التحكم التكيفي للشبكات الكهربائية الصغيرة وتكاليف التشغيل

ضرورة التحكم التكيفي للشبكات الكهربائية الصغيرة وتكاليف التشغيل

بدافع من الجوانب التكنولوجية والاقتصادية والبيئية، كما يتزايد تكامل موارد الطاقة المتجددة في شبكات الطاقة على مستوى العالم، بحيث ترتبط معظم وحدات الطاقة المتجددة بالنظام عبر محولات التيار المتردد، ونتيجة لذلك ينتقل هيكل توليد الطاقة من محطات الطاقة الكبيرة والمركزية إلى وحدات الطاقة الصغيرة والموزعة.

ونظراً لأن الهيكل المادي للعواكس والمولدات المتزامنة يختلف اختلافاً كبيراً، كما يحدث انخفاض كبير في توليد الطاقة المتزامن، وعلاوة على ذلك تظهر العديد من القضايا مثل تقلبات التردد وعدم تطابق العرض والطلب وعدم استقرار النظام وقضايا إرسال الحمل الكهربائي الاقتصادي خلال فترات الذروة وخارج فترات الذروة بسبب التقطع المتجدد، مما أدى إلى تشغيل نظام الطاقة في ظل ظروف مجهدة.

كما إن الطبيعة العشوائية والقصور الذاتي المنخفض والافتقار إلى قدرة التزامن المتأصلة لموارد الطاقة المتجددة هي أسباب المشكلات المذكورة أعلاه، لذلك تعد استراتيجيات التحكم الجديدة ضرورية لضمان تشغيل شبكة صغيرة موثوقة وفعالة، كذلك التعقيدات المتزايدة من حيث العدد النشط لعناصر الشبكة الدقيقة وديناميكيات الشبكة الكهربائية تجعل النهج غير المرنة والمركزية غير مناسبة، ومن ثم خلق حاجة واضحة لحل قوي وموزع.

كما تعتمد الخوارزميات المتكاملة القائمة على المتوسطات الموزعة (DAI) على حساب متوسط الإجراءات المتكاملة التي تصوغ حلولاً فعالة، كما أن الميزة الرئيسية للطابع الموزع لهذا النوع من البروتوكول هي عدم وجود شرط من الكيان الحسابي المركزي، كذلك تتبادل وحدات الطاقة الفردية المعلومات فقط مع العقد المجاورة لها.

أيضاً يعتبر التحكم في التردد هو الأكثر أهمية من بين العديد من أنظمة التحكم الأخرى في الشبكات الصغيرة، بحيث يتم تقسيم التحكم في التردد الكهربائي أيضاً إلى ثلاث طبقات هرمية، أي طبقة أولية وطبقة ثانوية وطبقة ثالثة، وفي هذا الطرح يتم التركيز على التحكم الثانوي في التردد في نظام الشبكة الصغيرة، كما تتم مراجعة الأدبيات الخاصة بوحدات التحكم (DAI) ذات التردد الثانوي على النحو التالي.

تم اقتراح خوارزمية (DAI) للتعامل مع التحكم الثانوي في التردد في نظام الطاقة السائبة، ومع ذلك تمت مناقشة (DAI) للشبكات الصغيرة ذات مستويات الجهد الكهربائي المنخفض والمتوسط ​، وذلك إلى حد مفرط، حيث قام الباحثون بتوسيع نطاق البحث لإنجاز الحقن الأمثل بشكل مقارب والتكيف مع نموذج النظام الفيزيائي شديد التعقيد.

التقنيات اللامركزية الموزعة بشكل عام على وحدات تحكم PI

تعتمد التقنيات اللامركزية والموزعة بشكل عام على وحدات تحكم (PI) من أجل استعادة الجهد والتردد لنظام الطاقة، ولأغراض التنظيم تستخدم التقنية اللامركزية القياسات المحلية، ومع ذلك تتضمن التقنية الموزعة المعلومات التي تم جمعها من وحدات التوليد الموزعة المجاورة (DGUs)، الأمر الذي يتطلب شبكة اتصالات وبالتالي زيادة الموثوقية والأمان في نهاية المطاف في شبكة صغيرة معزولة، وفي الوقت الحاضر تمت إضافة خوارزمية تستند إلى الإجماع بين (DGUs) في النهج الموزع لتحسين تقاسم الطاقة.

في الشبكات الصغيرة، قام الباحثون بنمذجة تأخير الاتصال مع وحدات تحكم التردد الثانوية في حالات التكامل النسبي المركزي (PI)، كما تم اقتراح (PI) مركزية مع نموذج تحكم تنبؤي ومتنبئ، بحيث تم تنفيذ تحليل إشارة صغير لنموذج في البحث المذكور أعلاه مع تأخيرات مستمرة، وعلاوة على ذلك تم اقتراح مخطط تحكم موزع لتنظيم التردد مع إمكانية التوصيل والتشغيل وتغيير الحمل الكهربائي.

