التدفق الخطي الخاص بالتحليل الحلقي لنظام التوزيع الكهربائي

تعد نماذج تدفق الطاقة الخطية (LPF) مهمة بشكل خاص في سياق خوارزميات التحسين لأنظمة التوزيع ثلاثية الطور مع الاختراق العالي للمولدات الكهربائية المتجددة الموزعة، وذلك مع العديد من التقريبات على نمذجة الشبكة الكهربائية وحساب انخفاض الجهد وحساب طاقة الارتباط والناقل المتحكم فيه بالجهد الكهربائي وأحمال (ZIP).

أهمية ضبط التدفق الخطي لنظام التوزيع الكهربائي

يعد التدفق القوي للطاقة أمراً مهماً للغاية لإدارة نظام توزيع الطاقة الحديث (DPS)، خاصةً مع الاختراق العالي لتوليد الطاقة المتجددة الموزعة في شبكات التوزيع التقليدية، وبسبب عدم الاتزان وميزات (R / X) العالية لـ (DPS)؛ فإن طرق تدفق الطاقة التكرارية التقليدية محدودة في السرعة والموثوقية للتحسين والتحكم في الوقت الفعلي.

ومن أجل التعامل مع مشاكل التحسين غير الخطية لـ (DPS)؛ فإن الحساب غير التكراري والمباشر لتدفق الطاقة، أي حلول تدفق الطاقة الخطية (LPF) تظهر العديد من المزايا وقد تمت دراستها من قبل العديد من الباحثين وذلك استناداً إلى (LPFs)، بحيث يمكن صياغة مشاكل التحسين الخاصة بـ (DPS) وحلها بشكل أكثر كفاءة، كما تم تطبيق (LPFs) ذات الدقة والمتانة المعقولة على الشحن المطلوب للسيارة الكهربائية.

استخدام النماذج التقليدية لضبط التدفق الخطي للطاقة

تم استخدام نموذج تدفق الطاقة (DC) التقليدي (DCPF) على نطاق واسع كطريقة (LPF)، ومع ذلك؛ فإن (DCPF) محدود بافتراضات تدفقات الطاقة الفرعية غير المفقودة ومقدار جهد الناقل المسطح، لكن حدود الجهد وتدفقات الحمل التفاعلي هي قيود حيوية في أنظمة طاقة التوزيع الفعلية، وبالتالي لا يمكن حذفها، وعلاوة على ذلك لا يمكن تطبيق (DCPF) مباشرة في (DPS) بسبب ميزات( R / X) العالية لـ (DPS).

كما أن هناك ثلاثة أجزاء مهمة لحلول (LPF) في (DPS) بمعنى أنه يجب أن يكون النموذج قادراً على تطبيق أنظمة غير متوازنة ثلاثية الطور ضعيفة، كما ويمكن أن يتعامل مع حمل نوع (ZIP) المستخدم على نطاق واسع، بحيث يتكون من مقاومة ثابتة (Z) أو تيار ثابت (I) أو قدرة ثابتة (P)، كما ويمكن التعامل مع التفرعات ذات الجهد الكهربائي (PV).

وفيما بعد تم تطوير معظم (LPFs) تحت إحداثيات مستطيلة، كما تم اقتراح تقريب خطي لتدفق الطاقة في شبكة شعاعية متعددة الأطوار مع صيغة استرخاء شبه محددة، كما قدمت مجموعة من معادلات تقريب (LPF) بسيطة نسبياً لشبكة ثلاثية الطور نصف قطرية، ولكن تم حذف زوايا الجهد. علاوة على ذلك، بحيث لا يمكن للطرق الموجودة ، أيضاً التعامل مع تحميل (ZIP) وناقل (PV)، بحيث تم تطوير نموذج خطي (ZIP) من الحقل المعقد بالتقريب.

الطرق الخطية لنمذجة الشبكة الكهربائية وتحميل ZIP

في هذا القسم، ومع الأخذ في الاعتبار أن زوايا الفولتية ثلاثية الطور في نفس نقطة التفرع وتكون متناظرة تقريباً؛ فقد تم تطوير العديد من التقديرات الخطية لنظام غير متوازن ثلاثي الطور، بحيث تتضمن الحسابات التقريبية انخفاض الجهد ثلاثي الأطوار وفرق الزاوية على طول فرع واحد وحمل (ZIP) ثلاثي الأطوار لتحويل حمل (IP) ثلاثي الطور والقدرة التفاعلية الناتجة للتحويلة (B).

وبالنظر إلى أن خطوط التوزيع ليست طويلة جداً؛ فإنه يمكن نمذجة خط التوزيع النموذجي ثلاثي الطور كعناصر كما هو موضح في الشكل التالي (1)، لذلك في المعطيات الكهربائية؛ فإنه يتم تجاهل معلمات التوصيل التحويلية، وذلك على عكس النظام المتوازن الذي تمت مناقشته، كذلك؛ فإن معلمات الخط ثلاثي الطور في نظام غير متوازن ثلاثي الأطوار مقترنة وغير متوازنة بالإضافة إلى الأحمال غير المتوازنة، وبالتالي يجب إعادة تطوير طريقة تدفق الطاقة الكهربائية.

