الأعطال من القطب إلى القطب لشبكة توزيع DC

تحديد الأعطال من القطب إلى القطب لشبكة توزيع DC

اقترحت الحكومات حول العالم الوصول إلى ذروة الكربون بحلول عام 2030م وحياد الكربون بحلول عام 2060م، ولتحقيق هذا الهدف، تتزايد حصة الطاقة المتجددة بمعدل متسارع، بحيث تتمتع شبكات التوزيع الكهربائية بالتيار المستمر بالمزايا العديدة مثل سهولة الاتصال بمصادر الطاقة المتجددة الموزعة وانخفاض الخسائر، وجودة الطاقة العالية، مما يوفر ضماناً قوياً لاستهلاك الطاقة المتجددة.

وعلى عكس شبكة توزيع التيار المتردد، تتسبب الأعطال في خط التيار المستمر في عواقب أكثر خطورة، كما تخضع الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة بالبوابة (IGBTs) في المحول متعدد المستويات متعدد الوحدات (MMC) لتيار عطل كبير، مما يزيد من احتمالية تلفها، كما أصبحت تقنية التعامل مع أخطاء التيار المستمر، بما في ذلك حماية خط التيار المستمر وعزل أعطال التيار المستمر تكون ناضجة تدريجياً.

كما أنه تم بالفعل استخدام الخطوط الهوائية للتيار المستمر على نطاق واسع في سيناريوهات مختلفة لنظام (DC) المرن نظراً لمزاياها الاقتصادية، وبالنظر إلى حقيقة أن احتمال الخطأ في الخطوط الهوائية أعلى بكثير وخاصة الخطأ غير الدائم (NPF)، يجب التحقيق في استراتيجيات استعادة الأخطاء لتحسين موثوقية شبكة إمداد الطاقة، وبالتالي يركز هذا الطرح على استراتيجية استعادة (NPF) في سيناريوهات الخطوط العامة.

لذلك؛ فإن مفتاح إصلاح الخطأ التقليدي هو التحديد الموثوق به لخاصية الخطأ (خطأ دائم (PF) أو NPF)، بحيث يقترح مخطط فحص خصائص الخطأ على أساس خصائص جهد الخط، بحيث يتم تحليل خصائص الجهد المتبقي لـ (PFs) و(NPF)، كما وقد تم اقتراح استراتيجية إعادة الإغلاق لقاطع دائرة التيار المباشر (DCCB) لتقليل احتمالية تلف المعدات في النظام ويمكن أيضاً تطبيق نفس المخطط المنطقي على (DCCBs) الميكانيكية.

وفيما بعد تم اقتراح استراتيجية تبديل متسلسلة لـ (DCCBs) الهجينة (HDC-CBs)، والتي تقلل بشكل فعال ذروة تيار العطل والجهد الزائد ووقت إزالة الأعطال، وذلك بالنسبة لأعطال القطب إلى الأرض (PG) و بمساعدة أفكار الاقتران، بحيث تقترح استراتيجية استعادة الأعطال لجهد الحث القائم على الخطأ، أيضاً يمكن الحكم على (PF) و (NPF) بشكل صحيح أثناء عملية استعادة الخطأ.

كذلك تتم إضافة دائرة مساعدة إلى (HDCCB) لتحديد خاصية الخطأ أثناء مرحلة استعادة الخطأ عن طريق تفريغ المكثف داخل الدائرة المساعدة، وذلك مع معاملة (MMC) على أنها مركبة، ويتم استغلال المزايا التي توفرها قدرتها العالية على التحكم بشكل كامل، بحيث تم تقديم مخطط إعادة الإغلاق التكيفي الجديد.

حيث يشير المخطط إلى أنه خلال مرحلة استعادة الخطأ، كما يقوم (MMC) بحقن إشارة في الخط ويمكن تحديد كل من خاصية الخطأ وموقع الخطأ من خلال اكتشاف الموجة المتنقلة، أيضاً تم اقتراح استراتيجية استعادة الخطأ على أساس طريقة حقن الإشارة، والتي يتم تطبيقها على خطأ (PG) ويتم حقن الإشارة في القطب غير المعيب، أيضاً ويتم تحديد خاصية الخطأ من خلال الكشف عن الإشارة المميزة على الخط المعيب.

طوبولوجيا شبكة التوزيع المرنة للتيار المستمر وخوارزمية الوزن

في الصين، تم إثبات الحاجة إلى (MBLs)، لا سيما من خلال تشغيل مشاريع (DC) ذات الصلة، وذلك بالنظر إلى الاستقرار واستعادة الخطأ، كما أنه يتم عادةً تثبيت مفاعلات الحد من التيار (CLRs) عند مخرج (MMC)، مما يعني أيضاً أن (CLRs) لم يتم تكوينها بين (MBLs)، بحيث يوضح الشكل التالي (1) مخطط شبكة توزيع (DC) مرنة مع (MBL).

