التحكم المسبق لتحسين مرونة نظام التوزيع الكهربائي

لقد حفزت التطورات الحديثة في تقنيات التنبؤ مرافق توزيع الطاقة لاستخدام التنبؤات بنشاط لتقليل تأثير أحداث التردد المنخفض (HILF) عالية التأثير، كما من المحتمل أن يتيح التنبؤ الدقيق إلى جانب التجارب التشغيلية السابقة التحكم قبل الحدث، وذلك بهدف تقليل التأثير على النظام في شبكة التزويد الكهربائي.

أهمية التحكم المُسبق لتحسين مرونة نظام التوزيع الكهربائي

تشير الدراسات الحديثة إلى أن أحداث الطقس المتطرفة ذات التردد المنخفض (HILF) أصبحت أكثر تواتراً وشدة، وذلك مع إلحاق ضرر كبير بشبكة الطاقة الكهربائية، وهي إحدى البنى التحتية الحيوية للمجتمع الحديث، وبمجرد وصول الحدث المتطرف إلى النطاق المطلوب؛ فإنه غالباً ما يتم تقليل التوليد المتاح من شبكة النقل بشكل كبير، مما يجبر أنظمة توزيع الطاقة (PDS) على العمل بموارد توليد محدودة إن وجدت.

لذلك قد تحتاج (PDS) أيضاً إلى العمل كشبكة (μ) مقسمة إلى جزر لعملية حدث مرنة قبل وبعد (HILF)، وهناك وحدات تحكم ومرحلات مختلفة بعضها مزود بمزامنة آلية، بحيث تسهل التشغيل السلس للشبكات (μ) لجزء من نظام التوزيع العام، كما تضمن مرافق التوليد الموزعة المتاحة، مثل مولدات الديزل (DGs) وأجهزة تخزين البطاريات (BSDs) وموارد الطاقة الموزعة (DERs)، بحيث تكون كفاية الموارد في شبكات (μ) أو نظام التوزيع العام ككل.

علاوة على ذلك، وفي سيناريو محدودية الموارد؛ فإنه يجب التخلص من المرافق غير الأساسية من خلال البنية التحتية للقياس المتقدمة (AMI) أو يمكن إسقاط وحدة التغذية بالكامل، كذلك يمكن أن تساعدنا أجهزة إعادة الإغلاق والمقاطع والمفاتيح الأخرى المختلفة عند حواف الشبكة الاستراتيجية في تحقيق مرونة الشبكة المطلوبة من خلال إنشاء مسارات بديلة بشكل استباقي لمرافق البنية التحتية الكهربائية، والتي تسمى أيضًا الأحمال الحرجة (CLs)، مثل المستشفيات ومحطات الشرطة ومحطات الإطفاء وغيرها.

المشاكل التي تواجه عملية التحكم بمرونة النظام الكهربائي

بينما يمكن أن يقع جزء الأغلبية أو كل نظام التوزيع العام داخل المنطقة الخطرة أثناء الكارثة؛ فإن مجموعة محدودة فقط من العقد ستواجه في النهاية كارثة وانقطاعاً لاحقاً، بحيث تم التقاط هذه العقد مسبقاً باستخدام منحنى الهشاشة، لذلك قد يؤدي التوافر المحدود للمفاتيح عبر نظام التوزيع العام إلى توسيع التأثيرات لتشمل خطوطاً وعقداً إضافية.

كذلك يمكن تسمية مجموعة العقد المقابلة بالعقد ذات الانقطاعات المتوقعة (NwEO)، ويمكن أن يؤدي توفر المفاتيح إلى تقليل نطاق (NwEO) بشكل كبير، ولكن مفاتيح التبديل (MO)، مثل مفاتيح تبديل التحميل التي يتم تشغيلها يدوياً، بحيث تحد بشدة من نشرها، كما يسهّل التحكم الاستباقي إعادة تكوين نظام التوزيع العام (PDS) مما يقلل من (NwEO) ويضمن بقاء أكبر عدد من (CLs).

أيضاً يتيح التحكم الاستباقي إمكانية الاتصال بـ (CLs) داخل (NwEO)، حتى اللحظة الأخيرة من ظهور الكارثة، بحيث يمكن للنهج المدفوعة بالتنبؤ أن تقلل بشكل كبير من المتطلبات الحسابية مقارنة بالطرق الاحتمالية، كما وتستثمر المرافق بنشاط في تنبؤات (HILF)، مما يحفزنا على استخدام تنبؤات (HILF) في تطوير تدابير استباقية.

التحديث الحاصل على شبكة التوزيع الكهربائية نتيجة التحكم المُسبق

نظراً للتقلب المرتبط بعملية التزويد للأحمال الكهربائية؛ فإنه يجب إعادة تكوين الشبكة الكهربائية باستمرار إذا تم تحديث (NwEO) بفاصل ثقة عالي بدرجة كافية (CI)، بحيث يجب أيضاً أن تظل (NwEO) متصلة قبل أن تصل (HILF) إلى النقطة المطلوبة، وذلك حتى لا تواجه (CLs) المرتبطة أي إزالة للطاقة إذا تم القضاء على التهديد وتسهيل إعادة التكوين المتتالية إذا لزم الأمر وتحسين مرونة (PDS).

