التحكم في الطاقة الكهربائية النشطة والمتفاعلة المستندة إلى ADMM

الهدف من التحكم في الطاقة الكهربائية النشطة المستندة إلى ADMM

تتطور طاقة الرياح بشكل مستمر بسبب الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة وسياسة الطاقة منخفضة الكربون، وذلك مع زيادة تغلغل طاقة الرياح، بحيث أدت تقلبات طاقة الرياح والتفاعل بين مزارع الرياح الكبيرة (WFs) وأنظمة الطاقة إلى ظهور تحديات تقنية، على سبيل المثال التخصيص الأمثل للطاقة وتنظيم الجهد والتنسيق لنظام نقل التيار المتردد (TS) مع (WFs).

كما تم استخدام التدفق الأمثل للطاقة (OPF) على نطاق واسع لحل مشكلة تشغيل شبكة الطاقة باستخدام (WFs)، وهناك عدد من الأوراق حول التشغيل الأمثل القائم على (OPF) لنظام الطاقة مع (WFs)، كما تمت صياغة نموذج (OPF) متعدد الفترات لتقليل تكلفة التشغيل في نظام الطاقة مع (WFs) البحرية، كذلك تم اقتراح جدول التوليد الأمثل القائم على (OPF) لتقليل التكلفة الإجمالية للنظام وللتشغيل الآمن للنظام باستخدام طاقة الرياح.

أيضاً تم استخدام نموذج (OPF) الممتد لتقليل تكلفة توليد الوحدات الحرارية ووحدات الرياح في نظام الطاقة مع (WFs)، بحيث تمت صياغة نموذج (OPF) العشوائي متعدد الأغراض لتقليل تكلفة التشغيل والانبعاثات وتعزيز استقرار الجهد في نظام الطاقة مع اختراق كبير لطاقة الرياح، كما تم اقتراح استراتيجية إرسال طاقة تفاعلية مثالية تعتمد على (OPF) لتقليل مؤشر استقرار الجهد الكهربائي في نظام الطاقة مع (WFs).

ومن أجل التحكم في (WF)، تكون الاستراتيجية التقليدية هي مخطط التحكم في التوزيع النسبي (PD)، كما يتم توزيع مراجع الطاقة النشطة والمتفاعلة لتوربينات الرياح (WTs) بشكل متناسب وفقاً لطاقة الرياح المتاحة، والتي يسهل تنفيذها، ومع ذلك لا يمكن أن يحقق مخطط التحكم (PD) للتوزيع الأمثل للطاقة داخل (WF).

كما تم تطوير العديد من طرق الإرسال القائمة على التحسين للتغلب على عيوب نظام التحكم في (PD) وتحقيق أداء تحكم أفضل لـ (WF)، كذلك تم اقتراح طريقة إرسال الطاقة المثلى لتقليل تكلفة الإنتاج وتعظيم إنتاج الطاقة النشطة لـ (WF)، بحيث تم إقرار استراتيجية مثالية لإرسال الطاقة النشطة لتقليل أحمال التعب في (WFs) مع أنظمة تخزين الطاقة الموزعة (ESSs)، كما تم تطوير طريقة إرسال طاقة تفاعلية مثالية لتقليل الخسائر الإجمالية في (WF).

ومع توسع (WF) من حيث الحجم والعدد، إذا حاول مشغل النظام حل مشكلة تحسين عالمية لـ (TS) باستخدام (WFs)؛ فقد يكون من الصعب حل مشكلة التحسين القائمة على (OPF) على نطاق واسع مع قيود واسعة النطاق في ثوانٍ، ومن أجل تلبية احتياجات الحساب السريع للتحكم الديناميكي (WF) مع التقلبات القوية في سرعة الرياح، تم تطبيق طريقة الاتجاه البديل للمضاعفات (ADMM) لتقليل عبء الحساب وعبء الاتصال لوحدة التحكم الكهربائي.

البنية الاستراتيجية الخاصة والمرتبطة بـ DARPC

تكوين النظام: يوضح الشكل التالي (1) تكوين (AC -TS) مع (WFs)، بحيث تم توصيل اثنين من (WFs) بنظام (IEEE 9-bus) المعدل، وفي (TS)، كما يتم توصيل نقطة التفرع (1) بنظام الطاقة الخارجية (345) كيلو فولت، كما ويتم توصيل حافلات (WF1) و (WF2) عند نقطة كولبينج (POC) ذات معدل الطاقة الاسمي البالغ (160) ميغاواط بالتفرعات (2 ، 3) على التوالي.

كما يتكون كل (WF) من قسمين ولكل قسم ناقل متوسط الجهد (MV)، والذي يقع بجوار محول المحطة الفرعية (155) كيلو فولت / (33) كيلو فولت، كذلك كل مغذي (33) كيلو فولت، بحيث يتكون من (8 × 5) ميغاواط، وهي مرتبة بمسافة (4) كم عن بعضها البعض.

