التحسين مزدوج المستوى لشبكة التوزيع الكهربائية

ضرورة التحسين مزدوج المستوى لشبكة التوزيع الكهربائية

مع التوسع المستمر في نطاق نظام الطاقة والوصول على نطاق واسع إلى الطاقة المتجددة مع العشوائية والتقلبات القوية، تواجه إدارة الطاقة والتحكم في التشغيل في نظام الطاقة تحديات أكثر خطورة، بحيث لا تستطيع طرق الإرسال والتشغيل التقليدية لشبكة التوزيع تلبية احتياجات المجتمع، وذلك بالمقارنة مع التحكم المركزي التقليدي والتحكم اللامركزي.

لذلك؛ فإن نظام التحكم الموزع لديه قوة تحكم أفضل ومرونة في الاتصال وقابلية تطوير النظام ويمكنه تحقيق “التوصيل والتشغيل” لمكونات الطاقة، وهي مرنة ومريحة، في هذا البحث، كما أن لفكرة الأساسية للتحكم الموزع باستخدام خوارزمية الإجماع هي التفاعل بين وحدة تحكم وأخرى في نفس النظام من خلال رابط الاتصال.

يتخذ الوكيل الموزع القرارات بناءً على المعلومات التي تم الحصول عليها وحالته الخاصة من أجل تحقيق نفس الحالة لنفسه بشكل نهائي، كما تم بحث وتطبيق التحكم التعاوني الموزع على نطاق واسع في العديد من المجالات الهندسية، مثل التحكم التلقائي في التوليد الكهربائي ورحلة تشكيل المركبات الجوية غير المأهولة (UAV) والتحكم المتقارب في العوامل المتعددة.

كما أن التأثير على تقارب خوارزمية الإجماع بسبب تأخير إرسال رابط الاتصال بين العوامل المتعددة، وبالتالي تم إثبات جدوى خوارزمية الإجماع في التحكم في تشغيل شبكة التوزيع، كما يُظهر المرجع التأثير على نتائج التقارب بسبب انتشار متغير تناسق الخطأ في أفراد الشبكة الصغيرة المختلفة لتحسين منافعهم الاقتصادية.

استراتيجية التحكم في نظام Multi-Microgrid

التحكم التعاوني الموزع: هو احدى طرق التحكم التقليدية للصلاحيات الموزعة في شبكة التوزيع مركزية وموزعة بشكل أساسي كما هو موضح في الشكل التالي (1)، حيث أن الاختلاف الأساسي بين طريقتين التحكم هو ما إذا كان هناك وحدة تحكم مركزية في النظام، وفي نموذج التحكم المركزي تتم إدارة جميع (DGs) مباشرة بواسطة وحدة التحكم المركزية.

كما تقوم وحدة التحكم المركزية بإجراء العمليات الحسابية المركزية وفقاً للمعلومات التي تم تحميلها بواسطة كل(DG)، كما وتقوم بتسليم الأوامر إلى كل (DG)، مما يتسبب في عدم موثوقية نموذج التحكم المركزي، ومع ذلك في نموذج التحكم اللامركزي، كما يقوم كل مدير عام بالتحكم في التحديث بناءً على المعلومات الخاصة به، وبالتالي يكون التنسيق ضعيفاً.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام نموذج تحكم موزع جديد وهناك رابط اتصال بين (DGs) المجاورة، وفي الوقت نفسه يتم التحكم في (DGs) من خلال تفاعل المعلومات الضرورية بحيث تكون حالة التشغيل لكل (DG) متسقة لتحقيق بعض أهداف التحكم المحددة الموضحة في الشكل التالي (2)، بحيث يتمتع نموذج التحكم الموزع بالاقتصاد وقابلية التوسع بشكل أفضل.

يمكن تفسير إنشاء روابط الاتصال في نموذج التحكم الموزع من خلال معرفة نظرية الرسم البياني، كما يتم تمثيل طوبولوجيا شبكة متعددة الوكلاء بواسطة [G = {V، ε، A}]، كما يتم تمثيل مجموعة نقاط الهيكل الموزعة بواسطة [V = {v1،…، vn}]، وهناك مجموعة الحافة الموجهة للرسم البياني (G) ممثلة بـ (ε⊆V × V)، كذلك يتم تمثيل مصفوفة تجاور الرسم البياني (G) بواسطة [A (G) = {aij} n × n].

