الإصلاح الذاتي والاستعادة التلقائية لشبكات التوزيع الكهربائية

أهمية الإصلاح الذاتي والاستعادة التلقائية لشبكات التوزيع الكهربائية

يزداد مستوى تغلغل المولدات الموزعة (DG) في شبكات توزيع الكهرباء بسرعة، مما يحول تدفق الطاقة في شبكة التوزيع من الوضع التقليدي أحادي الاتجاه إلى الوضع ثنائي الاتجاه، وفي الوقت الحاضر يؤدي تثبيت المزيد والمزيد من أجهزة المراقبة والتحكم، بما في ذلك وحدات تحكم (DG) وأجهزة الاستشعار ومرحلات الحماية، إلى جعل نظام التوزيع أكثر ذكاءً وأكثر موثوقية.

كما تحتوي شبكة التوزيع الكهربائية على قواطع ومفاتيح وفروع أكثر بكثير من شبكات الجهد العالي، لكن نظام الاتصالات أقل موثوقية، ومن ثم؛ فإنه يمكن للهندسة اللامركزية أو الموزعة التي تدمج وظائف التحكم والحماية أن توفر حلولاً أكثر اقتصادية ومرونة وموثوقية لشبكة توزيع أكثر ذكاءً.

لذلك يعد العزل السريع للأعطال والاستعادة الذاتية وقوة المحطات الذكية هي الأهداف الرئيسية في هذا الانتقال، ومن بينها ميزات الإصلاح الذاتي والسلامة الجوهرية ضد هجمات النظام السيبراني هي الأكثر أهمية، بحيث يعتبر النظام متعدد العوامل (MAS) تقنية واعدة لبناء نظام تحكم ذكي لامركزي، كما يمكن للوكلاء المتعددين جمع البيانات ومعالجتها بالتوازي والاستجابة للتغيرات البيئية بسرعة والتعاون مع بعضهم البعض بطريقة فعالة للغاية.

كذلك تم استكشاف تطبيقات مختلفة من (MAS) في شبكة التوزيع، والتي تغطي الحماية والتحكم وتنظيم الجهد الكهربائي وإدارة الحمل، بحيث تم تلخيص أحدث الإنجازات على تقنيات الشفاء الذاتي القائمة على (MAS)، بحيث يقترح مخطط تحديد موقع الخطأ على أساس تبادل المعلومات الحالية للخطأ بين الوكلاء.

كما يعمل المخطط بشكل جيد في شبكة تدفق الطاقة أحادية الطور، كما يستخدم مخطط الحماية التكيفية القائم على (MAS) مرحلات التيار الزائد الاتجاهية ذات الوقت العكسي، كما يجب أن تتحقق استراتيجية الحماية من خلال شركة المرحلات الموزعة ووحدات تحكم (DG).

وبالنظر إلى أن شبكة التوزيع المستقبلية قد تتحول من عملية الحلقة المفتوحة إلى الحلقة المغلقة وتعرض (DGs) سلوكيات عابرة مختلفة وفقاً لأنواعها وضوابطها؛ فمن المتوقع حدوث مزيد من التحسينات على مخططات الحماية، وذلك لمواجهة التباين في أوضاع التشغيل وظروف الاتصال.

كذلك الموثوقية معنية للغاية في أنظمة الحماية؛ فإنها تبذل الجهود من جانبين، بحيث تمكّن الحماية الاحتياطية وكلاء الحماية من تقديم الدعم المتبادل، بينما تعمل آلية التسامح مع الخطأ على تعزيز عملية اتخاذ القرار للوكيل ضد فشل الاتصال، كما تم تطبيق حماية النسخ الاحتياطي على نطاق واسع في نظام الإرسال وتكتسب الحماية الاحتياطية واسعة النطاق القائمة على (MAS) اهتماماً كبيراً مؤخراً.

الاطار الخاص بـ Mas-Basde لإصلاح الذاتي لشبكة التوزيع

بالنسبة لوحدة تغذية الكبل النموذجية كما هو موضح في الشكل التالي (1)؛ فإن كل ناقل في الحلقة الرئيسية، وذلك مع جميع المفاتيح والجوانب المتصلة به، بحيث يشتمل على منطقة تحكم، وفي هذا التصميم تم تجهيز كل منطقة تحكم مع وكيل منطقة (ZA) يكون مسؤولاً عن حماية المعدات والتحكم فيها داخل المنطقة.

كما يوضح الشكل السابق بنية (ZA) أيضاً، بحيث تقوم المستشعرات بجمع معلومات التشغيل داخل المنطقة، كما يتم تخزين وتحديث البيانات في الوقت الحقيقي والبيانات التاريخية، بحيث تقوم (ZA) بتقييم الموقف بناءً على الملاحظات وتتبادل أحكامها مع (ZAs) المجاورة بشكل دوري من خلال الاتصالات ثنائية الاتجاه، لذلك يتم تخزين المهام الإجرائية بالإضافة إلى قواعد الحماية وضوابط الاسترداد في قاعدة القواعد، أيضاً تولد وحدة صنع القرار تسلسل المهام وفقاً للوضع والأهداف.