وكما هو موضح سابقاً؛ فإنه يبدأ التحليل بإنذار مبكر لسيناريو (HILF) متبوعاً بالتقدم المتوقع، والذي يميز الجدول الزمني لتأثير الكارثة على نظام التوزيع العام، بحيث يمكن أن تكون توقعات الحمل والتوليد الموجهة نحو (HILF) جزءاً من نظام إدارة التوزيع الكهربائي المتقدم (ADMS) الخاص بـ (DSO).

اتخاذ القرارات الهندسية النشطة بعزل (NwEO)

في أي خطة طارئة؛ فإنه من المهم التقاط الاعتماد على البنية التحتية الحرجة، وفي السيناريو المتطرف المقيد بالموارد وخاصةً عندما يكون حدث (HILF) قيد التقدم؛ فإنه سيكون هناك حاجة إلى بعض الأحمال لتقييمها، كما ويمكن استخدام الأهمية النسبية لزيادة المرونة للطاقة، وفي هذه الدراسة؛ فإنه يتم إعطاء الأهمية النسبية لـ (CLS) والأحمال غير الحرجة (NCLs) من خلال العوامل (KCLI) و (KNCLI) على التوالي، حيث (KCLi≫kncli) مع الوظيفة الموضوعية هي تعظيم قيمة الحمل المقدم.

كذلك يتم توثيق النظر في هذا التعريف لتحسين المرونة بشكل جيد في الدراسات، بحيث يتم نفترض أن (CLS) ونظيرتها غير الحرجة في الموزع قابلة للفصل عبر مفاتيح (AMI)، كما ويتم تحديد توفرها باستخدام (αTI ، βTI) على التوالي، وبالإضافة إلى ذلك (PCL ، TI ، PNCL ، TI)، وهي الطلب النشط على الطاقة من (CL ، NCLs) على التوالي، كما يتم تحديد (NWEO) من خلال متغير عدد صحيح (λi (∈ {1،2}))، وهنا تكون (λi = 1)، بحيث يرمز إلى أن العقدة تبقى نشطة و (λi = 2).

عملية تبديل الاستباقية المقيدة بالسلامة دون عزل (NwEO)

في هذه العملية سيتم إلغاء طاقة (NwEO) من خلال مفاتيح (RO) إذا استمر سيناريو (HILF) المتوقع حتى دقائق قبل وقوع المشكلة، ولضمان الحد الأدنى من الاضطرابات في بقية النظام عند إزالة الطاقة؛ فإنه يتم اعتبار التدفق الصفري عبر مفاتيح (RO) التي تربط (NwEO)، وأيضاً جدول (PDS) وتدفق الخط والحمل والتوليد الكهربائي، بالإضافة الى حقن المحطات الفرعية للجزء الصحي من الشبكة.

كما تم الحصول عليه باستخدام المرحلة الأولى من مشكلة التحسين بشكل ثابت، ومن ثم؛ فإن متغيرات القرار في المرحلة الثانية تشمل عملية التبديل لضمان اتصال (NwEO) وحالة تبديل الأحمال و (DGs) وخرج الطاقة من (DGs) والبطاريات داخل (NwEO)، وذلك لضمان توازن توليد الحمل المحلي.

في النهاية تم اقتراح استراتيجية استباقية لتبديل الشبكة وتخصيص الموارد من مرحلتين لاستمرارية الإمداد إلى (CLs) خلال أحداث (HILF) في هذا العمل، بحيث تعتمد الخوارزمية المقترحة على تحذيرات الأحداث المبكرة الخارجية وتوقعات (HILF)، وذلك لإلغاء تنشيط جزء من نظام التوزيع العام بشكل استباقي، مما يقلل من مخاطر تأثير النظام الناجم عن الانقطاع غير المخطط للمكونات الحية أثناء انتشار الحدث، وذلك مع إمكانية استرداد أسرع بعد الحدث.

وهنا يتم إرسال أطقم التشغيل لتكوين كل من المفاتيح القابلة للتشغيل يدوياً وعن بعد للقيمة القصوى للحمل الذي يتم تقديمه قبل ساعات من الحدث مع تعظيمه من خلال السماح للأحمال بالبقاء نشطة قبل دقائق من وقوع الحدث، وذلك جنباً إلى جنب مع إستراتيجية تبديل الشبكة وتخصيص الموارد، بحيث يتم تزويد المشغل بفوائد نشر الاستراتيجية المقترحة من خلال مقياس المرونة.

كما يتم أيضاً النظر في توفير التصحيح المستمر مع تقدم أحداث (HIL)، بحيث تم توضيح النموذج الرياضي المطور لضمان الشعاع أثناء عزل الأجزاء السليمة من العقد ذات الانقطاع المتوقع (NwEO)، مما قد يشكل شبكات (μ) معزولة متعددة.