الاستراتيجية المقترحة: يوضح الشكل التالي (2) هيكل الاستراتيجية المقترحة، بحيث تم تجهيز (TS) وكل (WF) بجهاز تحكم، كما يعمل النظام بأكمله بطريقة موزعة باستخدام (ADMM)، وذلك لتحقيق التوزيع العالمي الأمثل للطاقة، بحيث يرسل (TSO) الأمر (PTSOd) إلى وحدة تحكم (TS)، كما تستقبل وحدة التحكم في (TS) أيضاً معلومات طاقة الرياح (PaviWFs) المتاحة ومصفوفة دخول (TS YTS).

لذلك تعمل وحدة التحكم في (TS) على حل مشكلة تحسين (TS) لتقليل فقد الطاقة في (TS)، كما وتتبع أمر الطاقة النشطة من (TSO)، وفي الوقت نفسه يمكن لكل وحدة تحكم (WF) تلقي معلومات طاقة الرياح المتاحة لـ (WT PaviWT) ومصفوفة القبول لـ (WF YWFbus) وإنشاء مراجع طاقة الإخراج لـ (WT PrefWT) و (QrefWT) لتحسين أداء تنظيم الجهد الكهربائي وتقليل فقد الطاقة.

أيضاً يتم تبادل المعلومات الحدودية لمراجع الطاقة المثلى (Pref ، TSWFk ، Qref ، TSWFk ، Pref ، WFWFk  Qref ، WFWFk) بين وحدة تحكم (TS) ووحدات تحكم (WF) من خلال شبكة الاتصالات، وذلك مع توزيع جزء من الحساب على كل وحدة تحكم (WF)؛ تتحلل مشكلة التحسين المقيدة واسعة النطاق ويمكن تقليل عبء الحساب بشكل كبير دون فقدان النطاق الأمثل.

نموذج التحسين والوظيفة الموضوعية لـ (TS): تتمثل الوظيفة الموضوعية لـ (TS) في تقليل إجمالي فقد الطاقة في (TS)، والذي يساوي إجمالي توليد الطاقة النشطة لـ (WFs) مطروحاً منه إجمالي الحمل الكهربائي (TS)، بحيث يمكن أيضاً التعبير عنها بجمع الطاقة النشطة المحقونة في جميع حافلات (TS)، وبالتالي يمكن التعبير عن إجمالي خسائر الطاقة على النحو التالي:

حيث أن:

(PWFi): هو خرج الطاقة النشط لـ (ith WF)، وهو متصل مباشرة بالحافلة الطرفية (i) في (TS) (إذا كان الناقل (i) غير مرتبط بـ (WF)؛ فإن (PWFi = 0))، كذلك (PDi) هو الحمل النشط في الحافلة (i ، Vi، Ii) هما الجهد والتيار عند التفرع (i) على التوالي و (NTS) هي مجموعة الناقلات في (TS).

نموذج التحسين والوظيفة الموضوعية لـ (WF): نظراً لأن (WF) له هيكل شعاعي؛ فإنه يمكن التعبير عن تدفق الطاقة في (WF) بواسطة نموذج تدفق الفرع الخطي.

حيث (Pj + jQj) هي القوة الظاهرة المتدفقة من التفرع (j) إلى التفرع (j + 1)، (pWTj + 1) و (qWTj + 1)، وهي الطاقة النشطة والمتفاعلة الناتجة عن (WT) المرتبطة بالناقل (j + 1) على التوالي، (RWFj + jXWFj) هي المعاوقة المركبة بين الناقل (j) والناقل (j + 1) و (VWF0) هو مقدار الجهد عند الحافلة الحدودية المرتبطة بـ (WF)، وبالنظر إلى قدرة كل (WF) أقل بكثير من (TS)؛ فإنه يمكن افتراض الناقلين (2 ،3) في الشكل السابق (1) على أنها ناقلات الركود لمديري (WFs).

وأخيراً تم اقتراح استراتيجية (DARPC) المستندة إلى (ADMM) من أجل (AC TS) الإقليمي مع (WFs)، بحيث تم اعتماد استرخاء (SDP) مع نموذج (Schur) التكميلي والتدفق الفرعي لمعالجة قضايا عدم الالتفاف واللامحدودية لتوزيع الطاقة الأمثل العالمي في (TS) و (WF) المقترنة، بحيث يتم تطبيق (ADMM) لتحليل مشكلة التحسين المقترنة بقوة واسعة النطاق دون فقدان النطاق الأمثل

كذلك يمكن تقليل عبء الحساب إلى حد كبير باستخدام استراتيجية (DARPC)، وعلاوة على ذلك تعمل وحدة تحكم (TS) ووحدات تحكم (WF) بالتوازي فقط مع تبادل المعلومات المحدود، مما يحسن خصوصية المعلومات للنظام بأكمله، كما تم التحقق من ذلك من خلال دراسات الحالة، بحيث يمكن لاستراتيجية (DARPC) المقترحة تحقيق التوزيع الأمثل للطاقة بين (WFs) لتقليل فقد الطاقة في (TS) مع تقليل انحراف الجهد للحافلات الطرفية وكذلك فقدان الطاقة لنظام تجميع (WF).