التحليل الكمي للجهد الكهربائي في نهاية نظام الطاقة

أهمية التحليل الكمي للجهد الكهربائي في نهاية نظام الطاقة

في الآونة الأخيرة، ومع تطور الطاقة المتجددة في غرب الصين؛ فإنه تم التخطيط للكثير من مشاريع التيار المباشر عالي الجهد (UHVDC) لنقل الطاقة الكهربائية المتجددة إلى شرق الصين، وبحلول نهاية عام (2019)م، كما تم الانتهاء من أربعة عشر مشروعاً (UHVDC) في الصين، مثل مشروع (Hami to Zhengzhou UHVDC) ومشروع (Ningdong to Zhejiang UHVDC).

ومع ذلك؛ فإن شبكة الطاقة الهجينة (AC / DC)، سهلت نقل القدرة الكهربائية لمسافات طويلة، لذلك قد تؤدي إلى السلوك الديناميكي المعقد لشبكة الطاقة الكهربائية، مما يزيد من تعقيد التحكم وإدارة الطاقة وزيادة مخاطر التشغيل، مثل المخاطر في الاستقرار المؤقت والتذبذب منخفض التردد الكهربائي والجهد الزائد العابر وما إلى ذلك.

ومن بينها، يصبح الجهد الزائد العابر لخط نقل التيار المتردد في جانب المعدل في حالة العطل أكثر وضوحاً في نظام (UHVDC)، حيث يؤدي الجهد الزائد إلى إتلاف المعدات وهو مخفي خطر على سلامة توليد الطاقة الكهربائية المتجددة ونقلها لتوفير تدابير لقمع الجهد الزائد، لذلك؛ فإنه من الضروري تقييم الجهد الزائد العابر لنظام الطاقة الكهربائية الطرفية المرسل باستخدام (UHVDC) بدقة.

كما يشمل تقييم الجهد العابر (TVA) جانبين، أي انخفاض الجهد الكهربائي العابر والجهد الزائد العابر، وحالياً هناك الكثير من طرق (TVA) مع الأخذ في الاعتبار انخفاض الجهد العابر، وبشكل عام؛ فإنه يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات، وهي:

• تقيس الطرق الجهد العابر من خلال مقارنة الانزلاق الثابت والانزلاق الخاطئ والعزم الكهرومغناطيسي والعزم الميكانيكي عندما يصل الجهد إلى القيمة القصوى، ومع ذلك نظراً للحجم الكبير لشبكة الطاقة الفعلية؛ فإنه من المستحيل الحصول على وقت التوقف الحرج ومنحنى انزلاق عزم الدوران الكهرومغناطيسي لكل محرك.

• تحدد الطرق ثبات الجهد العابر مع الحكم على ما إذا كان الجهد في العملية العابرة أقل من عتبة معينة لفترة من الزمن، على سبيل المثال اقترح (TVAI)، والذي يتم تعريفه على أنه قبول انخفاض الجهد العابر (TVDA)، وبشكل عام؛ فإنه لا يمكن لهذا النوع من المعايير أن يحكم إلا على ثبات الجهد العابر نوعياً، ولا يمكنه التحليل الكمي.

• يمكن للطرق أن تعطي (TVAI) الكمي جنباً إلى جنب مع معلومات انخفاض الجهد، وعلى سبيل المثال اقتراح (TVAI)، والذي لا يتضمن فقط (TVDA) المخطئ؛ ولكن أيضاً يتضمن معلومات استرداد الجهد بعد الخطأ، بحيث يميز المرجع مفاهيم ثبات الجهد العابر و (TVDA)، كما واقترح تقييم هوامش ثبات الجهد العابر و (TVDA)، لكنه لم يأخذ في الاعتبار تأثير درجة انخفاض الجهد الكهربائي!

المؤشر الخاص بتقييم الكهربائي الجهد العابر

يقدم هذا القسم أولاً مؤشر ثبات الجهد العابر مع الأخذ في الاعتبار انخفاض الجهد، وبعد ذلك يقترح (TVAI) النظر في الجهد الزائد العابر، وذلك بناءً على التعديل مع وظيفة الخطوة التقريبية.

(A. TVAI) من انخفاض الجهد الكهربائي: وفقاً لفكرة “الأوزان المختلفة للانخفاضات المختلفة” الموضحة في الشكل التالي (1)، وذلك جنباً إلى جنب مع متطلبات تشغيل العمق والوقت المقبول المقابل لانخفاض الجهد، بحيث يمكن أن يكون (TVAI) لانخفاض الجهد هو مجموع تكامل انخفاضات الجهد المختلفة مع مختلف الوزن، والذي يمكن التعبير عنه رياضياً على النحو التالي:

وفيما يلي خطوات تحديد معلمة (TVAI) مع الأخذ في الاعتبار انخفاض الجهد، أولاً ووفقاً لمتطلبات نظام الطاقة لخفض الجهد؛ فإنه يتم تقسيم منحنى الجهد إلى عدة أقسام، وثانياً يتم حساب الوزن المقابل لكل قسم وفقاً لمتطلبات التشغيل للعمق والوقت المقبول المقابل لانخفاض الجهد، وأخيراً يتم الحصول على (TVAI) لانخفاض الجهد.

