التدفق ثلاثي الطور لشبكات التوزيع الكهربائية النشطة

يعد تدفق الطاقة الخطي (LPF) ضرورياً للتحكم المركزي القوي والسريع في شبكات التوزيع النشطة (ADNs)، ومع تغلغل المولدات الموزعة (DGs) في (ADN)؛ أصبحت العقد التي يتم التحكم فيها بالجهد الكهربائي أكثر شيوعاً للحفاظ على ملف الجهد العادي في شبكة التوزيع الكهربائية.

تحليل التدفق ثلاثي الطور لشبكات التوزيع الكهربائية النشطة

القيود الاقتصادية والبيئية تحد من التوسع في التوليد غير المتجدد، وبالتالي زاد تغلغل التوليد المتجدد الموزع، مثل المولدات الكهروضوئية، وفي شبكات التوزيع يعد التدفق القوي للطاقة حجر الزاوية في أنظمة إدارة التوزيع الحديثة، وذلك لاستيعاب المولدات الموزعة على نطاق واسع (DGs)، كما أن إدارة تدفق الطاقة التكراري محدودة من حيث السرعة والموثوقية للتحسين والتحكم المركزيين، وبالتالي فهي غير مناسبة للتشغيل في الوقت الفعلي وقد أدى ذلك إلى عدد متزايد من دراسات تدفق الطاقة الخطي (LPF).

وعلاوة على ذلك؛ يعتمد تدفق طاقة عدم اليقين وتحليل الموثوقية وإعادة تكوين الشبكة الكهربائية، أيضاً على (LPF) دقيق وقابل للتكيف وقوي، كذلك يمكن تصنيف طرق تدفق طاقة التوزيع التقليدية إلى نوعين، وهما تكرار النقطة الثابتة (FP) وتكرار نيوتن رافسون (NR).

كما يمكن تصنيف طريقة المسح للخلف أو للأمام وطرق (Zbus) الضمنية وطرق (Zbus) الصريحة، مثل طريقة تحليل الحلقة، وذلك على أنها طرق (FP)، بينما طريقة الحقن الحالية غير متطابقة (CIM) وطريقة عدم تطابق حقن الطاقة هي طرق (NR)، وهي واعدة أكثر لشبكات التوزيع النشطة (ADN) مع اختراق (DGs) على نطاق واسع مع القدرة على التحكم في الجهد الكهربائي.

ونظراً لأن نموذج تحميل (ZIP) التقليدي غير مناسب لـ (LPF) في ظل نظام إحداثيات مستطيل؛ فقد تم استخدام تقنية بسيطة لتناسب المنحنى لاشتقاق نموذج تحميل (ZIP)، وذلك تحت نظام إحداثيات مستطيل، ولضمان أفضل تقدير عالمي؛ فإنه يتم إعطاء التقريبات الخطية لشبكات التوزيع بدون (DGs) في صيغة استرخاء شبه محددة.

اضطرابات الجهد الكهربائي التي تسببها تدفقات القدرة ثلاثية الأطوار

بافتراض الاضطرابات المعقدة القيمة حول الجهد الاسمي؛ فإنه يمكن الحصول على (LPF)، وذلك بإهمال المصطلحات التربيعية، كما أنه يمكن تحقيق نموذج خطي مُحسَّن باستخدام خطي ضمني في مشعب تدفق القدرة، وعلى عكس معادلات تدفق الطاقة الخطية في حقول العدد الحقيقي؛ يمكن الحصول على نموذج خطي (ZIP) من حقل رقم مركب.

كذلك تم توضيح الخطية أحادية الطور لتدفق الطاقة مع الأخذ في الاعتبار أنواع التفرعات (PQ ، PV)، ومع ذلك لا يتم اعتبار تحميل (ZIP) والمراحل الثلاثة، كذلك تم تطوير خطية النقطة الثابتة على أساس طريقة الاستيفاء بين حلين لتدفق الحمل الكهربائي لتقليل التعقيد الحسابي، وهناك التقنية المذكورة أعلاه المستخدمة لتكييفها مع أجهزة التوصيل الشبكي والدلتا غير الأرضية.

طرق تحسين تدفق الجهد الكهربائي من خلال الخوارزميات

لتحسين دقة (LPF)؛ فإنه تم استخدام التحويلات اللوغاريتمية لأحجام الجهد لتوفير صيغة (LPF) بديلة، لذلك لا يمكن التعامل مع العقد التي يتم التحكم فيها بالجهد بسهولة تحت إحداثيات مستطيلة، حيث يتم نمذجة قيود مقدار الجهد الثابت باستخدام قيود غير خطية (U2re + U2im = U2sp)، وهنا تظهر إشارة منخفضة، بحيث تشير إلى جزء حقيقي ومتخيل من الجهد (U. Usp)، وهو مقدار الجهد المحدد.