كما يناقش المختصون شبكة طاقة ذات موارد طاقة متجددة متقطعة ويقترحون استراتيجية تحكم مركبة لتنظيم التردد باستخدام التحكم التنبئي النموذجي وخطط التحكم الموزعة بين القائد وأتباعه، ومع ذلك؛ فإنه لم يتم النظر في التحكم في التردد الكهربائي باستخدام (DAI) في شبكة صغيرة ذات موارد طاقة متجددة متقطعة.

تم اقتراح توزيع السيطرة على الشبكات الدقيقة، بحيث تم تطوير طوبولوجيا اتصال ديناميكي جنباً إلى جنب مع شروط الاستقرار في ظل التأخيرات المتغيرة بمرور الوقت، ومع ذلك؛ فإن الأعمال المذكورة أعلاه تقتصر على التحكم الموزع على الطبقة السيبرانية ولا تتضمن الطبقة المادية، علاوة على ذلك اقتصرت مخططات التحكم في الأعمال البحثية المذكورة أعلاه على مناهج تقاسم الطاقة، بينما لم يكن التحكم في التردد الثانوي مدروساً جيداً.

تكلفة التشغيل الخاصة بالشبكات الكهربائية الصغيرة

تكلفة التشغيل المثلى هي مهمة مستوى التحكم العالي ويتم تحقيقها من خلال حل مشكلة تحسين توزيع الحمل الاقتصادي (ELD)، وغالباً ما يتم التعبير عن هذا النوع من وحدة التحكم وفقاً لنهج مركزي ويتطلب قدراً كبيراً من الوقت لحل مشكلة التحسين، وعلى الرغم من أنه في الشبكات الصغيرة؛ فإنه يمكن أن تحدث حالات عدم اليقين في وقت أقل بشكل ملحوظ.

لذلك، لا يتم تحديث الإرسال الأمثل لهذا المقياس الزمني، ومن أجل حل الإرسال الأمثل على فترات زمنية صغيرة نسبياً؛ فإنه يتم استخدام الأساليب اللامركزية أو الموزعة، كذلك التحكم في التدلي التكيفي هو النهج الأكثر شيوعاً المستخدم لتحقيق تكلفة التشغيل المثلى على أساس المخططات اللامركزية، وفي هذا المخطط، كما يتم ضبط وحدات التحكم الموزعة في كل (DGU) وفقاً لتكاليف التشغيل الخاصة بكل منها.

ومع ذلك، ونظراً لأن (DGU) لا تشارك معلومات تكلفة التشغيل، كذلك لا يتم تحقيق الحد الأدنى لتكلفة التشغيل العالمية، كما يحقق الباحثون مشكلة (ELD) في شبكة ذكية مع عدم اليقين في الاتصال، كما يناقش المختصون نوعاً جديداً من خوارزمية الإرسال الموزع لتحقيق الإرسال الأمثل للطاقة الكهربائية من خلال مشاركة الحمل بين وحدات (DGU)، وذلك مع ضمان الإجماع بين التكلفة الإضافية (IC) باستخدام روابط الاتصال الموزونة بين وحدات (DGU) المجاورة.

كما تعتبر التقنيات المختلفة المستخدمة لتكلفة التشغيل المثلى على أساس نهج التحكم الموزع هي كما يلي:

• توافق التدرج والإجماع على التكلفة المتزايدة (ICC).

• يتم استخدام (ICC) في نظام متعدد العوامل (MAS) ويستند إلى (IC) وخوارزمية الإجماع

• يتم تقييم عدم تطابق العرض والطلب العالمي و (IC) لكل (DGU).

ومع ذلك؛ فإن الأعمال البحثية المذكورة سابقاً لا تأخذ في الاعتبار حدود طاقة التوليد، وعلى الرغم من أن المختصين استخدموا وحدات تحكم خارجية من أجل النظر في حدود توليد الطاقة أثناء تطبيق نهج (ICC)، و في مثل هذه الحالات؛ فإنه يتم تقدير تكلفة التشغيل الزائفة لوحدات (DGU) المجاورة.

وعلى عكس (ICC)؛ فإنه يحسب نهج التدرج الموزع التكلفة الإضافية، كذلك كل هذه الأعمال البحثية تشمل (IC) كمتغير إجماعي، ومع ذلك لم يتم دمج تكلفة التشغيل المتغيرة لوحدات الطاقة فيما يتعلق بالوقت في الشبكات الصغيرة التي تسيطر عليها (DAI)، وعلاوة على ذلك ونظراً للتقطع المتجدد، تعد تقنيات التكيف لخطة التحكم (DAI) ضرورية جداً لتحديث معايير قانون التحكم ولا تزال مجالات البحث متاحة.