الهندسةالهندسة الكهربائية

التشغيل اللامركزي للشبكات الدقيقة بواسطة محول AC / DC

الغاية من التشغيل الأمثل اللامركزي للشبكات الدقيقة

 

يُطلق على محول الطاقة الإلكتروني (PET) أيضاً اسم محول الحالة الصلبة (SST) أو جهاز توجيه الطاقة، ونظراً لكونه جهاز الواجهة بين نظام التوزيع ومستهلكي الكهرباء في الشبكة الذكية المستقبلية؛ فقد حظي جهاز (PET) مع القدرة على إدارة الطاقة بفعالية باهتمام واسع النطاق، كما توفر الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) المجهزة بـ (PET) طريقة جديدة لسهولة توصيل موارد التوزيع على نطاق واسع.

 

كما أن مشكلة التدفق الأمثل للطاقة (OPF) لها أهمية كبيرة لتحسين وتشغيل الشبكات الصغيرة، ولتحسين تدفق الطاقة في الشبكة الكهربائية؛ فإنه يجب إنشاء نموذج الحالة المستقرة لـ (PET)، كما أنه بمثابة المعادلة الأساسية لحسابات وتحسينات تدفق الطاقة، ومع ذلك؛ فإن هناك عدد قليل من الدراسات التي بحثت حول هذا الموضوع.

 

وبالرجوع إلى الشكل التالي (1)، كما يتم اشتقاق نموذج تدفق الطاقة لجهاز توجيه الطاقة بناءً على معادلات الدائرة لمحول مصدر الجهد الكهربائي (VSC)، وعلى هذا الأساس؛ فإنه تم اقتراح نموذج الحالة المستقرة لـ (PET) مع مراعاة توصيف فقدان الطاقة لـ (VSC) ويمكن تطبيقه على الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC)، حيث أثبتت الأبحاث الحديثة أن عدد مراحل تحويل الطاقة (PET).

 

كما يمكن أن تكون ثلاث مراحل وأربع مراحل وخمس مراحل، وعلاوة على ذلك، يحتوي (PET) على مجموعة متنوعة من طوبولوجيا الدوائر، حيث يتم الجمع بين منافذ التيار المتردد والتيار المستمر ذات الجهد المنخفض لطوبولوجيا (PET) لتعديل التردد المختلط، لذلك؛ فإن نموذج الحالة المستقرة (PET) المستند إلى الشكل (1)، كما يعاني من بعض المشكلات المفتوحة مثل عدم القدرة على النظر في هياكل (PET) المختلفة، مما يحد من فائدته في التطبيقات العملية.

 

 

ومع الطاقة المتجددة المتقطعة وغير المؤكدة التي تتغلغل بشكل متزايد في “الشبكات الصغيرة الهجينة”، تنشأ هناك تحديات كبيرة لمشغلي النظام للحفاظ على الشبكات الصغيرة آمنة وموثوقة، ولإدارة (DGs) في “الشبكة متعددة المنافذ”، حيث قامت بعض الدراسات الموجودة بدراسة استراتيجيات تحكم مختلفة مثل التحكم الرئيسي والعبد والتحكم في التدلي.

 

وبالمقارنة مع استراتيجية التحكم في الخاصة بالشبكات، كما تم تنفيذ استراتيجية التحكم المتدلي، ومع عدم وجود روابط اتصال حرجة بين المحولات المتوازية المتصلة، وعلى نطاق واسع لتشغيل (DGs) لتقاسم صلاحيات الحمل في الحكم الذاتي.

 

استراتيجية التحكم في تقاسم الطاقة بين الشبكات الصغيرة

 

تم اقتراح استراتيجية التحكم في التدلي لتقاسم الطاقة بين الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) بواسطة محول الربط، ومع ذلك قد لا تفي هذه الاستراتيجيات المعينة بالمتطلبات التشغيلية المختلفة للشبكات الصغيرة، مثل المشاركة الدقيقة للطاقة في (DGs) والمشاركة المناسبة في الحمل بين المراحل المختلفة لشبكات التيار المتردد الصغيرة وما إلى ذلك.

 

كما لاحظ أنه تم اعتماد طبقة التحكم الثانوية ذات متطلبات الاتصال المنخفضة لتعويض انحرافات التردد والجهد أنتجت بواسطة التحكم الأولي التقليدي، كما يمكنه تحقيق أهداف تشغيلية أكثر تعقيداً مثل مراجع الطاقة والجهد لكل مرحلة يتم تعيينها بشكل مستقل وإمداد طاقة مناسب في مراحل محملة بشكل كبير.

 

وفي الوقت الحاضر، يتركز البحث حول (PET) بشكل أساسي على الهيكل الإلكتروني للطاقة الداخلية، كما يمكن لاستراتيجية تحكم منسقة مناسبة لـ (PET) متعدد المنافذ أن تحسن تأثير التشغيل للشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC)، والتي لم يتم البحث عنها بعد.

 

كما أن استراتيجية التشغيل المثلى لها أهمية كبيرة للتشغيل الاقتصادي والآمن للشبكة المصغرة، حيث تم مناقشة الكثير من التحضيرات العملية المثلى في الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) في السنوات الأخيرة، بما في ذلك نهج التحسين القوي لمعالجة أوجه عدم اليقين واستراتيجية الجدولة المثلى لإجراء تنسيق متعدد المصادر.

