التحقق من حسابات الاستقرار العابر في أنظمة الطاقة الكهربائية

أهمية التحقق من حسابات الاستقرار العابر في أنظمة الطاقة الكهربائية

تعتبر أنظمة الطاقة الكهربائية (EPS) هي البنية التحتية الأساسية لأي دولة حديثة وتوحد أراضيها في شبكة موحدة ومعقدة ومتفرعة، كما أن هناك اضطرابات طارئة حتمية في مثل هذه الشبكات (الحمولة الزائدة، الأعطال)، وفي هذا الصدد يجب أن يتمتع أي (EPS) بمستوى عالٍ من الاستقرار، والذي ينقسم حالياً إلى فئتين رئيسيتين اعتماداً على الاضطراب، وهي استقرار الحالة المثالية والاستقرار العابر.

كما تتضمن كل فئة بعض فئات الاستقرار الفرعية اعتماداً على المتغير الرئيسي للنظام الذي يمكن فيه ملاحظة عدم الاستقرار وشدة الاضطراب ومدة العبور وعوامل رئيسية أخرى، كما تمت مناقشة الاستقرار العابر في هذه الدراسة، بحيث تم التحقيق في مشاكل الاستقرار العابر في الأبحاث لفترة طويلة، كما وقد تم تقديم الكثير من التوصيات والنهج وطرق تقييمها وتحسينها والتي تشكل أساس المعايير الدولية.

حيث أن إن الاهتمام الأكبر بهذه المشكلة أمر مفهوم لأنه يرتبط بشكل أساسي بآثار عدم الاستقرار الشديدة في (EPS)، بحيث يؤكد تحليل حالات انقطاع التيار الكهربائي أن العديد منها مرتبط بفقدان الاستقرار المؤقت، وذلك ظل حل مشكلات الاستقرار العابر عند مستوى عالٍ في (EPSs) الحديثة، ونظراً لأن تغلغل مصادر الطاقة المتجددة والتوليد الموزع يغيران ديناميكيات (EPS) بشكل كبير؛ فإن العمليات العابرة تصبح أسرع وفي بعض الحالات لا يمكن التنبؤ بها.

كما يعتبر تقييم الاستقرار العابر (TSA) مهمة صعبة للغاية بسبب طبيعتها غير الخطية والسرعة العالية للعمليات العابرة، وحالياً توجد بعض مجموعات طرق إدارة أمن النقل (TSA)، وهي واحدة من المجالات سريعة التطور هي تطوير طرق (TSA) عبر الإنترنت، كذلك معيار المنطقة المتساوية الموسعة (EEAC) وطرق الأسس (Lyapunov) وطرق (TSA) القائمة على التعرف على الأنماط (PRTSA).

ونظراً لأن الغرض الرئيسي من هذه الأساليب هو استقرار التقييم في الوضع عبر الإنترنت؛ فإن لديهم بعض القيود التي يتم إجراؤها بوعي من أجل تسريع وقت الحساب، مثل وقت الحساب هو الأهم في هذه الحالة، بحيث تستخدم النماذج المبسطة للآلات الكهربائية وأنظمة التحكم الخاصة بها وعناصر الشبكة بشكل عام لهذه الأساليب، كذلك من الصعب للغاية تكوين المكافئ الأمثل للمولدات الكهربائية ذات ثوابت القصور الذاتي المختلفة وأنظمة التحكم لطرق (EEAC)، لذلك يمكن أن يضيع تأثير المولدات المختلفة باحتمالية عالية.

أيضاً يتم استخدام البيانات المسجلة بواسطة طرق (PRTSA) للتعلم النموذجي، بحيث يجعل من المستحيل استخدام مثل هذه الأساليب لتصميم أنظمة الطاقة، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإن النموذج المدرب حساس لأي تغييرات في طوبولوجيا (EPS) وستكون هناك حاجة إلى تعلم إضافي باستمرار، كما من المستحيل عمليا مراعاة جميع الحالات والاضطرابات في (EPS) بسبب تنوعها في التعلم النموذجي.

طرق التحقق المختلفة والخاصة في EPS

يوجد حالياً عدة أنواع من التحقق من صحة محاكاة (EPS)، مثل التحقق الداخلي وتحليل الحساسية (تأثير التبسيط المطبق والقيود ومعلمات الإدخال للنموذج الرياضي على موثوقية نتائج المحاكاة)، وذلك من حيث مقارنة نتائج المحاكاة بالبيانات الميدانية (الحقيقية)، إضافة الى التحقق المتبادل (مقارنة أداء أداة بأخرى)، بحيث تُعرف أيضًاً مناهج التحقق من صحة الأجهزة المختلفة، والتي يصعب نمذجتها لأسباب مختلفة .

كما أن أهم نهج للتحقق هو الأسلوب الثاني وفقاً للدراسات التي أجريت في أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية، بحيث تظهر نتائج التحقق المنشورة الاختلافات بين البيانات التي تم الحصول عليها من خلال عمليات المحاكاة والبيانات المسجلة في (EPS)، بحيث يرتبط هذا بشكل أساسي بعدم التطابق بين معلمات النموذج الرياضي والبيانات الحقيقية.