وفي الرسم البياني البسيط، تتكون “المصفوفة المجاورة” من (0) أو (1) وعنصرها القطري (0)، كذلك درجة العقدة (vi)، وهكذا فإن؛ [D (G)] يساوي [diag (d1،…، dn)]، مصفوفة لابلاس لـ (G) هي [L (G)] والمصفوفة [L (G)]، بحيث تساوي [D (G) -A (G)]، وكذلك عناصر المصفوفة [L (G)]، وهي (lij) موضحة في الصيغة الرياضية التالية:

وبالنسبة للرسوم البيانية غير الموجهة، [L (G)]، وهي عبارة عن “مصفوفة شبه محددة” موجبة متماثلة، بحيث تحتوي “القيمة الذاتية” لـ [L (G)]، وذلك على الكثير من المعلومات للرسم البياني (G)، وهي ثاني أصغر قيمة ذاتية لـ [L (G)] هي “التوصيل الجبري” للرسم البياني (G)، وهو مؤشر كمي للتقارب في خوارزمية الإجماع.

تخصيص الطاقة النشطة على أساس خوارزمية الإجماع

تتميز مخرجات توربينات الرياح والخلايا الكهروضوئية بخصائص تكميلية، ومن أجل الحد من تأثير العشوائية وتقلب ناتج الطاقة المتجددة على شبكة التوزيع؛ عادة ما يتم توصيل نظام الشبكة الصغيرة مع مكمل تخزين الرياح والطاقة الشمسية بشبكة التوزيع الكهربائية، وذلك في حين أن مستثمري (microgrid) مختلفون وأن ظروف التشغيل الفعلية لا تدعم ناتج الحمل الكامل لمصدر الطاقة.

وفي الوقت نفسه، لا يحتاج مولد الطاقة المتجددة إلى العمل في وضع تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، لذلك يمكن أن تغير توربينات الرياح الطاقة النشطة الناتجة عن طريق تغيير زاوية الميل وسرعة الدوار وغيرها من الإجراءات، كما ويمكن أن تزيد الطاقة الكهروضوئية من جهد الجهاز لتقليل طاقة الخرج، كما يتم تحديد نسبة استخدام سعة الشبكة الصغيرة كمتغير ثابت.

أيضاً يمكن أن تحمي خصوصية نقل المعلومات بين الشبكات الصغيرة المختلفة، وفي هذه الدراسة يتم تعريف مجموع ناتج الطاقة المتجددة وقدرة مولدات الوقود في الشبكة المصغرة على أنها سعة الشبكة المصغرة، بينما يتم توصيل الشبكات الصغيرة (n) بشبكة التوزيع، كما يمكن افتراض أن جهد كهرباء العقدة (Vcp ، i (i = 1 ، … ، n))، ويتم التحكم فيه ويمكن قياس هذا الجهد في الوقت الفعلي بواسطة عنصر القياس في (microgrid i).

واستناداً إلى خوارزمية الإجماع؛ فإنه يمكن حساب صيغة التحديث لنسبة استخدام السعة في (microgrid j) كصيغة رياضية:

كما تمثل [φj (k + 1)] نسبة استخدام السعة المحدثة لشبكة (microgrid- j)، وذلك بعد التكرار (k)، كذلك (wj، m) يمثل وزن (microgrid -j) المتلقاة من معلومات (microgrid m)، كما تمثل (ω) خطوة التكرار ونطاق قيمتها هو (0-1)، وبشكل عام كلما كانت خطوة التكرار أكبر؛ زادت سرعة التقارب، ومع ذلك كلما كانت دقة التقارب أسوأ كانت أسوأ، كذلك تمثل [Δφrefi (k)] القيمة المرجعية لنسبة استخدام السعة في التكرار (k) للشبكة المصغرة (i).

نموذج التحسين التعاوني الهرمي لشبكة التوزيع

العوامل المؤثرة لاستقرار الجهد الكهربائي في شبكة التوزيع ذات النفاذية العالية (DG)، حيث تأتي بشكل رئيسي من عدم اليقين من الأحمال ومخرجات الطاقة المتجددة، كما تم إنشاء نموذج تحسين ثنائي المستوى لشبكة التوزيع في هذه الدراسة، والذي يهدف إلى استقرار الجهد واقتصاد التشغيل في شبكة التوزيع كما هو موضح في الشكل التالي (3)، بحيث يتكون نموذج المستوى الأعلى من شبكة التوزيع والوكيل الموزع، وكذلك المستوى الأدنى يتكون من عامل موزع وشبكة صغيرة.

كما يتم إنشاء الاتصال بين نموذج التحسين ثنائي المستوى بواسطة الوكيل الموزع، ولكل وكيل موزع رابط اتصال مع وكلاء موزعين آخرين، وفي مستوى التحكم العلوي، يكون الوكلاء الموزعون مسؤولين عن حساب خرج الطاقة للشبكة الكهربائية الدقيقة المعنية بناءً على جهد شبكة التوزيع، وفي التحكم في المستوى الأدنى، يكون الوكلاء الموزعون مسؤولين عن توزيع خرج الطاقة لكل جهاز في الشبكة المصغرة على أساس مبدأ أقل تكلفة اقتصادية وفقاً لنتائج تحكم المستوى الأعلى.