 

كما قامت عدد قليل من الأبحاث بالتحقيق في نهج الحل في نظام هجين (AC / DC)، بما في ذلك طرق البرمجة الرياضية التقليدية والخوارزميات الذكية، ومع ذلك؛ فإن هذه الأعمال عادةً ما تحل مشكلة التحسين بطريقة مركزية، وفي حين أن فكرة التحكم المركزي في نظام الطاقة التقليدي ستصبح غير عملية بمجرد نمو حجم الشبكات الصغيرة إلى حد معين.

 

وذلك لأنه في التحكم المركزي يتطلب قدرة اتصال عالية جداً يمكن أن تؤدي إلى اختناقات في الاتصال، و علاوة على ذلك؛ فإن توسيع نطاق الشبكة سيجعل من الصعب حل مشكلات التحسين بكفاءة، كما تمت ملاحظة أن نماذج التشغيل اللامركزية الحالية تُطبق عادةً في أنظمة التوزيع وأنظمة شبكات ميكروية متعددة (AC) أو أنظمتها الهجينة، كما لم يتم النظر في الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) واستراتيجية التحكم في التشغيل المستقل.

 

دور الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC)

 

في الواقع، يمكن للشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) المجهزة بـ (PETs) دمج (DGs) على نطاق واسع، بحيث تجعل الطبيعة الموزعة لشبكة ميكرو غريد (AC / DC) مشكلة التشغيل المثلى مناسبة جداً لحلها بطريقة لامركزية، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يمكن أن يلبي التحكم اللامركزي للشبكات الصغيرة المستقلة أيضًا طلب وضع الجدولة المنسق اللامركزي المستقل والمركزي في شبكة الطاقة المستقبلية.

 

كما تم اقتراح تقنيات مختلفة لحل التحلل لحل مشكلة التشغيل الأمثل لشبكات التوزيع متعددة المناطق، بما في ذلك مبدأ المشكلة المساعدة (APP) وطريقة الاتجاه المتناوب للمضاعفات (ADMM) وتتابع الهدف التحليلي (ATC)، ومع ذلك؛ فإنه مع الأخذ في الاعتبار الشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) المجهزة بـ (PET) هي شكل جديد من شبكات التوزيع، بحيث تختلف طوبولوجيا الشبكة ومخطط التشغيل اختلافاً كبيراً عن الشبكات الصغيرة التقليدية.

 

كذلك لم يتم بحث مشكلة التحسين اللامركزية بشكل كامل، وعلى هذا الأساس، تقترح هذه الورقة نموذج تدفق أمثل لامركزي للطاقة لتشغيل شبكات ميكروية هجينة (AC / DC) مستقلة مزودة بـ (PET)، بحيث توفر طريقة (ATC) هيكلاً هرمياً مع بعض المرونة في تنسيق المشكلات الفرعية، وهو مناسب كإطار لمخطط التشغيل اللامركزي للشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) المجهزة بـ (PET).

 

المساهمات التي تقدمها الشبكات الصغيرة الهجينة تشمل:

 

  • تم اقتراح نموذج (Kriging) لـ (PET) متعدد المنافذ، والذي لم يتم التحقيق فيه بعد، بحيث يمكن تطبيق نموذج تدفق الطاقة هذا على الشبكات الدقيقة الهجينة ذات الجهد المنخفض (AC / DC) لتحسين العمليات الحسابية.

 

  • كما تم اقتراح نموذج (OPF) للشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC) مع مراعاة استراتيجية التحكم المنسقة لمنافذ (PET) و (DGs)، وذلك من أجل تسهيل تحسين حالة التشغيل للشبكات الصغيرة الهجينة عبر تنسيق (DGs) و (PET).

 

  • تطبيق طريقة (ATC) لحل مشكلة (OPF) للشبكات الصغيرة الهجينة (AC / DC)، وذلك مع مراعاة استراتيجية التشغيل المستقل، كما تُعد (PET) الموزعة بمثابة عقدة اقتران الطاقة وعقدة تفاعل المعلومات لتحقيق وضع الجدولة للمنسق اللامركزي والمستقل، وذلك للشبكات الصغيرة المتعددة على نطاق واسع.

المصدر
J. Ge, Z. Zhao, L. Yuan and T. Lu, "Energy feed-forward and direct feed-forward control for solid-state transformer", IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, pp. 4042-4047, Aug. 2015D. Lei, Z. Tao, P. Tianjiao, C. Naishi and S. Yingyun, "Optimal scheduling of asymmetrical AC/DC micro-grid based on PET", Proc. Int. Conf. Power Syst. Technol., pp. 1757-1763, Nov. 2018.H. Chen and D. Divan, "Soft-switching solid-state transformer", IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 4, pp. 2933-2947, Apr. 2018.A. Hussain, V.-H. Bui and H.-M. Kim, "Robust optimal operation of AC/DC hybrid microgrids under market price uncertainties", IEEE Access, vol. 6, pp. 2654-2667, Dec. 2017.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى