التحقق من ديناميكيات النظام في الشبكات الكهربائية الاصطناعية

أهمية التحقق من ديناميكيات النظام في الشبكات الكهربائية الاصطناعية

تعد النماذج الديناميكية لنظام الطاقة ضرورية لمهندسي الطاقة ومشغلي النظام لإجراء دراسات الاستقرار العابر، حيث تم تقديم ستة نماذج معيارية مع ما يصل إلى (16) من أصل (68) مولداً (نقاط تفرع)، كما واستخدمت لإجراء مقارنات بين خوارزميات ضبط موازن مختلفة، بحيث تم إنشاء العديد من حالات اختبار (IEEE) بدون ديناميكيات في عام 1962م لتمثل جزءاً من نظام الطاقة الكهربائية الأمريكي (في الغرب الأوسط للولايات المتحدة).

كما وتم تمديدها بنماذج ديناميكية للمولد مناسبة لأداء محاكاة المجال الزمني، بحيث تم تلخيص قائمة بحالات أنظمة الطاقة، والتي يحتوي بعضها على نماذج ديناميكية، لذلك يمكن أن تنتج نماذج الشبكات الفعلية واسعة النطاق نتائج محاكاة واقعية وثاقبة، ولكن الوصول إلى تلك النماذج الفعلية محدود بسبب مخاوف تتعلق بالسرية.

كذلك تم تقديم حل في العمل السابق من خلال تطوير خوارزمية آلية لبناء نماذج أنظمة طاقة تركيبية تمثل تعقيد الشبكات الكهربائية اليوم، حيث أن هذه النماذج الاصطناعية وهمية تماماً، وبالتالي يمكن مشاركتها بحرية للجمهور، وبمجرد أن يكون لحالة قاعدة الشبكة الاصطناعية مع الحافلات والمولدات والأحمال والمحولات وخطوط النقل حلاً عملياً لتدفق طاقة التيار المتردد.

كما يمكن إضافة تعقيدات إضافية لتحسين واقعية الحالة وتضمين البيانات اللازمة لأنواع مختلفة من الدراسات، بحيث تمت معالجة تطبيق واحد، وذلك لدمج نماذج تكلفة المولدات والقيود التشغيلية والمادية في حالة أساسية لدراسات اقتصاديات الطاقة، بحيث ستركز هذه الورقة بشكل أساسي على إنشاء حالات ديناميكيات الشبكة التركيبية لدراسات الاستقرار العابر.

منهجيات تجميع مغذيات توزيع الجهد المتوسط

فيما بعد اقترحت منهجية لتجميع مجموعات متنوعة من مغذيات توزيع الجهد الكهربائي المتوسط ​​تلقائياً، بحيث تركز هذه الدراسة على أنظمة نقل عالية الجهد على نطاق واسع، كما تم تطوير “إنتروبيا” وهو نوع الناقل والمقاييس الأخرى التي تم الحصول عليها باستخدام الإحصائيات من الحالات المتاحة حالياً، وذلك لتحسين نمذجة شبكات الطاقة الاصطناعية.

أيضاً تم تقديم خوارزمية لتوليد شبكات تركيبية مدمجة مكانياً بخصائص هيكلية مشابهة لشبكات أمريكا الشمالية، بحيث استخدمت طريقة من القاعدة إلى القمة بيانات الطلب والتوليد الفعلية لبناء نماذج لشبكات الطاقة على رقعة سنغافورة، كذلك تم استخدام الخصائص الطوبولوجية، وذلك لتطوير رسوم بيانية شبكية تركيبية.

ومع ذلك، تم اشهار رسماً بيانياً فقط يطابق الخصائص الطوبولوجية للشبكات الفعلية، وذلك دون مراعاة أي بيانات توليد وطلب، كما تم تطوير الحالات الاصطناعية، وذلك لتحليل تدفق الطاقة في الحالة المستقرة، حيث أن الهدف البحثي من هذه الورقة هو توسيع حالات قاعدة الشبكة التركيبية (لدراسات تدفق الطاقة) باستخدام نماذج ديناميكية للمولد الكهربائي.

وذلك لكي تكون قادرة على إعادة إنتاج استجابات مماثلة للشبكات الفعلية، حيث أن الحالات الديناميكية للشبكة التركيبية التي تم الحصول عليها باستخدام منهجية البناء المقترحة هي في المقام الأول لدراسات الاستقرار العابر. تعد عمليات تحديد النماذج وتحديد المتطلبات وضبط النموذج والتحقق من صحته بسبب التحديات الرئيسية، كما يجب معالجتها لبناء مثل هذه الحالات الديناميكية.

تمديد حالات قاعدة الشبكة الاصطناعية مع ديناميكيات المولد

من أجل إنشاء حالات شبكة اصطناعية يمكنها إعادة إنتاج استجابات ديناميكية مماثلة للشبكات الفعلية؛ فإنه يجب أن يؤدي اختيار وتعيين النموذج الديناميكي للمولد وتحديد المعلمة إلى إنشاء حالات ديناميكية للشبكة الاصطناعية تتطابق مع الإحصائيات الملخصة من حالات النظام الفعلية، وفي هذا القسم تم تطوير خوارزمية لاختيار النماذج والمعلمات الديناميكية المناسبة إحصائياً لكل مولد تركيبي.

نظرة عامة على خوارزمية التمديد الإحصائي المقترح

للتبسيط، يتم دمج أنواع أو تقنيات الوقود المختلفة في خمس فئات رئيسية، وهي الغاز الطبيعي والفحم وطاقة الرياح والطاقة النووية والطاقة المائية، ومن خلال القيام بذلك، تركز عملية إنشاء الشبكة التركيبية على مولدات النمذجة التي تشكل غالبية إجمالي سعة التوليد المركبة.

لذلك يعمم الشكل التالي (1) الخطوات لتحديد النماذج الديناميكية للمولد مع المعطيات المرتبطة بها، كما يتم تحديد سعة التوليد ونوع الوقود لكل مولد اصطناعي في عملية بناء الشبكة، حيث أن هاتان المعلمتان ونتائج التحليل الإحصائي التي تم الحصول عليها من حالات النظام الفعلية هي قواعد لإضافة نماذج ديناميكية وتعيين المعلمات لكل آلة مولد تركيبي أو منظم التوربينات أو المثير أو المثبت.

وبالنظر إلى المولد الاصطناعي، نختار أولاً نموذج حاكم نموذجي وفقاً لنوع الوقود ونتائج التحليل الإحصائي على أنواع نموذج الحاكم لنوع الوقود هذا، كما أنه يتم تحديد معلمات النموذج وفقاً لقدرته ونتائج التحليل الإحصائي على معلمات أنواع نموذج الحاكم المختار لنوع الوقود الخاص به.

اختيار النموذج والتعيين

المعاير: نظراً لأن الحكام يعتمدون بشدة على أنواع الوقود؛ فإننا نبدأ في اختيار النموذج وعملية التعيين باستخدام نماذج المحافظ. كما هو مبين في الجدول الأول، بحيث تحتوي وحدات التوليد التي تعمل بالغاز في حالة الربط الشرقي (EI)  على أربعة نماذج تحكم، من بينها ثلاثة منها لديها نسبة مجمعة تزيد عن (99٪).

كذلك يحتوي كل من طرازات (GAST و GGOV1 و GAST2A) على نسبة تزيد عن 5٪.، بحيث تعريف هذه النماذج الثلاثة على أنها أنواع تحكم مهيمنة للوحدات التي تعمل بالغاز وتخصيصها للمولدات التي تعمل بالغاز الاصطناعي، كما ذكرت (NERC) أن نموذج (GAST) هو نموذج قديم لا ينبغي استخدامه في حالات ديناميكيات التوصيل البيني، وبالتالي لا يتم اعتبار (GAST) للتخصيص للمولدات الاصطناعية.

من خلال الآلة: يوضح الجدول التالي (2) أن طراز آلة (GENROU) يُستخدم لغالبية الوحدات التي تعمل بالغاز في حالة (EI)، وبالتالي؛ فإن طراز الماكينة الوحيد المهيمن هو (GENROU)، والذي سيتم تخصيصه لجميع المولدات التي تعمل بالغاز في الشبكة التركيبية.

من خلال المثير: في حالة (EI)، هناك (38) نموذجاً من نماذج الإثارة المعتمدة لمحطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي، ومع ذلك باستثناء (ESST4B و EXST1 و EXPIC1 و EXAC2)) يظهر كل من نماذج الإثارة المتبقية في أقل من 5٪ من المحطات التي تعمل بالغاز (من حيث سعة توليد الوحدة)، وذلك كما هو موضح في الجدول الثالث، حيث أن النسب المئوية لوحدات الغاز مع (ESST4B  EXST1  EXPIC1 أو EXAC2) هي (59.79٪ ، 17.92٪ ، 12.89٪ و 9.4٪).

من خلال المثبت: نظراً لعدم وجود نموذج مثبت مستخدم في علبة(EI)، تم تعيين نموذج (IEEEST) لجميع المولدات الاصطناعية من كل نوع وقود ولكن الرياح في الشبكة الاصطناعية، كما تم تخصيص نموذج (WT3P1) لمحطات طاقة الرياح في الشبكة التركيبية.

ومن خلال القيد الإضافي لا يُسمح ببعض توليفات من الماكينات والمحافظ  أو المثير أو الموازن، على سبيل المثال، (WT3G1 و WT3G2) هما طرازا آلات توربينات الرياح السائدة، في حين أن (WT12T1 و WT3T1) هما النموذجان السائدان للتحكم في توربينات الرياح، ومع ذلك؛ فإن (WT12T1) غير متوافق مع (WT3G1 أو WT3G2).