التقييم الثابت المستند إلى البيانات لتشغيل نظام الطاقة الكهربائية

أهمية التقييم الثابت المستند إلى البيانات لتشغيل نظام الطاقة الكهربائية

مع الاعتماد السريع لمصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، مثل طاقة الرياح وتوليد الطاقة الشمسية؛ فإن عدم اليقين في توليد الطاقة المتجددة يهدد أمن تشغيل نظام الطاقة، كذلك تقييم الأمان الاستاتيكي الاحتمالي (PSSA) هو طريقة راسخة لوصف تأثير تلك الشكوك على تشغيل نظام الطاقة، بحيث يستخدم التقييم الأمني الساكن على نطاق واسع للتحقق من حالة الجهد الزائد المنخفض للناقلات.

بالإضافة الى ذلك حالة الحمل الكهربائي الزائد للخطوط والمحولات في الحالة الحالية لنظام الطاقة أو بعض نقاط التشغيل الطارئة بسبب انقطاع المكونات أو تقلبات توليد الطاقة المتجددة في المستقبل القريب، وفي هذه الرسالة؛ فإنه يتم التركيز على التقلبات وعدم اليقين في توليد الطاقة المتجددة.

وفي الممارسات الشائعة لهندسة الطاقة؛ تتوفر فقط الخصائص الإحصائية الجزئية، على سبيل المثال المتوسط أو اللحظة من الدرجة الأولى أو التباين أو اللحظة من الدرجة الثانية واللحظة العالية، وذلك لنمذجة توليد الطاقة المتجددة العشوائية، وبالتالي؛ فإن التوزيعات الاحتمالية (PDs) لحالات تشغيل نظام الطاقة غير مؤكدة حيث تكون ذات أهمية عملية لتقييم احتمالية أسوأ حالة للحمل الزائد أو الجهد الزائد أو انخفاض الجهد بين جميع (PDs) المقبولة.

وتحقيقا لهذه الغاية، تم اقتراح طرق التحسين التوزيعية القوية القائمة على اللحظات في الدراسات، ومع ذلك؛ فإن الأساليب الحالية القائمة على اللحظات قابلة للتطبيق فقط إما على معادلات تدفق الطاقة الخطية أو معادلات (PD) مع اللحظتين الأوليين، مما يهدد في النهاية مصداقية (PSSA).

كما تهدف هذه الرسالة إلى إجراء تقييم أمان ثابت احتمالي توزيعي قوي (DR-PSSA) عالي الترتيب (أكثر من 2) استناداً إلى معادلات تدفق الطاقة غير الخطية (NPFEs) مع معلمات إدخال غير مؤكدة. تمت صياغة (DR-PSSA)، وذلك كمشكلة لحظة معممة، والتي يتم بعد ذلك تخفيفها إلى برنامج شبه محدد (SDP).

صياغة المشكلة الخاصة بالتقييم الثابت المستند إلى البيانات

يقدم هذا القسم مقدمة موجزة عن مشكلة (DR-PSSA)، وذلك من حيث المعلومة العشوائية المستمرة (q∈Δ⊆R)، حيث أن (Δ) هو المدى أو مجموعة المعلمات العشوائية، ورياضياً عندما يتم دمج المعلمات غير المؤكدة في (NPFEs)، بحيث تهدف (PSSA) إلى تقييم احتمالية حلول تدفق الطاقة العادية التي تنتهك أي حدود أمان عملية محددة مسبقاً.

كما أنه يتم تعريف [K (q)] و [Kbad (q)] على أنهما الحلول الممكنة لمعادلات تدفق الطاقة والحلول غير الآمنة، وأي انتهاك حد أمان واحد على الأقل؛ فإنه يتعلق بالمتغير العشوائي (q)، والذي يكون (PD) هو (Pq) على التوالي، ووفقاً لذلك؛ فإن (PSSA) تعادل تكامل (تكامل Lebesgue) لـ [Kbad (q)] q) over).

حيث أن (Pr) هو الاحتمال المحسوب الذي يحقق قيمة بين (0) و (1)، وبافتراض أن (NPFEs) قابلة للحل لأي (q∈Δ)؛ فإن تكامل (q) على [K (q)] يساوي دائماً (1)، ونظراً لأن (NPFEs) يتم صياغتها عادةً في إحداثيات مستطيلة في الدراسات ويمكن توسيعها إلى مجموعة من المتباينات متعددة الحدود المكافئة ذات الحجم المضاعف؛ فإنه يمكن تمثيل كل من [K (q)] و [Kbad (q)] كنصف مجموعة متعددة الحدود الجبرية.

