التحسين المشترك لتدفق التيار الكهربائي المتردد المقيّد الموثوقية

أهمية التحسين المشترك لتدفق التيار الكهربائي المتردد المقيّد الموثوقية

السبب في تخطيط توسيع نظام الطاقة هو تحديد مخطط تخطيط اقتصادي يخدم بشكل كاف الحمل الكهربائي المتوقع في أفق معين، ومن أجل الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري؛ تعتمد أنظمة الطاقة في جميع أنحاء العالم المزيد من الطاقة المتجددة نظراً لطبيعتها الصديقة للبيئة، ومع ذلك؛ فقد تسبب تنوعها وعدم اليقين في تحديات في تخطيط وتشغيل أنظمة الطاقة، لذلك أبرزت العديد من التقارير والأبحاث أهمية الاستثمار في نظام الطاقة لتحقيق مستوى معين من تغلغل الطاقة المتجددة.

كما من المسلم به من قبل الباحثين أن التحسين المنسق لنظام التوليد والنقل من شأنه أن يحقق حلاً أكثر موثوقية واقتصادية، وبالإضافة إلى ذلك يمكن معالجة التحديات المختلفة الناتجة عن حالات عدم اليقين المتعلقة بتوليد الطاقة والحمل وخط النقل بشكل جيد من خلال التحسين القوي، ولمزيد من تضمين الارتباط الزماني المكاني لخطأ التنبؤ بعدم اليقين.

وفي حالة عدم اليقين المحددة المتعلقة بتوليد الطاقة المتجددة، لم تعد طرق التخطيط الحتمية للتوسع مناسبة؛ فقد تم اقتراح صيغة محدودة الفرصة لمعالجة أوجه عدم اليقين المتعلقة بالحمل ومولد توربينات الرياح في تخطيط توسيع شبكة النقل، كما تم اعتماد التحسين العشوائي والتحسين القوي كطريقتين رئيسيتين للتعامل مع حالات عدم اليقين.

وبالنسبة الى البرمجة العشوائية والقيود الاحتمالية لدمج الأحداث العشوائية في نموذج التخطيط الأمثل للتوسع؛ فإنها تستخدم للتعامل مع عدد هائل من السيناريوهات في البرمجة العشوائية، كما يقترح استخدام برمجة خطية بارامترية متعددة لتجميع المشكلات الفرعية للعملية في كل تكرار عبر تحلل الانحناءات للنظر بفعالية في سيناريوهات ضخمة بدون تقليل.

وحل مشكلة التدفق الأمثل للطاقة (OPF) مهم جداً لتشغيل نظام الطاقة والتخطيط وإدارة الطاقة مع تلبية معادلات تدفق طاقة التيار المتردد الجبرية غير الخطية، ونظراً لتعقيد المشكلة، ونظراً لتعقيد المشكلة؛ فيكون نادراً ما يتم النظر في نموذج تدفق طاقة التيار المتردد في تخطيط نظام الطاقة، ومع ذلك اجتذب نموذج تدفق طاقة التيار المتردد الدقيق الباحث لإعادة صياغة المعادلة غير الخطية.

النموذج الحتمي الخاص بالتحسين المشترك لتدفق التيار الكهربائي

في هذا القسم، يتم تقديم الصيغة الحتمية لنموذج تخطيط التحسين المشترك المستند إلى تدفق طاقة التيار المتردد المقيّد الموثوقية لأنظمة التوليد والنقل، وبالنسبة الى الوظيفة الموضوعية؛ فإن الهدف من التخطيط الأمثل المشترك لأنظمة التوليد والنقل هو تقليل التكاليف الإجمالية المرتبطة بتكلفة الاستثمار وتكلفة التشغيل، وذلك كما هو موضح في المعادلة التالية.

كما يرتبط الجزء الثاني من المعادلة بتكلفة الاستثمار لوحدات التوليد وخطوط النقل و (CBs) و (SVCs)، حيث أن الجزء الثالث هو عبارة عن تكلفة تشغيل وحدات التوليد الكهربائي، بينما لا يتم تضمين تكلفة تشغيل (CBs) و (SVCs)، بحيث يتم تضمين معدلات الخصم في تكلفة القيمة الحالية في الجزء الرابع.

قيود الاستثمار: تعتبر خطة الاستثمار وحدات التوليد المرشحة وخطوط النقل و (CBs) و (SVCs)، بحيث ستتغير حالة الاستثمار للمرشح إلى الجزء الأول من المعادلة السابقة للسنوات المتبقية، وذلك بمجرد التثبيت التالي الذي يظهر (5) – (8).

قيود تشغيل نظام الطاقة: كما يتم عرض قيود تشغيل نظام الطاقة في المعادلات التالية (9) – (29)، كما تمثل القيود (9) – (10) معادلات توازن الطاقة العقدية النشطة أو التفاعلية، وذلك باستخدام نموذج تدفق طاقة التيار المتردد، كما يتم حساب تدفقات الطاقة النشطة والمتفاعلة على خط النقل الكهربائي للتيار (i ، j) عبر (11) – (12)، بينما يتم فرض حدود سعة تدفق خط النقل بواسطة المعادلة (13).

