التحكم في الجهد الكهربائي وتركيب منحنى شبكة التوزيع

تبحث هذه الدراسة في نظام هجين متعدد العوامل الهرمية للتحكم في الجهد الكهربائي الموزع في شبكات التوزيع النشطة، بحيث يعتمد النظام الهرمي بالخصوص وهو متعدد العوامل؛ على تغيير الصمام عند التحميل (OLTC) لمحولات التوزيع ووكلاء قسم التحكم في التغذية (FCS) للمولدات الكهربائية الموزعة (DGs).

ضرورة التحكم في الجهد الكهربائي لمنحنى شبكة التوزيع

يتزايد استخدام المولدات الموزعة (DGs) باستمرار، وبالتالي يصبح تخطيط وتشغيل شبكات توزيع الكهرباء أكثر تعقيداً، وذلك مع (DGs) في شبكة التوزيع، بحيث يمكن أن يتغير ملف تعريف الجهد واتجاه تدفق الطاقة بشكل كبير، كما تؤدي هذه الاضطرابات إلى ارتفاع أو انخفاض الجهد بشكل مفرط، كما وفقد الشبكة الكهربائية بشكل متكرر وأعطال الحماية وانهيار الجهد الكهربائي.

لذلك يصعب معالجة هذه المشكلات باستخدام أساليب التحكم التقليدية لشبكات التوزيع، ولمعالجة هذه المشاكل، أصبحت شبكات التوزيع أكثر نشاطاً، بحيث تمتلك شبكة التوزيع النشطة وسائل للتحكم في إمداد الطاقة والحمل باستخدام استراتيجيات تعاونية ويمكنها تلبية متطلبات السلامة وتقليل التكاليف على الرغم من حالات التشغيل المتغيرة.

كما لا يمكن لاستراتيجيات التحكم المركزية التقليدية تلبية هذه المتطلبات وهي ليست مرنة، بحيث تم اقتراح تحسين مركزي لتلبية قيود الجهد في شبكة توزيع نشطة، ومع ذلك؛ فإن ترتيب مشكلة التحسين مرتفع وأوقات الحساب كبيرة، بحيث يلاحظ أنه مع التحكم اللامركزي.

آلية تحسين الجهد الكهربائي القابل للتكيف في شبكة توزيع

يجب أن تكون خوارزميات تحسين الجهد قابلة للتكيف في شبكة توزيع نشطة، بحيث تم تطبيق خوارزمية جينية لحل مشكلة التحكم في الجهد، كما تم استخدام سرب الجسيمات التطوري، بحيث تم فحص خوارزمية تعلم محلية مدمجة مع البرمجة غير الخطية، ومع ذلك تتطلب هذه الخوارزميات كميات كبيرة من البيانات وتتأخر في الاتصال، كما وتخضع لحجب الاتصال.

وفي هذه الدراسة، تم دراسة طريقة متعددة العوامل للتحكم التعاوني الموزع في الفولتية في شبكات التوزيع النشطة، وفي هذا النهج يتم ضبط (OLTC) ومخرجات أجهزة التعويض التفاعلي و (DGs) وفقاً لحالة الشبكة الكهربائية، وذلك لمنع انتهاكات حدود الجهد وتقليل انحرافات الجهد وزيادة مخرجات الطاقة النشطة (DG) في شبكة التوزيع بأحمال ومغذيات مختلفة.

لذلك يتم استخدام تركيب المنحنى لتقريب العلاقات بين الجهد والطاقة، كما وتستخدم هذه المنحنيات لتحديد إجراءات التحكم، بحيث تقلل الطريقة المقترحة من كمية البيانات المنقولة بين الوكلاء وتقصير أوقات الحساب، كما وتجد حداً أدنى عالمياً، كما تم التحقق من فعالية مخطط التحكم في الجهد التعاوني الموزع المقترح وطريقة تركيب المنحنى من خلال المحاكاة.

نموذج تدفق الطاقة الكهربائية المبسط

تتطلب حسابات تدفق الطاقة بيانات للشبكة بأكملها، وبالتالي؛ فإن هذه الحسابات أكثر قابلية للتطبيق على التحكم المركزي، بحيث تتجاهل طريقة تدفق الطاقة المبسطة المصطلحات التربيعية للعلاقة بين تغيرات القدرة والجهد، مما يضعف الاقتران بين العقد، وذلك بسبب الخاصية الموزعة لشبكات التوزيع النشطة وضرورة الحسابات السريعة، بحيث تم استخدام طريقة تدفق الطاقة المبسطة في هذه الدراسة.

لذلك؛ فإن الهيكل النموذجي لوحدة تغذية التوزيع الشعاعي، بحيث يظهر مغذي شعاعي بسيط في الشكل التالي (1)، لذلك إذا تغيرت مستويات طاقة الحمل النشط والمتفاعل لعقدة (j) بمقدار (Pj و Qj) على التوالي؛ فعندئذ بالنسبة لأي عقدة منبع المنبع (i) يتكون عندها علاقة الجهد التالية:

حيث أن:

(Ui ، new): هو الجهد عند العقدة (i) بعد التغيير.

(Ui): يعبر عن الجهد القديم في العقدة (i) قبل التغيير.

(RSi ، XSi): حساسيات الجهد الكهربائي.

وبالمثل، إذا تغيرت مستويات طاقة الحمل النشطة والمتفاعلة للعقدة (m) بمقدار (Pm ، Qm) على التوالي؛ فعندئذٍ لأي عقدة في اتجاه التدفق (i).

كما يجب أن تستوفي جهد العقدة ومستويات طاقة (DG) القيود التالية:

حيث أن:

(Uminlmt ، Umaxlmt): هما حدود الجهد الدنيا والعليا للشبكة على التوالي.

(Ui): الجهد في العقدة (i).

(Pmax): أقصى خرج للطاقة النشطة (DG).

(Qmax ، Qmin): الحد الأقصى والحد الأدنى من مخرجات الطاقة التفاعلية لـ (DG) على التوالي.

هيكل التحكم في الجهد الكهربائي المتوافق

الهيكل العام للنظام متعدد العوامل

يتم تقسيم كل وحدة تغذية إلى عدة أقسام تحكم في وحدة التغذية (FCS)، بحيث يتم إنشاء وكيل (FCS) للتحكم في الأجهزة الموجودة في (FCS)، كما يتم استخدام بنية هرمية هجينة، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2)، كذلك يتم إنشاء وكيل (OLTC) لإدارة الشبكة وله تحكم مباشر في كل وحدة تغذية.

لذلك يشكل وكلاء (FCS) في نفس وحدة التغذية بنية تحكم موزعة وهم متساوون في الحالة، بحيث يتم استخدام الروابط التسلسلية للاتصال، وعندما يكون للمغذي الشعاعي عدة فروع، وذلك كما هو الحال في وحدة التغذية الموضحة في الشكل (2)، يتم تحديد تسلسل الوصلة التسلسلية بواسطة الحساسيات التفاعلية لـ (DGs) في وحدة التغذية.

وكيل (OLTC)

يحافظ وكيل (OLTC) على معلومات صمامات المحولات ويتحكم في العمليات بناءً على حالة الشبكة، بحيث يقيس هذا الوكيل جهد الناقل وموضع صنبور المحول ويستقبل الرسائل من وكلاء (FCS)، بحيث يؤدي التغيير في موضع صنبور المحول إلى تغيير الجهد في جميع العقد على جانب الجهد المنخفض، كما يُشار إلى موضع النقر قبل التغيير بالرمز (t0).

حيث تكون مجموعة المواضع المحتملة هي {−4 ، −3 ، −2 ، −1 ، 0 ، 1 ، 2 ، 3 ، 4}، وهو أعلى وأدنى جهد للشبكة يتم الإشارة إليها بواسطة (Umax0 ، Umin0) على التوالي، بحيث يتم الإشارة إلى موضع النقر بعد التغيير بالرمز (t1)، كما ويتم الإشارة إلى أعلى وأقل الفولتية الجديدة في الشبكة بواسطة (Umax1) و (Umin1) على التوالي، كما يمكن الحصول على العلاقات التالية لأعلى وأقل الفولتية قبل تغيير الحنفية وبعده:

وكلاء (FCS)

يقوم وكلاء (FCS) بقياس الجهد عند العقدة التي تم تعيينهم لها وإخراج الطاقة (DG) ومخرجات الطاقة لأجهزة التحكم في الجهد في (FCS) الخاصة بهم، بحيث يقوم وكلاء (FCS) بضبط طاقة الخرج الخاصة بـ (DG) وأجهزة التحكم في الجهد، بحيث يقوم وكلاء (FCS) بحساب ومراقبة جميع الفولتية في القسم المخصص لهم باستخدام معلمات الخط ومعلومات التحميل الخاصة بـ (FCSs) الخاصة بهم.

طريقة التحكم في الجهد الكهربائي المناسب للمنحنى

• حالة الشبكة الكهربائية: عندما تكون الفولتية لجميع العقد في الشبكة ضمن الحدود المحددة، كما يكون نظام التحكم في الوضع العادي، بحيث يتم اتخاذ إجراءات التحكم في الطاقة أو الجهد النشط والمتفاعل من قبل وكلاء (FCS) بأقل تأخير، كما ويتم إجراء تقديرات طويلة الأجل لتأثيرات تغييرات صمام المحولات الكهربائية لعملية التحسين.

• التحكم في الطاقة أو الجهد التفاعلي التعاوني: تشمل مصادر الطاقة التفاعلية في شبكة التوزيع المكثفات التحويلية ومحولات (DG) وأجهزة التعويض التفاعلي الأخرى، كما يتم التعبير عن الوظيفة الموضوعية.

وفي هذه الدراسة، تم تطوير استراتيجية توزيع الجهد التعاوني الموزع لشبكة توزيع نشطة، بحيث يستخدم هيكل التحكم في الجهد التعاوني نظاماً هجيناً هرمياً متعدد العوامل مع عوامل محددة لمحول التوزيع و (DGs)، نظراً لخصائص المغذيات في شبكات التوزيع النشطة، يستخدم نظام الاتصال للهيكل المقترح روابط تسلسلية.