حيث {gi (v، q) ≥0، i = 1،2،…} هو شكل موحد من (NPFEs) و (v = [e، f] T)هو متجه الحالة الذي يتكون من أجزاء حقيقية وخيالية لكل جهد ناقل، أي أن (e) و (f)، كما يمكن تقييم احتمال أي تدفق فرع أو جهد ناقل يتجاوز أي حد أمان من خلال تمثيل [Kbad (q)] كمجموعة من عدم المساواة في متغيرات الحالة، وعلى سبيل المثال لتقييم احتمال انخفاض الجهد لكل موزع من خلال المقارنة مع حدها (Vi0)، بحيث يمكن ذكر [Kbad (q)] على النحو التالي:

حيث أن [g0(v)=V2i0−e2i−f2i]، كذلك (ei)، (fi) هما العنصران (i) و (f) على التوالي، وبعد ذلك نركز على كيفية حساب (Pr¯)، أي الاحتمال الأعلى على جميع (PDs) المقبولة مع لحظات معينة من حلول تدفق الطاقة في [Kbad (q)]، بحيث يمكن تقييم مخاطر التشغيل بواسطة (P ¯،Pr¯)، بحيث يمكن اعتباره الأمثل في مشكلة التحسين الخطي شبه اللانهائية التالية:

حيث (Pv ، q) هي (PD) المشترك لكل من  (v) و (q)، أما (mi) هي اللحظة المقدمة لـ (q)، بحيث يشار إلى مشكلة التحسين الخطي شبه اللانهائية في المعادلات السابقة بمشكلة اللحظة المعممة، وبالتالي  تزيد (DR-PSSA) من التكامل على [Kbad (q)].

ومن خلال إيجاد (Pv ، q) في أسوأ حالة مدعومة على [K (q)]، ومع الأخذ في الاعتبار قيود اللحظة، وعلاوة على ذلك، في حالة مواجهة انتهاكات متعددة؛ فإنه يمكن إضافة الانتهاكات مباشرة إلى مجموعة [[Kbad (q)]، مما يعني أن الطريقة المقترحة يمكن أن تتعامل مع مجموعة التقاطع للانتهاكات المتعددة في مجموعة [Kbod (q)].

أمثلة عددية في اطار  التقييم الثابت المستند إلى البيانات

يتم إجراء التجارب العددية بناءً على نظام أربعة نواقل، وهي (المقابلة لـ case4gs في نموذج MATPOWER)، بحيث حيث يكون الناقل (1) هو ناقل الركود، كما ويتم مضاعفة جميع الأحمال في النظام الأصلي ثلاث مرات وإخراج الطاقة النشط تضاعف المولد في النقل (4)، بحيث تمت إضافة مصدر توليد طاقة نشط غير مؤكد في الناقل (2)، والتي تتميز بتوزيع منتظم مستمر على الفاصل الزمني [−5 p.u. ، 5 p.u.]، كما تم ضبط درجة (NPFE) على الناقل (2).

وفي هذا القسم، نعتزم التحقق من فعالية الطريقة المقترحة من خلال إعداد محاكاة مونت كارلو كمعيار، و لكي نكون محددين، يتم حساب احتمال أن يكون مقدار الجهد في الناقل (2) وهو المشار إليها بالرمز (V2) في الشكل التالي (1) أقل من الحد المحدد مسبقاً (V20) بالطريقتين، كما تشير الخطوط الصلبة والمتقطعة في الشكل (1) إلى النتائج ذات الصلة بـ (DR-PSSA) مع لحظات ثنائية وأربعة ترتيب للتوزيع المنتظم المذكور أعلاه على التوالي، مما يشير إلى أن النتائج ستكون أقل تحفظاً إذا أصبح ترتيب اللحظات أعلى.

وعلاوة على ذلك، يصور الخط المنقط في الشكل (1) نتائج المحاكاة التي تم الحصول عليها من سيناريوهات (2000) للتوزيعات المنتظمة، والتي تكون دائماً حداً أدنى لـ (DR-PSSA)، وذلك مع لحظات ترتيب مختلفة، وبالتالي تم أيضاً تأكيد دقة نتائج (DR-PSSA).

بالإضافة إلى ذلك، تبقى جميع الاحتمالات الثلاثة بنفس القيمة عندما يكون حجم الجهد الكهربائي أقل من (0.85 pu) أو أعلى من (0.94 p.u)، مما يعني أن فترة التشغيل لأحجام الجهد ذات الصلة بتغيرات الطاقة النشطة المحددة مسبقاً أي [−5 p.u. ، 5 pu]، وهي [0.85 p.u., 0.94 p.u].

وأخيراً تم اقتراح طريقة (DR-PSSA) للتقييم الأمني الثابت لتشغيل نظام الطاقة بناءً على اللحظات الجزئية للمعطيات غير المؤكدة في هذه الرسالة، بحيث تعمل الطريقة المقترحة على تحسين قدرة التحسين التوزيعي القوي المستند إلى اللحظات في التعامل مع النماذج غير الخطية واللحظات عالية الترتيب، مما يجعل تقييم الأمان الثابت لتشغيل نظام الطاقة أكثر قوة لمواجهة حالات عدم اليقين.