تُستخدم شبكة التوزيع المبينة في الشكل السابق بشكل أساسي في سيناريوهات الإمداد بالطاقة الحضرية، مثل كثافة الحمل الحضري المحلي تنمو بمعدل مرتفع. بأخذ شنغهاي، بحيث وصلت كثافة الحمل الحالية إلى [40 ميغاواط / كيلومتر مربع]، وذلك لتلبية طلب الحمل، كما أنه يتم اختيار فولتية تبلغ بالمعدل (± 100) كيلو فولت كمستوى جهد الإمداد، وفي الوقت نفسه يتم استخدام (HDCCB) جنباً إلى جنب مع مخططات الحماية الكهربائية لإزالة الخطوط المعيبة.

كما ينقسم الخط بين (MMC1) و (MMC2) إلى أربعة خطوط فرعية، وهي (L141 ،L142 ،L143 ،144) لتسهيل التحليل، كما يكون لكل خط فرعي نفس الطول، بحيث ينقسم الخط أيضاً إلى ثماني مناطق، أي (A1-A4 و B1-B4)، كما أنه يتم حساب أجهزة الحماية في كل منطقة بواسطة خوارزمية الحماية لإعطاء أمر رحلة إلى (HDCCB) المقابل لـ (Ldc14 ، Ldc41) هما (CLRs) المستخدمة للحد من معدل وسعة تغيير تيار العطل.

وبالنظر إلى أن اتصال جهاز الحماية قد يفشل؛ فلن يعمل جهاز الحماية بشكل طبيعي، لذلك من الضروري تكوين حماية أحادية الطرف (بدون اتصال) كنسخة احتياطية للحماية التجريبية، وذلك بهدف معالجة الأخطاء العابرة المتكررة للخطوط الهوائية، بحيث قامت مجموعة البحث الخاصة بنا بدراسة مخطط حماية وحيد الطرف مناسب للدورة الكاملة للخطأ.

تحليل خصائص الخطأ المحتمل

عندما يحدث خطأ (P-P) على (f2) في (L142)؛ فإنه يتم توضيح الدائرة المكافئة لحلقة الصدع في الشكل التالي (2)، حيث (Lline ،Rline) هما المحاثة والمقاومة المكافئة للخط المعيب على التوالي (Ron) هي المقاومة المكافئة عند تشغيل الوحدة الفرعية لـ (MMC ، Larm) هو تحريض الذراع المكافئ لـ (MMC)، (C) هو المكثف المكافئ لوحدة فرعية (CMMC ،LMMC، RMMC).

كما أنها هي السعة المكافئة والحث والمقاومة لـ (MMC) على التوالي، كذلك (N) هو عدد الوحدات الفرعية لذراع الجسر، (i) هو تيار خطأ الخط، وفي الوقت نفسه يتم تفريغ المكثف في الوحدة الفرعية لـ (MMC) بسرعة إلى نقطة الصدع وتتكون الدائرة المكافئة من (MMC) والخطوط، بحيث يمكن التعبير عن خطأ الخط الحالي على النحو التالي:

حيث أن:

(Udc ، Iload): هما جهد معدل التيار المستمر ومعدل التيار.

(A): هو المعامل المتغير.

(σ): هو ثابت الوقت لحلقة الخطأ.

(ω): هو التردد الزاوي للشبكة الكهربائية.

(θ): هي زاوية المرحلة الأولية قبل الفشل.

(θ − β): هي زاوية المرحلة الأولية بعد حدوث خطأ.

حيث الدائرة المكافئة الموضحة في الشكل السابق هي دائرة تذبذب من الدرجة الثانية (RLC) ويمكن التعبير عن تردد التذبذب لتيار الخطأ على النحو التالي:

تفاصيل خوارزمية (WT)

تتحلل مكونات التيارات الخاطئة عالية التردد الكهربائي بسرعة في المجال الزمني، بحيث تتمتع خوارزمية (WT) باستبانة جيدة للمجال الزمني في نطاق التردد العالي للإشارة وهي مناسبة بشكل مثالي لتحليل استخراج هذه المكونات عالية التردد سريعة التباين، كما تشير المعادلة التالية [WT (CWT)] الى التيار المستمر للإشارة المحسوبة (f (t)).

حيث أن:

(ψ (⋅)): هي وظيفة الأم الموجة.

(A): هو عامل المقياس.

(B): هو عامل الترجمة.

لذلك انضمت هذه المعطيات الى العلاقة الرياضية، والتي يمكن أن استخلاصها بواسطة [WT (DWT)] المنفصل، بحيث يتم عرض معامل تقريب التجانس [aj (k)] ومعامل التفاصيل [dj (k)] للطبقة [j (5)].