لذلك يختلف عن نظام الاتصالات لـ (SCADA) ليتبادل الوكلاء حكمهم وقرارهم بدلاً من بيانات المراقبة الأصلية، وبالتالي؛ فإنه يتم تقليل متطلبات عرض النطاق الترددي للاتصال بشكل كبير، كما يتم اقتراح أن يعتمد الاتصال بين الوكلاء بروتوكول (IEC61850)، وفي هذه الدراسة سستم التركيز على استراتيجيات الحماية والتحكم للوكيل.

التصاميم الخاصة بالتوعية بالموقف المطلوب

يعد الوعي الصحيح بحالة النظام شرطاً أساسياً ومهماً لقرار التحكم الناجح، بحيث يتم تحديد المواقف الثلاثة التالية لدعم عملية صنع القرار.

الوضع الطبيعي (N): الوضع الطبيعي يعني عدم وجود أخطاء أو حالات غير طبيعية تم اكتشافها، ثم تتمثل مهمة (ZA) في تكرار العمل الروتيني بشكل دوري، بما في ذلك المراقبة والتحليل وتحميل البيانات إلى نظام المراقبة وإرسال إشارات دورية إلى (ZAs) المجاورة وما إلى ذلك.

حالة الأعطال (F): عندما تتجاوز التيارات والفولتية داخل المنطقة الحدود (F01)، أو أن بعض الفروع خارج الخدمة (F02)، كما تقع المنطقة في حالة الخطأ. عند اكتشاف (F01) أو (F02)، كما يجب على (ZA) مقاطعة عملها الروتيني، ثم تشغيل الحماية (F01) أو التحكم في الاستعادة (F02) لعزل الخطأ واستعادة مصدر الطاقة.

الوضع غير الطبيعي (A): في الوضع غير الطبيعي، لا يتم قطع التيار الكهربائي، ولكن يتم اكتشاف بعض الأحداث غير الطبيعية، مثل أعطال نظام الاتصال (A01) أو أجهزة الاستشعار (A02)، وفي هذه الحالة قد تقوم (ZA) بتأمين جزء من وظائفها وإبلاغ نظام المراقبة وكذلك ZAs المجاورة.

كما يتم عرض المعايير النموذجية للحكم الظرفي في الجدول التالي (1)، حيث (Im) هو التيار المتدفق عبر الفرع (m ، Vj) هو جهد الناقل (j ، Vmin) و (Vmax) هما الحد الأدنى والحد الأقصى لجهد الناقل و (Iset) هو الحماية من التيار الزائد ضبط، كما وتتم مناقشة تحقيق تقييم الوضع.

نظام الحماية القائم مع آليات التوافق مع الخطأ

بالنسبة الى مخطط الحماية الأولية، يُظهر توزيع تيارات الدائرة القصيرة أنماطاً مختلفة في وضع تشغيل الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة، وتقليدياً تعمل شبكة التوزيع في وضع تشغيل الحلقة المفتوحة، حيث يوجد مسار واحد فقط يربط عقدة بشبكة الطاقة الرئيسية، ومن ثم؛ فإن تيار الدائرة القصيرة الذي يتم حقنه على طول هذا المسار إلى نقطة الصدع يمكن أن يحافظ بثبات على قيم عالية أكبر بكثير من التيار العادي، لذلك لا يوجد تغيير كبير بعد وصول (DGs).

كما يعطي الشكل التالي (2) مشهداً نموذجياً لعملية الحلقة المفتوحة لتوضيح مخطط الحماية الرئيسي، حيث أن هناك ثلاث مناطق (ZAs) تسمى (ZA1 ، ZA2 ، ZA3)، وذلك عند حدوث عطل في دائرة قصر في قسم الخط بين منطقتي (ZA2 ، ZA3)، كما يتم وصف عملية الكشف عن الأعطال وإزالتها بالخطوة (1) إلى الخطوة (3).

• وفقاً للملاحظة، يدرك (ZA1 ، ZA2) مواقفهما على أنها (F01)، كما وتجد (ZA3) منطقتها في حالة (F02).

• استناداً إلى القواعد (1) – (3) المدرجة في الجدول (2)، يرسل (ZA1) رسالة (F01-Down) إلى (ZA2) ويتلقى رسالة (F01-Up) من (ZA2)، وفي الوقت نفسه يرسل (ZA2) رسالة (F01-Down) إلى (ZA3) ويتلقى رسالة (F02) من (ZA3).

• عندما يتم استيفاء القاعدة (4) في (ZA2 و ZA3)؛ فإنه سيتم تعطل القواطع (B4 و B5) بواسطة (ZA2) و (ZA3) على التوالي، كما تنطبق القاعدة (5) على (ZA1) بحيث لا يفتح (ZA1) أي قواطع.