اقرأ في هذا المقال
- الضرورة من التنسيب الأمثل لأجهزة الحماية الكهربائية
- المنهجية الرياضية لحل مسألة دمج مكونات الحماية الكهربائية
يقدم هذا التحليل نموذجاً رياضياً للنشر المتزامن لأجهزة الحماية الكهربائية (PDs) وأجهزة التحكم (CDs) في شبكات التوزيع، بحيث تشتمل (PDs) على الصمامات وأجهزة إعادة الإغلاق والأقراص المضغوطة، وهي عبارة عن مفاتيح يتم التحكم فيها عن بُعد (RCS) ومفاتيح يدوية (MS).
الضرورة من التنسيب الأمثل لأجهزة الحماية الكهربائية
تنشأ غالبية حالات انقطاع الخدمة في أنظمة الطاقة من أخطاء في شبكات التوزيع الكهربائية؛ وذلك لتعزيز موثوقية الخدمة، وعادة ما تطبق شركات التوزيع (DicCos) أساليب مختلفة لتقليل تكرار ومدة الانقطاعات، من بينها جذب تثبيت أجهزة الحماية والتحكم المزيد من اهتمام (DisCos)، كما تعمل أجهزة الحماية (PDs) مثل وحدة إعادة الإغلاق والصمامات على تقليل عدد الانقطاعات، وذلك نظراً لأنها تحمي المستهلكين في المنبع من أعطال المصب.
كما يستخدم هذا النموذج لتقليل تكاليف المعدات وتكاليف الانقطاع المستمر واللحظية، بحيث يهتم بالتنسيق بين الصمامات وأجهزة إعادة الإغلاق أثناء الأعطال المؤقتة التي تتضمن أنظمة توفير والصمامات الكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك، تقوم أجهزة إعادة الإغلاق بإزالة الأخطاء المؤقتة المصب، وبالتالي تجنب الانقطاعات المستمرة، وبصرف النظر عن أجهزة (PD)؛ تعمل أجهزة التحكم (CDs) بما في ذلك مفتاح التحكم عن بعد (RCS) والمفتاح اليدوي (MS) على تسريع استعادة الخدمة من خلال تمكين مناورات إعادة التكوين السريعة، لذلك فإن (PDs) تكون من خلال تقليل ترددات الانقطاع عن طريق تقليل فترات الانقطاع، بحيث يمكن أن تحسن مستوى موثوقية النظام الكهربائي.
وعلى الرغم من أن هذه الأجهزة توفر العديد من المزايا لـ (DisCos)، إلا أنها تفرض تكاليف استثمار وتركيب وصيانة كبيرة، ولتبرير التكاليف اقتصادياً؛ فإنه من الضروري إجراء تحليل التكلفة أو الفائدة لتحقيق العدد الأمثل والموقع الأمثل للأجهزة، بحيث تطور هذه الدراسة بشكل تفصيلي نموذجاً للوضع المتزامن لأقراص (PD) و(CDs) في الشبكة الكهربائية.
الخوارزميات المستخدمة في دمج أجهزة الحماية الكهربائية في النظام
في العديد من الدراسات، تم استخدام خوارزميات مختلفة ونماذج رياضية لوضع (CDs) في شبكات التوزيع، ومن بين الخوارزميات الاستدلالية، تم تقديم الخوارزميات الجينية وخوارزميات التلدين المحاكية وخوارزميات تحسين سرب الجسيمات؛ وذلك لحل مشكلة وضع (CDs) الأمثل، وعلى الرغم من أن الخوارزميات الاستدلالية سهلة التنفيذ؛ إلا أنها لا تجد بالضرورة الحل الأمثل العالمي؛ لأنها قد تتعثر في الحلول المثلى المحلية.
وجنبا إلى جنب مع هذه الخوارزميات الكشف عن مجريات الأمور؛ فإنه تم تقديم نماذج تحسين رياضية في طريقة برمجة الأعداد الصحيحة المختلطة (MIP)، بحيث تم حل مشكلة وضع القرص المضغوط عبر نموذج (MIP)، حيث يتم تقليل انقطاع النظام وتكاليف (RCS) كأهداف، كما تم توسيع النموذج للنظر في التأثير المحتمل للخطأ المحتمل والنظر في الموقع المحتمل للمفاتيح على كل من وحدة التغذية الرئيسية والجانبية.
وللنظر في الحدود المالية السنوية؛ فقد اقترح نموذجاً متعدد المراحل لتحديد العدد الأمثل للمفاتيح الكهربائية وموقعها وسنة تركيبها، ونظراً لإمكانية التحكم عن بعد في نظام التحكم عن بُعد في عزل سريع مقارنةً بـ (MS)، وبالتالي في تحسين موثوقية النظام؛ فمن المنطقي استبدال بعض (MSs) المثبتة بنظام (RCS).
المنهجية الرياضية لحل مسألة دمج مكونات الحماية الكهربائية
كما ذُكر سابقاً، تلعب (PDs) و (CDs) دوراً رئيسياً في تحسين موثوقية الخدمة، بحيث تعد (PDs) مفيدة في تقليل ترددات المقاطعة، كما وتفيد (CDs) في تقليل فترات الانقطاع للتيار الكهربائي، بحيث يكون لتكرار الانقطاع ومدة الانقطاع تأثير مباشر على تكلفة انقطاع العملاء، لذلك؛ فإن تثبيت (PDs) له تأثير على نشر (CDs) والعكس صحيح.
وفي هذا الصدد، يقدم هذا القسم نموذجاً رياضياً لتحديد العدد والموقع الأمثل لأقراص (PD) و (CDs) في وقت واحد، في حين أن هذه المعدات يمكن أن تستفيد من خلال تقليل تكلفة انقطاع العملاء؛ إلا أنها تفرض بعض التكاليف بما في ذلك تكاليف الاستثمار والتركيب والصيانة، تعتبر المفاضلة بين التكاليف وموثوقية الخدمة ضرورية للوصول إلى أقصى فوائد نشر الأجهزة.
إلى جانب ذلك فقد يوجد مؤشر الموثوقية المعروف هو تكلفة الانقطاع المتوقعة لقياس موثوقية الخدمة المستخدمة في هذا العمل، بحيث تم تحسين مستوى موثوقية الخدمة للنظام عندما يتم تقليل تكلفة الانقطاع المتوقعة، أيضاً وحدته هي نفس وحدة تكلفة الجهاز، ومع وضع هذا في الاعتبار؛ فإنه يمكن التعبير عن المشكلة بهدف واحد، حيث يكون الهدف هو تجميع تكلفة المعدات وتكلفة الانقطاع على النحو التالي:
حيث أن (Ceq) و (Cint) هما تكلفة المعدات وتكلفة انقطاع النظام على التوالي، وفي المعادلة السابقة تتكون تكلفة المعدات من تكاليف (CDs) و (PDs) كما يلي:
حيث تكون تكلفة (CD)، (CCD)، بما في ذلك الاستثمار الرأسمالي وتكاليف التركيب والصيانة لـ (RCS) و (MS) كما يلي:
في المعادلة السابقة يشير المصطلح الأول إلى تكاليف الاستثمار والتركيب في (RCS) و (MS)، بينما يمثل المصطلح الثاني القيمة الحالية لتكاليف الصيانة، كذلك يتم تحديد تكلفة (PD ، CPD)، والتي تتكون من تكاليف الصمامات و (recloser) على النحو التالي:
ووفقاً للمعادلتين السابقتين، تعتمد تكاليف الاستثمار والتركيب وكذلك تكاليف الصيانة على موقع المعدات، وفي الواقع قد تؤثر العوامل المختلفة مثل أنواع الشبكات والبنية التحتية للاتصالات وسعة المعدات، على سبيل المثال لا الحصر على تكاليف المعدات، لذلك؛ فإنه من المنطقي النظر في التكاليف المختلفة لمختلف المواقع المرشحة في الشبكات.
الهدف من دمج مكونات الحماية الكهربائية
كما وتجدر الإشارة إلى أن الهدف الرئيسي للمرافق عادة هو الوصول إلى أعلى ربح من تركيب المعدات، ومع وضع هذا في الاعتبار؛ فإن ربح تخصيص الجهاز هو تقليل تكلفة انقطاع النظام بعد التنسيب مطروحاً منه تكلفة المعدات، ونظراً لأن تكلفة انقطاع النظام قبل تثبيت الأجهزة ثابتة؛ فإن تعظيم صافي الربح يعادل تقليل التكلفة الإجمالية للنظام في وجود الأجهزة حسب الشكل التالي.
أيضاً اقترحت الدراسة نموذجاً رياضياً لاتخاذ القرار بشأن التوزيع الأمثل للرابطات والصمامات و (RCS) و (MSs) في مشكلة وضع واحدة، كما تم تطوير النموذج بطريقة (MIP)، والتي يمكن أن تصل إلى الحل الأمثل العالمي، كما أن الهدف من النموذج هو تقليل تكاليف المعدات وانقطاع النظام، بحيث يأخذ النموذج في الاعتبار الانقطاعات المستمرة واللحظية بالإضافة إلى التنسيق بين الصمامات والعاكسات عند حدوث عطل مؤقت.
ولفحص أداء النموذج المقترح؛ فقد تم تطبيقه على نظام اختبار وشبكة توزيع حقيقية، بحيث كشفت النتائج أن وضع الأجهزة في وقت واحد يؤدي إلى حل أكثر اقتصاداً مع موثوقية الخدمة المناسبة، وبالإضافة إلى ذلك قد يؤدي استخدام مخطط توفير الصمامات بالمقارنة مع مخطط نفخ الصمامات إلى تقليل تكلفة النظام وتحسين موثوقية الخدمة.
