التحكم الكهربائي الذكي بالشبكات الصغيرة بنظام الترتيب

يتم تصوير هيكل التحكم المقترح عادةً من خلال رسم تخطيطي خاص، بحيث يتم تنفيذ نهج الأحمال الرائدة، وعلى الأقل يعمل (VSC) واحد في شبكة صغيرة من الجزر في وضع التحكم في الجهد الكهربائي، كما ويتصرف كنقطة مرجعية لمزامنة النظام، أما في الشبكة الدقيقة المرتبطة بالشبكة تعمل جميع (VSCs) في وضع التحكم الحالي بينما تصبح [VSC (s)] في (PCC) هي النقطة (النقاط) المركزية للتزامن.

تطبيق التحكم الكهربائي الذكي بالشبكات الصغيرة بنظام الترتيب

بالنسبة الى مخطط الترتيب، يتم تحديد الوضع التشغيلي لكل (VSC) من خلال رتبتها (R) ورتب (VSCs) المجاورة والمربوطة، كما أنه يتم نقل الرتب بين (VSCs) المجاورة وهي الأجزاء الوحيدة من المعلومات المشتركة بين الناقلات عبر طبقة الاتصالات المتفرقة، بحيث يبدأ كل (VSC) بمعرف عدد صحيح فريد لتمييزه عن (VSCs) الأخرى في النظام وإنشاء بنية تحكم محددة مسبقاً داخل شبكة جزرية صغيرة، وبالنظر إلى (ith VSC)، وهي رتبة أولية فريدة (Ro)؛ فإنه يتم اشتقاق (i) باستخدام:

حيث أن (N) هو العدد الأقصى لإجمالي (VSCs) داخل الشبكة الصغيرة و (N) أيضاً من الرتب بين (VSCi) وأي جار مرتبط، كما يعتمد الترتيب النهائي لـ (VSCi ،Ri) على الرتبة الأولية (Ro ، i)، وهي الحالة الثنائية لربط المنفعة بالناقل المحلي (Gi) ورتب (n) المجاورة لـ (VSCs) المرتبطة، كما تُعطى رتبة (Ri) عند الخطوة الزمنية (k) بواسطة:

حيث أن (Tij) هو أمر الربط الثنائي لخط بين الناقلات (i ،j ،Bj)، وهي رتبة (jth VSC)، بحيث يتم شرح عملية تخصيص الرتبة بشكل أكبر بواسطة الخوارزمية، كذلك الحد الأدنى المحلي بين (VSCs) المتجاورة والمجزرة يؤسس مصدراً يتم التحكم فيه بالجهد الكهربائي، وبشكل عكسي تعمل شبكة (VSC) المرتبطة بالرتبة (1)، وهي دائماً في وضع التحكم الحالي.

كما يضمن مخطط الترتيب المقدم إجراء المزامنة الداخلية داخل شبكة ميكروية شبكية وجزرية بواسطة (VSC) الأبعد عن مصدر تشكيل الشبكة، وكما هو محدد بواسطة عدد (VSCs) بينهما؛ يدعم الشكل التالي (2) هذه الاستراتيجية، والذي يصور القدرة التفاعلية التي تنتجها (10 VSCs) لوحدتي تحكم تمت محاكاتهما، بحيث تدرس هذه التجربة أداء شبكة ميكروية جزرية تشكل طوبولوجيتها حلقة غير مكتملة.

كذلك يعمل (VSC1) في وضع التحكم في الجهد الكهربائي عند (t = 0.3) ثانية، بحيث يُطلب من الخط الفاصل بين (VSC9) و (VSC10) الإغلاق وتبدأ المزامنة، وفي الشبكة الصغيرة للمجتمع حيث يكون محاثة الخط في حده الأدنى، أيضاً يكون تحول الطور بين (VSC9  ،VSC10) ضئيلاً ويغلق الخط ببساطة ويكمل الحلقة.

الحد الأدنى من متطلبات البنية التحتية للتوصيل الكهربائي

تتطابق طبقة الاتصال المتناثرة مع الهيكل المادي للنظام الكهربائي، مما يقلل من الأجهزة الإضافية المطلوبة لتنفيذ وحدة التحكم هذه مع تمكين وظيفة التوصيل والتشغيل، بحيث يتحكم كل (VSC) في القواطع الموجودة في الحافلة المحلية الخاصة به والتي تتصل بالناقلات المجاورة أو شبكة المرافق، بحيث يتم توفير أوامر إغلاق السطر بواسطة طبقة اتصال مركزية افتراضية، ولكن يمكن تكييف وحدة التحكم لإنشاء أوامر محلياً لتحقيق أهداف الأداء على مستوى النظام في العمل المستقبلي.

كما تتضح فوائد طبقة الاتصالات المتناثرة التي تعكس الطوبولوجيا من خلال مقارنة البنية التحتية اللازمة لأنظمة التوصيل المختلفة، فيما يلي تحليل للمسافة الإجمالية لخطوط الاتصال السلكية للمخططات الكثيفة (Ds) والمركزية (Dc) والمتعددة المركزية (Dm) والنسخ المتطابق للطوبولوجيا (Dt) التي تعمل في شبكة ميكروية شبكية (أي شبكة من الشبكات الصغيرة).