وعلاوة على ذلك، إذا كان (F1≥1)؛ فإن الجهد العابر للنظام سيكون غير مستقر، خاصةً إذا كان (F1 <1)، سيكون الجهد العابر للنظام مستقراً، وذلك بوضوح بحيث لا يمكن استخدام الفهرس أعلاه، وللنظر في الجهد الزائد العابر؛ فإنه من الضروري تعديل هذا المؤشر لمراعاة كل من انخفاض الجهد العابر والجهد الزائد العابر.

(TVAI) من الجهد الكهربائي الزائد: حالياً تم وضع العديد من عتبات الجهد الزائد للحد من الجهد الزائد العابر، وبالتالي ومن أجل النظر في الجهد الزائد العابر؛ فإنه يجب أن تفي (TVAI) بالمتطلبات التالية، وخاصةً إذا لم يتم تجاوز عتبة الجهد الزائد؛ فإنه يجب تحديد قيمة المؤشر، لذلك إذا تم تجاوز عتبة الجهد الزائد، لذلك يجب أن يزداد مؤشر الجهد الزائد فجأة، مما يشير إلى أن الجهد العابر لم يعد آمناً.

كما أنه من الواضح أن وظيفة الخطوة يمكن أن تفي بالمتطلبات المذكورة أعلاه ويمكنها إشراك الخاصية التي عندما تكون أقل من قيمة العتبة، كما تكون قيمة وظيفة الخطوة، وذلك عندما تكون أكبر من أو تساوي قيمة العتبة، بحيث تصل قيمة دالة الخطوة إلى قيمة معينة، ومع ذلك؛ فإن وظيفة الخطوة ليست قابلة للتفاضل أو حتى متصلة، لذلك يتم استخدام دالة الخطوة التقريبية المستمرة والسلسة التالية (f (V [ti])) لتقريب وظيفة الخطوة، بحيث تظهر خصائص وظيفة الخطوة التقريبية في الشكل التالي (2).

حيث (k ، a ، b ، c) ثوابت، لذلك (k) هو معامل الوزن الذي يعكس القيمة القصوى لـ (F2 [ti])، كما يعكس الموضع الذي تحدث فيه الخطوة و (b ، c) يعكسان انحدار الخطوة، وكلما كانت قيمة (b) أصغر؛ كلما كانت الخطوة أكثر انحداراً، بينما كانت (c) أكبر، كذلك كانت الخطوة أكثر انحداراً و (F2 [ti])، وهي قيمة (F2) في الوقت (F2 = ∑i = 1nF2 [ti]) أي أن (TVAI) للجهد الزائد يمكن أن يكون مجموع قيم وظيفة الخطوة التقريبية في كل نقطة زمنية من الجهد المنحني.

وكما هو مبين في الشكل السابق (2)، وبالنسبة لوظيفة الخطوة التقريبية أعلاه، وعندما لا يتجاوز الجهد العابر عتبة الجهد الزائد (VN + a)، تكون قيمة (F2 [ti]) قريبة من الصفر، بينما بمجرد أن يتجاوز الجهد عتبة (VN + a)، ترتفع قيمة (F2 [ti]) بسرعة، وذلك لتصل إلى القيمة المستقرة (k)، وهي أكبر بكثير من (TVAI) لانخفاض الجهد، مما يشير إلى أن الجهد العابر غير آمن.

ومن خلال الجمع بين المعادلات السابقة؛ فإنه يمكن الحصول على (TVAI)، والذي يمكنه تقييم السلامة (الجهد الزائد) والاستقرار (انخفاض الجهد) للجهد العابر في نفس الوقت على النحو التالي:

وفي حالة انخفاض الجهد، يجب أن يكون الجهد العابر أقل من عتبة الجهد الزائد (VN + a)؛ فإنه لا يعمل مؤشر أمان الجهد العابر (F2)، كما ويتم تحديد (TVAI) بواسطة مؤشر استقرار الجهد العابر (F1)، مما يعكس تأثير تراكم تراجع الجهد.

أما في حالة تجاوز الجهد لعتبة الجهد الزائد (VN + a)؛ ستزداد (F2) بسرعة أكبر بكثير من (F1)، مما يشير إلى أن الجهد العابر ليس آمناً، وفي هذا الوقت يتم تحديد (TVAI) بشكل أساسي من خلال مؤشر أمان الجهد العابر (F2)، ولا يزال (F1) يعمل ولكن القيمة أقل بكثير من (F2)، وبالتالي فإن تأثير (F1) ليس مهماً.