الأداء التشغيلي للشبكة الكهربائية الصغيرة المحمية

في السنوات الأخيرة، ومع زيادة معدل تغلغل التوليد الموزع (DG)؛ فقد تم تطوير التشغيل الاقتصادي للشبكة الكهربائية الصغيرة (MG) بالكامل، لكن نظام استهلاك الطاقة القائم على الطاقة الأحفورية زاد من تناقض الاقتصاد والطاقة والبيئة، بحيث تعتبر عملية تسريع تطوير واستخدام الطاقة المتجددة محور اهتمام اجتماعي جديد.

مراعاة الأداء التشغيلي للشبكة الكهربائية الصغيرة المحمية

مع تطور تقنية (DG)؛ تلقت (microgrid) اهتماماً واسع النطاق من صناعة الطاقة، ونظراً لخصائص التوليد الخاصة بـ (DG)؛ فقد لعبت دوراً مهماً في حل نقص إمدادات الطاقة في المناطق الجبلية النائية وتقليل ضغط مصدر الطاقة لشبكة الطاقة الكبيرة، كما أنها لعبت دوراً في تحسين استخدام الطاقة النظيفة، ووفقاً لوضع التشغيل الخاص به؛ فإنه يمكن تقسيمه إلى نوعين؛ أحدهما هو وضع التشغيل المتصل بالشبكة والآخر هو وضع التشغيل القائم على الجزر.

بالنسبة لأوضاع التشغيل القائمة على الجزر؛ تحدث عادةً في حالات فشل شبكة الطاقة الكبيرة والصيانة المخططة وبعض المناطق الجبلية النائية، ونظراً لعدم وجود دعم طاقة كبير؛ تصبح الشبكة الصغيرة الجزرية أكثر صعوبة وتعقيداً من حيث التحكم والتشغيل والإدارة، حيث إن ترتيب خطط التوليد وصياغة أساليب الإدارة الفعالة لهما أهمية كبيرة لتحسين اقتصاديات واستقرار تشغيل شبكة الجزر الصغيرة.

الجانب الاقتصادي في أوضاع تشغيل الشبكة الكهربائية الصغيرة

في الوقت الحاضر، يتركز المضمون حول تشغيل الشبكة الصغيرة في الغالب على نموذج التشغيل الاقتصادي الأمثل، وبشكل عام يتم استخدام إجمالي تكلفة التشغيل لشبكة (microgrid) كوظيفة موضوعية، كما ويتم وضع قيود معينة لصياغة استراتيجيات الجدولة في (microgrid)، بحيث يُقترح نموذجاً رياضياً جديداً للجدولة المثلى لموارد الطاقة والإدارة الذكية للأحمال الكهربائية التي تشمل الشحن الذكي لمركبات الطاقة الكهربائية.

بالإضافة الى تشغيل أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESSs) للشبكات الصغيرة المعزولة، كما ويطور النموذج المقترح استراتيجيات إدارة الطاقة مع مراعاة قيود الشبكة والوظائف الموضوعية المختلفة من منظور مشغل الشبكة الصغيرة وكذلك من منظور مالكي (PEVs) و (BESS)، كذلك تم وضع نموذج جدولة أمثل لشبكة صغيرة هجينة (AC-DC) من خلال مراعاة إدارة طلب المنطقة وصياغة إستراتيجية جدولة توزيع الطاقة.

وبشكل شامل؛ فإن عدم اليقين بشأن استجابة الطلب وتوليد الطاقة المتجددة، ووجه المستخدمين لتغيير طريقة استخدامهم للكهرباء لتقليل تكلفة الشبكة الصغيرة، حيث أن نظام إدارة الطاقة (EMS) لشبكة صغيرة يعتبر من الجزر مع توليد الطاقة الكهروضوئية وتخزين البطارية، لذلك يستخدم النظام نهجاً تنبئياً لتعيين الجداول الزمنية التشغيلية لتقليل الانقطاعات على مستوى النظام في الشبكة الصغيرة.