تقريب انخفاض الجهد الكهربائي وفرق زاوية الطور

في الشكل السابق (1) يتم وضع (Ui = [Uia؛ Uib؛ Uic]) ، (θ = [θia؛ ib؛ θic]) ، (Uo = [Uoa؛ Uob؛ Uoc]) ، (θo = [oa؛ ob؛ θoc])، بحيث تكون ثلاثية الطور مقادير الجهد (لكل وحدة) وزوايا المرحلة (radian) للتفرع (i) والتفرع (o) على التوالي، كما يتم وضع (Po = [Poa؛ Pob؛ Poc]) ، (Qo = [Qoa؛ Qob؛ Qoc])، بحيث تكون القوى النشطة والتفاعلية ثلاثية الطور التي تتدفق على طول الفرع كما هو موضح في الشكل التالي، كما ويمكن التعبير عن معطيات الخط المقترن من خلال:

وهنا يمكن التعامل مع التحويلة (B) على أنها حمل حساسية ثابت من خلال:

تقدير القدرة التفاعلية لحساسية التحويلة وفقدان الطاقة

تم تحديد (Uα = 1-ΔUα) و (Uβ = 1 − ΔUβ)، حيث أن (α ،β) تشير إلى فهارس الطور الكهربائي (a, b, c) في نفس ناقل الحركة أو مختلف، حيث أن (α ≠ β)، وكما نوقش أعلاه؛ فإن سعة الجهد في كل ناقل لكل مرحلة قريبة من (1 pu)، لذلك (| ΔUα | ، | ΔUβ |) تكون قريبة من الصفر و (| ΔUα × ΔUβ |) أقرب بكثير إلى الصفر، وبالتالي يمكن الحصول على معادلة الحساب التقريبية التالية عن طريق إهمال مصطلح الدرجة الثانية وهي (ΔUα × ΔUβ).

كما يمكن اعتبار قابلية التحويل (B) في المعادلة السابقة بمثابة حمل حساسية ثابت، كما يمكن حساب القوة التفاعلية المحقونة لـ (B) في أي ناقل تقريباً بواسطة:

كما يمكن تحميل (ZIP) إلى تطوير تقريب تحميل (IP)، وبالنسبة لتحميل اتصال النجم من النوع (P)؛ فإنه لا يحتاج إلى أي تحويل، لذلك يمكن تحديده مباشرة من خلال:

وبالنسبة للطريقة المقترحة؛ فإنه يمكن فقط التعامل مع أحمال الطور الكهربائي الأرضي (حمل التوصيل النجمي)، لذلك بالنسبة لحمل اتصال دلتا من النوع (P)؛ فإنه يجب تحويله إلى تحميل اتصال نجمي أولاً، كذلك التحويل التقريبي لتحميل دلتا (PL = [Pab؛ Pbc؛ Pca]) و (QL = [Qab؛ Qbc؛ Qca]) إلى تحميل نجمة (P ^ = [P ^ a؛ P ^ b؛ P ^ c]) و (Q ^ = [Q ^ a؛ Q ^ b؛ Q ^ c]).

وأخيراً يعتبر حل (LPF) ثلاثي المراحل مهماً بشكل خاص في سياق التشغيل الأمثل وإدارة (DPS) الحديثة، لذلك في هذه الدراسة؛ فقد تم اشتقاق عدة تقديرات تقريبية أولاً، ثم تم تطوير نموذج (LPF) لنظام توزيع الطاقة غير المتوازن ثلاثي الطور بناءً على نظرية تحليل الحلقة.

بالمقارنة مع معظم (LPFs) الأخرى تحت إحداثيات مستطيلة أو تحت إحداثيات قطبية؛ فإن (LPLPF) المقترح له مصفوفة معامل (3N * 3N) على عكس (LPFs) الأخرى مع مصفوفات معامل (6N * 6N)، لذا فإن؛ (LPLPF) لديها وقت حساب أقل من (LPFs) الأخرى.، كما تم اختبار العديد من أنظمة توزيع الطاقة القياسية بنماذج تحميل مختلفة وتحت مستويات تحميل ثقيلة، بحيث أثبتت النتائج فعالية ودقة الخوارزمية المقترحة.

كذلك يمكن أن يوفر (LPLPF) المقترح دقة أفضل وكفاءة حساب أعلى، بحيث يوفر (LPLPF) المقترح حلاً أبسط وأكثر قوة وأسرع لتدفق الطاقة لشبكات التوزيع غير المتوازن ثلاثية الطور. كما يمكن أن يكون فعالاً ليتم تطبيقه في تدفق الحمل الأمثل وإرسال الطاقة الاقتصادية وتحليل الطوارئ وتقييم الموثوقية والأمان لنظام التوزيع الذكي؛ خاصةً مع الاختراق العالي للتوليد المتجدد الموزع في النظام.