ومن خلال المعادلة (13) تأخذ شكل مخروط من الدرجة الثانية وهو محدب، وبالمثل؛ فإن قيود تدفق الطاقة لخطوط النقل المرشحة موضحة في (14) – (16)، حيث يقتصر تدفق الطاقة لخطوط النقل غير المستثمرة على (0)، وذلك حسب المعادلات (17) – (18)، كما يضع القيد (19) حدوداً على مقدار جهد العقدة.

كذلك يتم عرض حدود السعة الدنيا والعليا لوحدات التوليد الحالية والمرشحة في (20) – (23)، وفي مرحلة التخطيط؛ كما تم تصميم مزارع الرياح على شكل (24)، بحيث تظهر خصائص تشغيل (CBs) في المعادلات (25) – (27)، حيث يشير المتغير الصحيح (ycht) إلى عدد وحدة (CB) المستخدمة، والتي تكون محدودة أيضاً بواسطة متغير الاستثمار (xct)، كما تفرض القيود (28) – (29) حدود تعويض القدرة التفاعلية لمراكز المعوضات الافتراضية الخاصة القائمة والمرشحة.

قيود الموثوقية الكهربائية: يصف القيد التالي (30) معيار (LOLE) السنوي الكلاسيكي وهو الطريقة الاحتمالية الأكثر قبولاً في تقييم موثوقية نظام الطاقة، وفي سياق القيد (30)، يتعلق (LOLE) بالقرارات الاستثمارية لوحدات التوليد وكذلك الأحمال وتوليد الرياح، كما يجب أن يفي (LOLE) السنوي بالمعيار لضمان موثوقية إمدادات الطاقة، كذلك حساب (LOLE) معقد ويصعب نمذجة في نموذج التحسين.

النموذج العشوائي المقيد بالموثوقية الكهربائية

يقدم هذا القسم الصيغة الرياضية لنموذج التخطيط الأمثل المشترك العشوائي المقترح، والذي يأخذ في الاعتبار أوجه عدم اليقين في الأحمال الكهربائية ومولدات طاقة الرياح وموثوقية النظام، لتسهيل المناقشة؛ فإنه يمكن كتابة نموذج التخطيط التحسين المشترك المحدد أعلاه في شكل ملخص عام، وذلك كما هو موضح في (31) – (34).

لذلك يشير المتجه الثنائي (x) إلى حالة الاستثمار للمكونات المرشحة، بينما يمثل المتجه الثنائي (y) ثنائيات مساعدة في قيود تشغيل النظام، بحيث يشير المتجه المستمر (z) إلى إرسالات نظام الطاقة، وباختصار، ترتبط الوظيفة الموضوعية (31) بتكاليف الاستثمار والتشغيل، كما يحدد القيد (32) (x ، y) كمتغيرات ثنائية، كما تمثل المعادلة (33) القيود المرتبطة بالاستثمار بينما تمثل المعادلة (34) جميع قيود العملية.

حيث إن (A ، a ، f ، m ، n) هي مصفوفات مجردة ومتجهات مرتبطة بمعاملات التكاليف والقيود، كما ويلاحظ أن فصل الأحمال غير مسموح به في النموذج الحتمي، وفي النموذج العشوائي المقترح مع الأخذ في الاعتبار أوجه عدم اليقين المتعلقة بتوليد الطاقة المتجددة والحمل الكهربائي، بحيث يحسب النموذج تكلفة التشغيل لسيناريو الحالة الأساسية مع المعلومات المتوقعة، بينما يمكن إعادة إرسال النظام لتلبية الطلب في ظل وجود شكوك.

وبالنظر إلى حالات عدم اليقين؛ فإنه تتم معاقبة فصل الأحمال في الوظيفة الموضوعية كما هو موضح في (35) بينما يمكن تقليص توليد الطاقة المتجددة للحفاظ على أمان النظام، ووفقاً لذلك، تمت مراجعة معادلات رصيد النظام للسيناريوهات المختلفة في (36) – (37)، بحيث يتم حساب فصل الأحمال السنوية للسيناريوهات المختلفة في (38) ومحدودة عبر القيد (39).

كما تتمثل فكرة النموذج المقترح في إيجاد قرار الاستثمار الأمثل بأقل تكلفة تشغيل أساسية، ومع ضمان أمان النظام ضد حالات عدم اليقين، ووفقاً لذلك؛ فإنه يتم تقديم الصيغة المجردة لنموذج التحسين المشترك العشوائي المقترح في (40) – (45)، ووظيفة الهدف (40) هي الشكل المجرد لـ (35)، بحيث تمثل (yb / zb) قرارات إرسال الحالة الأساسية وفقاً للمعلومات المتوقعة و (yξ / zξ) هي قرارات الإرسال المرتبطة بسيناريوهات مختلفة.

وأخيراً؛ فإن القيود (43) – (44) هي قيود تشغيل سيناريو الحالة الأساسية والسيناريوهات غير المؤكدة على التوالي، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يتم إقران سيناريو الحالة الأساسية والسيناريوهات غير المؤكدة بشكل أكبر عبر إمكانيات التوسيع التصحيحية لوحدات التوليد (45)، حيث (C ، D) و هي مصفوفات مجردة ومتجهات، وكذلك (ρξ) هو احتمال حدوث السيناريو (ξ).