وفي مثل هذا العمل، يتم استخدام تكييف نتائج المحاكاة مع البيانات المسجلة، وهو يتألف من معلمات النماذج المختلفة، وخاصة خصائص الحمل الثابت وإعدادات المنظمين، وهذا يسمح بإعادة إنتاج الاتجاه العام للعمليات الواقعية العابرة، ومع ذلك يمكن الحصول على اتجاه العمليات العابرة المطلوب من خلال تغيير المعلمات المختلفة ومجموعاتها في ضوء العديد من معلمات النموذج الرياضي (EPS).

وعلاوة على ذلك؛ فإنه من الصعب للغاية اختيار توليفة مناسبة للبيانات الحقيقية، وفي الوقت نفسه، لا توجد ضمانات بأن نموذج (EPS) الذي تم تكييفه بهذه الطريقة سيعيد إنتاج حالات واضطرابات أخرى تختلف عن البيانات المسجلة المستخدمة لتكييف نموذج (EPS) بشكل موثوق.

صحة العمليات العابرة المطلوبة لتقييم استقرار موثوق به لـ EPS

نهج بديل للتحقق الشامل: إن عدم قابلية حل مشكلة التحقق الشامل المبنية فقط على البيانات الميدانية تحدد مسبقاً، وهي طريقة بديلة لحل هذه المشكلة، كذلك الفكرة الرئيسية للنهج المطور هي استخدام المعلومات حول الحالات والعمليات في (EPS)، والتي تم الحصول عليها من خلال نموذج مرجعي، بحيث يجب أن يتمتع النموذج المرجعي بالخصائص اللازمة لمحاكاة موثوقة لطيف كبير مستمر من العمليات شبه الثابتة والعابرة في المعدات و (EPS) بدون تحلل وفي فترة زمنية غير محدودة.

وبالنظر إلى المشاكل المذكورة أعلاه؛ فإنه لا تسمح (STs) بهذا الشي، ولذلك طور مؤلفو هذه الدراسة مفهوم المحاكاة الهجينة (EPS) لإنشاء أداة برامج الأجهزة المتخصصة كنموذج مرجعي، بحيث يتكون النهج الهجين لمحاكاة (EPS) من التجميع والمشاركة في استخدام العديد من مناهج النمذجة (التناظرية والفيزيائية والرقمية) لتحقيق الخصائص المشار إليها.

وبالتالي؛ فإن الطريقة المقترحة توسع نطاق المهام التي يتعين حلها أثناء التحقق من الصحة وتجعلها شاملة، بالإضافة إلى تكييف النموذج الرياضي (EPS)، بحيث يسمح النهج المقترح بتقييم تأثير التبسيط والقيود المطبقة في المحاكاة العددية على اكتمال وموثوقية حسابات الاستقرار العابر للاضطرابات المختلفة، كما يتيح النهج المطور أيضاً تحديد الاضطرابات والعمليات التي تحدث في (EPS) والتي تمت محاكاتها بخطأ كبير.

الميزات والقدرات الرئيسية لـ (HRTSIM): تعتبر العينة التجريبية من (HRTSim) عبارة عن برنامج متعدد المعالجات متوازي ونظام أجهزة في الوقت الحقيقي من النوع الهجين، بحيث يتكون (HRTSim) من معالجات متخصصة (SP) ونظام للتحكم بالمعلومات حسب الشكل التالي (1).

كما يتم تنفيذ الحل الدقيق من الناحية المنهجية للنماذج الرياضية لمعدات الطاقة من خلال تطوير (SPs) موحدة لجميع أنواع عناصر (EPS)، وتكون عالمية لكل منها، بحيث يتضمن كل (SP) وحدة معالج دقيق (MPU) تحتوي على وحدة معالجة مركزية (CPU) ومعالجات محيطية موجهة وظيفياً (PP).

كذلك تم تقدير النماذج الرياضية لمعدات الطاقة الرئيسية في المعالجات المشتركة الهجينة (HCP)، بحيث تم إعداد المدخلات والمخرجات المادية ثلاثية الطور لجميع (SPs) باستخدام سلسلة ومفاتيح ثلاثية الطور يتم التحكم فيها رقمياً (SSDCS).

وأخيراً يسمح النهج المطور بتوفير التحقق الشامل من صحة حسابات الاستقرار العابر لـ (EPS) من أي حجم وتكوين بناءً على المعلومات الواردة من النموذج المرجعي مع دقة مقبولة مضمونة، بحيث تم استخدام عينة تجريبية من (HRTSim) كنموذج مرجعي.

كما يمكن التحقق من صحة (HRTSim) مبدئياً من خلال المقارنة مع بيانات (SCADA) فقط ولا توجد حاجة لبيانات العابرين، والتي يصعب الحصول عليها. هذا ممكن لأن النموذج الرياضي المفصل المفصل ثلاثي الطور لـ (EPS) واسع النطاق وطريقة التكامل الضمني الدقيقة المنهجية تستخدم في (HRTSim) للطيف المستمر بأكمله من العمليات شبه الثابتة والعابرة.