التحكم في تردد الحمل باستخدام تحسين البحث الكهربائي

أهمية التحكم في تردد الحمل باستخدام تحسين البحث الكهربائي

ينتج دخول الشبكات الصغيرة (MGs) إلى أنظمة الطاقة عن التحديات، مثل الموثوقية المتزايدة والقضايا البيئية والطلب المتزايد على الطاقة في أنظمة الطاقة نفسها، كما تثير هذه التقنيات الجديدة عدم استقرار وتعقيد النظام، حيث أن زيادة القضايا الاقتصادية والبيئية وموثوقية أنظمة الطاقة التقليدية هي عوامل إدخال (MG) الرئيسية في أنظمة الطاقة الكهربائية.

كما أن التغييرات في متطلبات حالة النظام وظروف التشغيل سريعة بشكل خاص في (MG) معزول مع مصادر متجددة ومركبات كهربائية متقلبة، بحيث لا يمكن لوحدات التحكم التقليدية أن تضمن تنظيم التردد في وجود (V2G) والوحدات النمطية الأخرى، بحيث لأنها ليست مثالية لمجموعة كاملة من ظروف التشغيل والتكوينات.

وعلاوة على ذلك، ليس من السهل أخذ قيود السعة وتوليد معدل وحدات (LFC) في تصميم وحدة التحكم ونتيجة لذلك في (MG) المعزول؛ فإنه من الضروري أن يكون لديك جهاز تحكم يعمل بقوة ويعمل بقوة على مدى واسع من ظروف تشغيل النظام، كما يهدف التحكم في تردد التحميل إلى الحفاظ على توازن قدرة النظام بحيث ينحرف التردد الكهربائي عن قيمته الاسمية إلى حدود محددة ووفقاً لأداء ديناميكي مقبول عملياً للنظام.

تم استخدام العديد من وحدات التحكم، مثل طريقة التحكم التنبؤية النموذجية والتحكم التكيفي والتحكم التقليدي (PID)  والتحكم الذكي لتشكيل استجابة أفضل لـ (LFC)، وذلك بالإضافة إلى ذلك، حيث تمت مناقشة العديد من تقنيات التحكم القوية والمثالية والذكية كوحدات تحكم في تردد التحميل، وبالإضافة إلى ذلك، تم تقديم مُحسِّن وظيفي جديد غير معروف الإدخال قائم على المراقب.

في الآونة الأخيرة، تم إجراء بعض المحاولات لتطبيق نهج التحسين لضبط معاملات التحكم بسبب قدرتها على معالجة حالات عدم اليقين والاضطرابات، بحيث ظهرت مشاركة تقنيات التحسين في العديد من الأوراق البحثية مثل وحدة التحكم (fuzzy-pid) المحسَّنة (lustlbo) وخوارزمية البحث المتناغم ومستعمرة النحل وتحسين سرب الجسيمات (PSO) خوارزمية اليراع خوارزمية بحث الجاذبية ودراسة مقارنة بين طرق التحسين.

مخططات التحكم الخاصة بضبط تردد الحمل الكهربائي

كانت هناك محاولات لاستخدام طرق التحسين لتمكين الضبط عبر الإنترنت لمعلمات (LFC) التكيفية أحد نقاط الضعف في هذه الأساليب هو البناء المعقد لهذه الأساليب، كما يتم استخدام جزأين رئيسيين لضبط وحدة التحكم (LFC)، حيث الأول هو تقنية التحسين المستخدمة لضبط معلمات الخوارزمية الضبابية أو العصبية يتكون الثاني من الطريقة الغامضة أو العصبية، والتي تُستخدم لضبط كسب وحدة التحكم (LFC)، كما هو موضح في الشكل التالي (1).

كما يتمثل أحد الحلول لتعقيد (LFC) التكيفي المكون من جزأين في تطبيق تقنية الحوسبة الناعمة لتحسين معطيات (LFC) مباشرةً، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2)، بالإضافة إلى تقليل تعقيد النظام؛ فإن تطبيق تقنيات الحوسبة اللينة مباشرة لضبط معلمات وحدة التحكم سيؤدي إلى تقليل الوقت الحسابي، وهو عامل مهم في تقييم وحدة التحكم.

كما أن أهم المعايير المستخدمة للوظيفة الموضوعية هي تكامل الخطأ المطلق (IAE)، وهي جزء لا يتجزأ من الوقت مضروباً في الخطأ المطلق (ITAE)، كذلك تكامل للخطأ التربيعي (ISE) ومتكامل للوقت مضروباً في الخطأ التربيعي (ITSE) حيث تكون دالة التكلفة دالة لانحراف التردد وتغير طاقة الكذب، كما ويكون تأثير اضطراب الحمل وتغيير المعلمة ضعيفاً علمياً .

