التحكم التنبؤي القائم على تصنيف شبكات الكهرباء الصغيرة

تقدم التحليلات الهندسية عادةً مخططاً للتحكم التنبئي (MPC) للنموذج القائم على الرتبة لمحولات مصدر الجهد (VSCs) التي تعمل في شبكة ميكروية منخفضة الجهد ومجتمع التيار المتردد مع طوبولوجيا متغيرة ديناميكياً، بحيث أدى ظهور شبكات التوزيع الشبكي ذات الاختراق العالي للطاقة المتجددة في الدراسات الحديثة إلى تطوير تقنية تحكم تكيفية في (VSC) لتحقيق الأداء الأمثل في بيئة متغيرة.

أهمية التحكم التنبئي القائم على تصنيف شبكات الكهرباء الصغيرة

أدت التطورات الأخيرة في أنظمة الطاقة المتجددة إلى انتشار موارد الطاقة الموزعة (DERs)، مثل الخلايا الكهروضوئية على حافة الشبكة الكهربائية، ومع زيادة تشبع هذه الموارد ظهر مفهوم الشبكة الصغيرة كميزة جذابة للتوليد الموزع، كذلك الشبكة المصغرة عبارة عن مجموعة شبكية لها القدرة على الاندماج مع شبكة مرافق التيار المتردد عبر نقطة واحدة أو متعددة من اقتران مشترك (PCC) أو تعمل في وضع قائم بذاته على الجزر.

وفي المخططات الحديثة؛ تشتمل الشبكة الصغيرة النموذجية على الترابطات بين العديد من (DERs)، وهي (محطات توليد الطاقة الكهروضوئية ومحطات حصاد طاقة الرياح) وكذلك أجهزة تخزين الطاقة عبر محولات مصدر الجهد (VSCs)، وعلى عكس شبكات التوزيع التقليدية أحادية الاتجاه؛ فإن الشبكات الصغيرة غالباً ما تستخدم تدفق طاقة ثنائي الاتجاه على طول هيكل مترابط.

كما يمكن تحقيق مزيد من المتانة من خلال دمج عدة (PCC-MPCC) داخل شبكة صغيرة مرتبطة بالشبكة، حيث توفر العديد من التوصيلات بشبكة المرافق التكرار في حالة حدوث عطل، كما يتم توضيح هذا التنفيذ في الشكل التالي (1)، بحيث تعمل الشبكة الدقيقة المترابطة مع (MPCC) جنباً إلى جنب مع مغذي التوزيع بالجملة، والذي يشار إليه أحياناً باسم شبكة الشبكات الصغيرة أو شبكة الشبكات النانوية.

السلوك الخاص بمغذيات الشبكة الكهروضوئية وطرق التحكم

كذلك يتم عرض المغذيات المحلية التقليدية على النقيض، كما ينشأ حدان واضحان من مثل هذه الشبكة الموزعة:

• قد لا تتمكن وحدات التحكم (VSC) البسيطة من التعامل مع تكوينات النظام المتغيرة في شبكة صغيرة مع (MPCC).

• تعتمد العملية على الجزر على تضمين مصدر تشكيل الشبكة لدعم جهد النظام.

أيضاً يسلط كلا الحدين الضوء على مخاوف الهيكل الفيزيائي، وكلاهما يزيد من قابلية التعرض لأعطال النظام؛ إما على (PCC) بالشبكة أو عند نقطة اتصال (VSC) المكونة للشبكة الكهربائية.

يشتمل الحل البسيط للقيود الموصوفة سابقاً على الاتصال بوحدة تحكم مركزية، ومن أجل الحساب والتنظيم الموحد؛ فقد تم اقتراح إستراتيجية اتصال خاصة بحيث يتم التحكم في جميع العقد الموزعة بواسطة وحدة تحكم رئيسية مركزية، كما توفر مخططات التحكم المركزية مزايا مماثلة للشبكة الدقيقة للتيار المتردد الديناميكي مثل التصنيف التكيفي المقترح، ولكنها تتطلب بنية تحتية للاتصالات واسعة النطاق وتشكل ثغرة أمنية كبيرة في الشبكة.

الحلول المرتبطة بسلوك القدرة الكهربائية في الشبكات الصغرة

من خلال التحليلات تم اقتراح أدوات التحكم في التدلي الأولية والثانوية كحلول لكل من قيود الطوبولوجيا، بحيث يتيح التحكم في الإسقاط إمكانية ضبط المشاركة النشطة والمتفاعلة للطاقة بين (VSCs) الموزعة مع توفير تكامل التوصيل والتشغيل، كما تلغي وحدات التحكم هذه الحاجة إلى مصدر واحد لتشكيل الشبكة عن طريق تنظيم الجهد لكل (VSC) بحلقة تحكم ثانوية، وهي فائدة أخرى للتحكم في التدلى هي الافتقار إلى البنية التحتية للاتصالات المركزية التقليدية.

ومع ذلك؛ فإن التحكم القائم على التدلي يضحي بسلوك تشكيل الهيكل النشط، حيث أن المحولات الموزعة غير قادرة على تكييف الهيكل الديناميكي وأنماط التشغيل، وذلك لأن أنظمة التحكم القائمة على التدرج لا تمتلك طبقة التحكم التكيفية من أجل تزامن داخلي محسّن في شبكة دقيقة لطوبولوجيا ديناميكية مع (MPCC)، وكحل جزئي تم اقتراح وحدة تحكم قائمة على الإجماع للعمل في طوبولوجيا شبكة دقيقة ديناميكية مع اتصالات متفرقة بين (VSCs) المجاورة مع الحفاظ على مشاركة الطاقة وتنظيم الجهد المقبول.

كما تم توسيع التزامن لهذا العمل بشكل أكبر، حيث يتم تنفيذ أساليب المتتبع والقائد الموزعة لمزامنة الشبكة الصغيرة الجزرية مع مصدر خارجي، كما تم توضيح هذا الأسلوب للعمل في طوبولوجيا النظام المختلفة ، ولكنها محدودة، بحيث يفتقر إلى حل للمزامنة بين مجموعات الشبكة المرتبطة بالشبكة والجزرية، حيث يلزم تعيين القائد على الجانب المرتبط بالشبكة من نقطة الاقتران ولكنه يفتقر إلى الارتباط المباشر بشبكة المرافق.، كما تشمل التحديات الأخرى للتحكم في التدلي احتمال حدوث انحرافات تردد غير مرغوب فيها بسبب الاقتران المتأصل في مرجع الطاقة والجهد الكهربائي.

وأخيراً استكشفت العديد من الأعمال الحديثة استخدام “التحكم التنبئي النموذجي” (MPC) مع التحكم في الطاقة النشطة والمتفاعلة المنفصلة لمواجهة قيود وحدة التحكم في التدلي النموذجية، وكما يوحي الاسم تستخدم (MPC) نموذجاً رياضياً لمرشح خرج (VSC) للتنبؤ بتيار الإخراج والجهد لكل حالة تحويل محتملة، بحيث تقلل وحدة التحكم الناتجة جهد الضبط وتوفر تصميماً ذا حلقة واحدة، كما وتوفر استجابة ديناميكية فائقة، بحيث تسمح وظيفة التكلفة للتحكم التنبئي بالعديد من أهداف التشغيل الممكنة.