لذلك؛ فإن الاستثناء الملحوظ من هذه القائمة هو التحكم اللامركزي، والذي يستفيد من بنية أقل اتصالاً ولكنه يحد من وعي كل (VSC) بالنظام المحيط، وبالتالي القدرة على التكيف، بحيث يقدم التحليل التالي عدة افتراضات لتبسيط العمليات الحسابية، كما أن أحد الافتراضات العامة هو طوبولوجيا شبكية دائرية مثل (VSC) واحد قد يقيم في المركز الجغرافي، بحيث يحتوي الجدول التالي على قيم المتغيرات المستخدمة في التحليل.

المرونة الحاصلة في حال فشل الاتصال الكهربائي

يعتبر الاتصال بين (VSCs) المجاورة أمر بالغ الأهمية لتقاسم الرتب بين الناقلات الموزعة، وفي دراسات الحالة المقدمة في هذه الدراسة؛ يُفترض أن يتم إرسال الرتب بسرعة التبديل أو (50) كيلو هرتز، كما وتصل إلى الناقلات المجاورة خلال دورة تبديل واحدة أو (20) ميكرو ثانية، ولهذا السبب يجب النظر في تنفيذ اتصال موثوق بهذه الطريقة، كما يُفترض أن يتم تنفيذ الاتصال عبر اتصال خط الطاقة (PLC)، حيث يقابل الفشل أو التأخير في الاتصال خطاً مفتوحاً.

أيضاً تتكيف الشبكة المتبقية وينتج عنها تدفق طاقة دون اسمي، بحيث تم تنفيذ دراسات الحالة التالية في بيئة (RTS) للتحقق من أداء وحدة التحكم أثناء أعطال الاتصال، كما يصور الشكل التالي (3) طوبولوجيا الجزر تحت أحداث فشل الاتصال التي تحدث بين ثلاثة أزواج مختلفة من الناقلات.

كما يوضح الشكل التالي (4) أداء شبكة صغيرة ذات عشرة (VSC) أثناء فشل الاتصال بين (VSC2) و (VSC3)، وقبل الفشل يدعم (VSC1) جهد الجزيرة كمصدر وحيد للتحكم في الجهد الكهربائي، وفي (t7) يتم قطع الاتصال بين (VSC2) و (VSC3)، كما ويتم قطع خط الربط بينهما بشكل مستقل، بحيث يتم عزل (VSC1) و (VSC2) في مجموعة خاصة بهم، ومع استمرار (VSC1) في دعم جهد المجموعة، وضمن الشبكة الدقيقة المتبقية من (VSCs 3-10)، بحيث تمتلك (VSC3) أدنى رتبة من جيرانها المقيدين (R3 = Ro ، 3 = 300) والانتقالات إلى وضع التحكم في الجهد.

أيضاً يوضح الشكل التالي (5) تأثير فشل اتصال آخر بين (VSC7) و (VSC8)، وقبل حدوث هذا الفشل؛ كان (VSC1) يعمل كجهد شبكة سابق ويدعم جهد الجزيرة في لحظة (t8)، بحيث يتم قطع الاتصال بين (VSC7) و (VSC8) ويتم فتح خط الربط بينهما، بحيث سيؤدي ذلك إلى عزل (VSCs 1-7) في مجموعة منفصلة، مع استمرار (VSC1) في دعم جهد الكتلة، وضمن الشبكة الدقيقة المتبقية من (VSCs 8-10)؛ تمتلك (VSC8) أدنى رتبة من جيرانها المقيدين (R8 = Ro ، 8 = 800) والانتقالات إلى وضع التحكم في الجهد ويدعم جهد الجزيرة.

أخيراً ومن خلال هذه الدراسة؛ تم تقديم وحدة تحكم تنبؤيه ذكية قائمة على الرتبة لـ (VSCs) التي تعمل في شبكة صغيرة مع طوبولوجيا ديناميكية ونقاط متعددة من الاقتران المشترك، حيث أن الهدف والمساهمة من مخطط التحكم المقترح هو تحقيق شبكة ميكروية متزامنة بالكامل مع نقاط متعددة من الاقتران المشترك للشبكة المستقبلية للشبكات الصغيرة، كما يضمن اعتماد الوضع التشغيلي (VSC) على طوبولوجيا النظام أداءً مقبولاً للشبكة الدقيقة ويتيح الانتقال التلقائي والسلس إلى تكوينات الشبكة الأخرى.

أيضاً تخفف وحدة التحكم المقترحة من العديد من التحديات التقنية التي تواجه (VSCs) النموذجية التي تعمل في بيئة شبكة صغيرة وتقوم بذلك باستخدام طبقة اتصال انعكاس طوبولوجي، بحيث تم اقتراح التحكم الذكي المستند إلى الرتبة ضمن إطار عمل (MPC) في هذه الدراسة، والذي يقلل من البنية التحتية للاتصالات الضرورية، كما يتم التحقق من صحة أداء مخطط التحكم المقترح ومقارنته بالحلول الحالية عبر العديد من دراسات الحالة التجريبية (RTS).