أيضاً تم تطبيق طريقة تحسين (Jaya) لتمكين الضبط المباشر لوحدة التحكم (LFC)، كما وكانت الوظيفة الموضوعية هي وظيفة تسوية الوقت والتجاوز وتحسين التخميد التذبذب، ومع ذلك؛ فقد اعتمدت هذه التقنية على انحراف التردد فقط كإشارة تغذية مرتدة، مما جعل وظيفة (Jaya) الموضوعية فقط كقيمة كسب وحدة تحكم مقترحة، وهذا يقلل من كفاءة نهج التحكم في مواجهة اضطراب النظام أو تغييرات المعطيات.

في نظام الطاقة المترابط متعدد المناطق، يوجد انتقال للإشارة بين مراكز التحكم في مناطق نظام الطاقة الكهربائية، بحيث يؤدي هذا إلى تأخير وقت الاتصال، كما وقد سلطت بعض الأوراق البحثية الضوء على هذه المسألة.

ومن ناحية أخر؛ فإن (ESO) الذي تم تقديمه له العديد من المزايا، وهي أنه ليست هناك حاجة لضبط معلماته أثناء الحسابات، خاصةً إن التحكم في المعطيات المحددة للخوارزمية في كل تكرار ليس سهلاً كما يبدو بسبب مضيعة للوقت، وهذه العملية برمتها لا تنتمي إلى النهج المقترح، وذلك على عكس الأساليب الأخرى، مثل (Jaya) التي قدمها (Rao R)، بالإضافة إلى ذلك؛ فهي مناسبة لقضايا التحسين المنفصلة وقادرة على حل مشاكل عدم التقييد والقيود.

أيضاً يمكن التعبير عن إحدى نقاط الضعف في تطبيق (ESO) الكلاسيكي في مشكلة التحكم التكيفي على النحو التالي، كما تم تصميم الوظيفة الموضوعية وفقاً لوظيفة النقل الاسمية للمصنع مع مراعاة عدم وجود اضطراب في الحمل الكهربائي، لذلك قد يحدث أداء ضعيف في لحظة اضطراب الحمل وفي حالة الاختلافات في معلمات النظام.

كما يوفر هذا البحث وحدة تحكم متكاملة لتردد الحمل التكيفي بناءً على خوارزمية معدلة (ESO + BE)، يضاف تعديل تأثير البالون (BE) إلى خوارزمية (ESO) قياسية لزيادة حساسيتها في اضطرابات التحميل وتغيير معطيات النظام، تم تصميم مفهوم (BE) بالكامل لاستشعار إشارات الإدخال والإخراج الخاصة بالمصنع لتحديد وظيفة النقل الفعلية في كل تكرار (i)، والتي يمكن تضمينها في الوظيفة الهدف المرغوبة لـ (ESO).

كما يمكن تحديد مساهمات هذا العمل على النحو التالي:

• تم تطبيق (ESO)، وذلك بمساعدة تعديل تأثير البالون، لتمكين الضبط عبر الإنترنت لكسب (LFC) المتكامل.

• يمكن لنظام مع نهج التحكم المقترح أن يتعامل بكفاءة مع صعوبات النظام، مثل اضطراب الحمل وعدم اليقين في المعطيات.

• بناءً على معرفة الباحثين، هذه هي المحاولة الأولى لاستخدام تقنية (ESO) مع تأثير البالون للتحكم في تردد الحمل التكيفي في منطقة واحدة مع شبكات صغيرة مترابطة.

النموذج الديناميكي لأنظمة الطاقة الكهربائية

نموذج لشبكة صغيرة أحادية المنطقة: يوضح الشكل التالي (3) مخطط كتلة من (MG)، كما يمكن أن تصف المعادلات التالية النموذج الديناميكي للمنطقة الواحدة (MG) المقترحة، يمكن التعبير عن العلاقة الديناميكية الإجمالية لمولد الحمل بين خطأ العرض (ΔPd − ΔPL) وانحراف التردد (dfdt) على النحو التالي:

كما يمكن التعبير عن ديناميكيات مولد الديزل على النحو التالي:

يمكن التعبير عن ديناميكيات الحاكم على النحو التالي:

حيث أن:

(Δf): توسيع الاختصار.

(ΔPg): محافظ انتاج الطاقة التغيير.

(ΔPd): تغيير قوة الديزل.

(ΔPL): تغيير القوة في حمل الطلب.

(ΔPc): إجراء التحكم التكميلي.

(M): ثابت القصور الذاتي المكافئ.

(D): معامل التخميد المكافئ.

(R):خاصية انخفاض السرعة.

(Tg): وقت الحاكم ثابت.

(Td): وقت التوربينات ثابت.

نموذج لنظام طاقة متعدد المناطق: يؤثر سلوك التردد في أي منطقة تحكم لنظام طاقة متعدد المناطق مترابط على ترددات مناطق أخرى، كما يجب مراعاة إشارة طاقة خط الربط في النموذج الديناميكي لنظام متعدد المناطق، بحيث يوضح الشكل التالي (4) شبكة صغيرة مع مناطق تحكم (N).