كما أن (U2re + U2im = U2sp) من الصعب أن تكون خطية مع الافتراض التقليدي (U≈1) وفرق زاوية الجهد الفرعي (θij≈0)، لذلك كثيراً ما يتم تطبيق (LPF) تحت الإحداثيات القطبية، وللتعامل مع العقد التي يتحكم فيها الجهد وهو أسهل من (LPF) تحت الإحداثيات المستطيلة.

نموذج تدفق الطاقة الخطي تحت الإحداثيات القطبية

• نموذج الشبكة الكهربائية: تكون المعادلات الأساسية المستخدمة في هذه الدراسة كما يلي:

حيث أن [(θi − θj− (ij، 0) ≈0، sinθ′ij و cosθ′ij)] تدل على التعبيرات الخطية لـ (sinθij) و (cosθij)، كما يشير (0) إلى القيمة الأولية، وبناءً على جهد العقدة (U≈1 p.u)؛ فإنه يتم خطي مضاعفة جهد العقدة و القسم الأول من المعادلة بواسطة:

كما ويتم مضاعفة جهد العقدة الكهربائية بواسطة:

كذلك؛ فإن الافتراض (θi − θj− (ij، 0) ≈0) يختلف عن (ij≈0)، وبالنسبة لشبكة التوزيع ثلاثية الطور، وبافتراض أن (i و j)، وفيما يتعلق بالمرحلة (A) و (B. θij≈0) خاطئ تماماً لشبكة التوزيع ثلاثية الطور في هذه الحالة، كما يتكون ناقل واحد في شبكة التوزيع من ثلاث مراحل، والتي تشير إلى ثلاث عقد، وبافتراض وجود عقد في شبكة الطاقة؛ فإنه يمكن التعبير عن القوة النشطة لحقن العقدة.

وبالمثل بالنسبة للقدرة التفاعلية؛ فإنها تستخدم لحقن العقدة هي:

حيث أن:

(i ، j): تشير إلى رقم العقدة.

(U): تمثل مقدار الجهد والزاوية على التوالي.

(B ، G): يشير إلى الأجزاء الحقيقية والخيالية من مصفوفة القبول على التوالي.

• ربط الحمل على شكل (Y): على عكس سلسلة تايلور، والتي تم اشتقاقها من حقل العدد المركب؛ فإن سلسلة تايلور في مجال العدد الحقيقي لحجم الجهد المتبادل تستخدم (1 / U≈2 − U)، وبناءً على هذا الاشتقاق؛ فإنه يمكن التعبير عن قوة الحقن النشطة بواسطة:

حيث أن (aYp و bYp و cYp) تشير إلى معاملات (ZIP) للقوة النشطة و (k) هو رقم العقدة، بحيث يمكن الحصول على اشتقاقات مماثلة لقوة رد الفعل للحقن، بحيث تشير (aYq ، bYq ، cYq) إلى معاملات (ZIP) للقوة التفاعلية.

• ربط الحمل على شكل (Δ): نظراً لأن الاختلافات الزاوية على طول خطوط التوزيع قريبة جداً من اختلافات الزاوية الأولية؛ فإنه يمكن تقريب الجهد من خط إلى خط بواسطة الجهد من خط إلى محايد:

حيث تشير المتغيرات المنقطة إلى قيم معقدة، بحيث تمثل (ϕ1ϕ2∈ {ab، bc، ca}) مؤشر الطور، كما أنها تدل على زاوية المرحلة الأولية، بحيث يتم تقريب (U˙ϕ1ϕ2) بمتغيرات طور (1)، كما ويمكن أيضاً تقريبها بمتغيرات طور (ϕ2):

منظم الجهد الكهربائي التدريجي ومحول المنتصف

يمكن تصميم منظم الجهد التدريجي كمحول متعرج بمقاومة صغيرة، والتي يتم تثبيتها على (10−9p.u)، وفي هذه الدراسة، ونظراً لاستخدام الدقة المزدوجة في (LPF)؛ سيكون لفرع المعاوقة الصغيرة تأثير محدود على دقة نتائج (LPF)، لذلك إذا كان رقم الشرط كبيراً جداً؛ فيمكن تطبيق تقنية شرط مسبق، كما يمكن تقسيم المحولات المركزية، والتي تُستخدم على نطاق واسع في شبكات التوزيع في أمريكا الشمالية إلى ملفي محولات أحادية الطور بالطريقة المقترحة.

بالنهاية؛ فإنه من الصعب استنتاج أي من طرق (LPF) الحالية، بما في ذلك الطريقة المقترحة في هذه الدراسة، وكما تحقق أفضل أداء لأن هذا يعتمد على معطيات الشبكة الكهربائية، وبالتالي يتطلب مزيداً من الدراسة، بحيث سيتم تقديم طريقة (LPF) ثلاثية الطور مدفوعة بالبيانات للتوزيع العملي في المستقبل، كما يعد (LPF) المقترح ثلاثي الأطوار أكثر قابلية للتكيف ويوفر نتائج مقبولة مقارنة بتدفق الطاقة الخطي ثلاثي الطور الحالي، مما يضمن تطبيقه في الممارسة العملية.