطريقة الثانية هي استخدام توزيع احتمالي منفصل، وفي هذه الطريقة يفترض أن يكون احتمال الخطأ في كل جزء متناسباً مع طول مقطع الخط.

حيث أن:

[P (Ei)]: تشير إلى احتمال وقوع الحدث (Ei) في جزء من السطر (j).

[P (Ei | Ej)]: هو هذا الاحتمال بشرط أن يكون موقع الخطأ هو الخط (i).

وعلاوة على ذلك، تكون كل من (Lj ،NS) عبارة طول المقطع (j) والعدد الإجمالي للقطاعات على التوالي، وللحصول على فهم أفضل (n) لهذا النهج؛ فإنه يتم توضيح تقسيم السطر (j) إلى (5) أجزاء والاحتمال المتعلق بكل مقطع في الشكل التالي (3)، وفي هذا الشكل يشير إلى الخطأ [P (xj)] الى احتمال حدوث المعين للحدث (xj) تقع في الجزء (i) من السطر الأول.

• العامل الاحتمالي لوقت تسوية الخطأ: وبالنظر إلى الدراسات التي تم إجراؤها في الدراسات؛ فإن ثلاث مراحل رئيسية أي اكتشاف الأعطال وتشغيل مرحلات الحماية وتشغيل القواطع)، بحيث تشتمل على عملية إزالة الأخطاء، وفي هذا الصدد يعتبر الجزءان الأول والثاني من وظائف التوزيع العادية بمتوسط (3.5) و (4) دورات على التوالي، بحيث لاحظ أن الانحراف المعياري (δ) لكلتا الوظيفتين من المفترض أن يكون (0.2) دورة، كما يصور الشكل التالي (4) هذا التوزيع الاحتمالي المستمر.

وأخيراً في هذه الدراسة، تم اقتراح (CTEM) كمؤشر قابل للتطبيق لتقييم أداء النظام العابر، حيث أن أحد التطبيقات الجديرة بالثناء لـ (CTEM) هو حساب (CCT)، وفي هذه الدراسة ومن أجل معالجة التكاليف التي يفرضها عدم الاستقرار العابر؛ تم استخدام مؤشر مخاطر عدم الاستقرار الكهربائي العابر وهو أداة جديدة وسريعة وعلى الإنترنت لاتخاذ قرارات فعالة من حيث التكلفة وكذلك من أجل الوضع الأمثل لـ (FSFCL) المعدل لزيادة الاستقرار العابر للنظام وتقليل تكاليف عدم الاستقرار.