النموذج الرياضي الخاصة بالشبكة الكهربائية الصغيرة المتفرعة

يظهر نموذج الشبكة المجهرية الجزرية الذي تمت دراسته في هذه الدراسة في الشكل التالي (1)، بحيث تحتوي الشبكة الدقيقة على توليد موزع مثل توربينات الرياح (WT)، الخلايا الكهروضوئية (PV)، التوربينات الدقيقة (MT)، خلايا الوقود (FC)، نظام تخزين الطاقة (ESS).

النموذج الرياضي لـ (WT): بالنسبة إلى (MT) ونظراً لقوة خرجها الثابتة؛ فإن إستراتيجية التحكم سهلة التنفيذ، وهنا ومن خلال هذا الطرح، تم اعتماد وضع التحكم الكهربائي، بحيث يظهر النموذج المبسط الديناميكي لـ (MT) في الشكل السابق (1).

حيث أن:

(CWT ،OM): تكلفة التشغيل والإدارة لـ (WT).

(kWT ،OM): هي معامل تكلفة تشغيل وصيانة الوحدة لـ (WT).

[PWT (t)]: هو خرج (WT) في فترة (t).

أما بالنسبة الى النموذج الرياضي للـ (PV)، تكون المعادلة الرياضية على النحو التالي:

حيث أن:

(CPV ، OM): هما تكلفة التشغيل والإدارة لـ (OM).

(PV ،kPV): هي معامل تكلفة تشغيل وصيانة الوحدة الكهروضوئية.

[PPV (t)]: هو الناتج الكهروضوئي في فترة (t).

كما يُعطى النموذج الرياضي للـ (MT) من خلال:

في المعادلات السابقة تكون (CMT ،OM) هي تكلفة تشغيل وإدارة (OM)، كذلك (MT ، kMT) هي معامل تكلفة تشغيل وصيانة الوحدة (MT)، وبالنسبة الى [PMT (t)] هو ناتج (MT) في الفترة (t) كذلك (CMT)، أيضاً هو تكلفة الوقود، أما (MT ،LHV) هو قيمة التسخين المنخفضة للغاز الطبيعي، بحيث يأخذ (9.7kW⋅h / m3) و (C) هو سعر الوحدة لغاز الوقود (MT)، بحيث يأخذ (2.5) yuan/ متر مكعب، كذلك (ηMT) هو كفاءة التوليد من (MT).

في النهاية تُستخدم الشبكة الصغيرة الجزرية بشكل أساسي في المناطق الجبلية النائية أو الطلب على الكهرباء في الجزر، بحيث يتم تصنيف (DR) بشكل مفيد لإدارة الطاقة وصياغة خطة إرسال معقولة، كما تقسم هذه المقالة الأحمال الكهربائية إلى ثلاث فئات وفقاً لموثوقية مصدر الطاقة.

• الأول: هو الحمل المهم، والذي يشير إلى حمل الطاقة غير المنقطع الذي يمكن أن يسبب تأثيراً سياسياً أو اقتصادياً كبيراً، لذلك أثناء التشغيل العادي للنظام؛ فإنه يجب أن يضمن هذا الحمل مصدر طاقة مستمر وموثوق.

• الثاني: هو الحمل القابل للتحويل، والذي يشير إلى الحمل الذي يتمتع ببعض المرونة في مصدر الطاقة، مثل التبريد وتكييف الهواء والمركبات الكهربائية وما إلى ذلك.

• الثالث: هو الحمل المتقطع، وهو عبارة عن حمولة من ثلاثة مستويات وموثوقية مصدر الطاقة منخفضة، بحيث يمكن قطعها في فترات معينة، ومع ذلك وفي بيئة إدارة الطلب وبمجرد مقاطعة الحمل؛ سيؤثر ذلك على رضا المستخدم؛ فيبقى من الضروري أن يوفر النظام تعويضاً اقتصادياً معيناً لمستخدمي انقطاع التيار الكهربائي.