الحماية الكهربائية التكيفية خارج الخطوة للمولد المتزامن

الضرورة وراء الحماية الكهربائية التكيفية خارج الخطوة للمولد المتزامن

عادة ما تكون الاضطرابات الأكثر شيوعاً والتي لا مفر منها في نظام الطاقة هي الأعطال وتغيرات الحمل المفاجئة، كما تؤدي هذه الاضطرابات إلى عدم استقرار عابر حسب شدتها، بحيث يلعب استقرار نظام الطاقة دوراً حيوياً في التشغيل الموثوق به لنظام الطاقة، كما تسبب الاضطرابات تذبذبات القوة، والتي تُعرف باسم تقلبات القوة، والتي يمكن أن تكون تقلبات الطاقة متزامنة (لا تفقد المولدات المتزامنة التزامن) أو غير متزامن (تفقد المولدات المتزامنة التزامن) اعتماداً على شدة الاضطرابات.

في جانب التوليد الكهربائي، وعندما يتعرض المولد الكهربائي أو مجموعة المولدات لتأرجح الطاقة غير المتزامن، قد يحدث عدم استقرار، كما ويعاني المولد من انزلاق العمود، مما قد يتسبب في الضغط على النظام والقطب (الملف)، كما أن تقلبات الطاقة العميقة المتزامنة أو غير المتزامنة مصحوبة بتغيرات هائلة في الفولتية والتيارات، مما يشكل تهديداً خطيراً لتشغيل نظام الطاقة.

أيضاً قد يتسبب تأرجح الطاقة الكهربائية غير المستقر في حدوث سوء تشغيل لبعض أنظمة الحماية وخاصة حماية المسافة وحماية الممانعة السفلية، والتي بدورها قد تؤدي إلى “انقطاع التيار الكهربائي” للتشغيل الموثوق به، بحيث يتم توفير مخطط حماية خارج الخطوة (OOS)، والذي يحتوي على العناصر الرئيسية، وهي ​​حماية خاصة وتحكم إضافي ومنع تأرجح الطاقة (PSB) لحماية المسافة، كذلك حماية انزلاق القطب (PSP) للمولدات المتزامنة، أيضاً تعثر (OOS) في شبكات النقل.

في الوقت الحاضر، يؤدي نظام الطاقة المدمج مع المولدات الكهروضوئية (PV) إلى أحداث عابرة مختلفة، كما تعتبر خصائص تأرجح الطاقة لنظام الطاقة الحديث هذا معقدة مقارنة بخصائص نظام الطاقة حيث يكون المولد المتزامن هو المصدر الأساسي لتوليد الطاقة الكهربائية، بحيث يعمل تغلغل المولد التعريفي الكهروضوئي والمولد الحثي ذو التغذية المزدوجة (DFIG) على تحسين التخميد في النظام، ولكن إلى مستوى معين.

لذلك إذا كان تغلغل الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر من (50٪)؛ فإنه يخلق تأثيراً سلبياً على تخميد النظام ، كما يتم حماية نظام الطاقة بشكل عام من تأرجح الطاقة باستخدام نظام حماية (OOS) القائم على (Blinder)، بحيث تقيس الطريقة التغيير في الممانعة (ΔZ) للكشف عن مسارات مقاومة (OOS)، كذلك قد يعمل المرحل القائم على (Blinder) بشكل خاطئ للتأرجح المستقر ما لم يقم المستخدم بتقدير دقيق للعتبة.

علاوة على ذلك، تتطلب مرحلات (OOS) القائمة على (Blinder) لتحسين مع مستويات اختراق متجددة مختلفة، بحيث يمكن أن تؤدي زيادة تغلغل الطاقة المتجددة في نظام الطاقة الحالي إلى تغيير المجموعة المتماسكة من المولدات وتردد التأرجح ومسار الممانعة، علاوة على ذلك يؤدي الاختراق المتزايد إلى تغييرات في الوقت المناسب في نظام حماية (OOS).

تأثير مرحلات المسافة على نطاق الحماية الكهربائية التكيفية

من المرجح أن تكون مرحلات المسافة عبارة عن شاحنة صغيرة في حالة ظهور تأرجح الطاقة على خط النقل، كما تُستخدم إشارات وحدة إدارة المشروع، وذلك جنباً إلى جنب مع مدخلات الخط، وذلك لإنتاج إشارات (PSB) في ظل هذه الظروف، كما يستخدم هذا الأسلوب جهد تسلسل موجب الحد الأدنى المعياري عبر الإنترنت مثل إحداثيات (y) وزاوية جهد تسلسل موجب كتنسيق (x)، كما أنه يقدم طريقة لحماية الخط (OOS) بدلاً من المولد.

لذلك تعتبر حماية المولد (OOS) هي الأكثر أهمية أثناء تأرجح الطاقة، وذلك لأن التقدم الأخير في نظام الطاقة يحرك موضع التأرجح بعيداً عن خط النقل باتجاه المولد ومحول المولد، كما يقدم المرجع، وذلك حسب منطق ترحيل (OOS) التكيفي، أيضاً يتم حساب المسافة الزاويّة ومقارنتها بالزوايا الدنيا والقصوى، كذلك يتحقق من طاقة الدوار في نفس الوقت.

وباستخدام جميع المعلومات، تجد تأرجح طاقة ثابتاً أو غير مستقر، حيث يسمح نظام المراقبة على نطاق واسع (WAMS) في الشبكة الكهربائية بالقياس الزاوي في الوقت الحقيقي لتحديد ما إذا كان النظام سينهار أو يظل مستقراً، ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة تستخدم التأخير في تعثر المولدات الكبيرة، مما قد يؤدي إلى تلف في حالة سوء تشغيل النظام.

كما يقدم (WAMS) حماية تقسيم (OOS) بناءً على معلومات زاوية طور الجهد في كل ناقل، بحيث تقدم الورقة التقنية غير المعقدة من الناحية الحسابية ولكنها بسيطة نسبياً مما يشجع على استخدام وحدة إدارة المشروع لحماية (OOS)، بالإضافة إلى ذلك تم وصف مخطط حماية المنطقة الواسعة لمنع التعتيم الواسع الانتشار، والذي يستخدم الإشارات المحلية المتاحة لترحيل المسافة والإشارات العالمية من قياسات (synchrophasor) وعادة ما تستخدم للجزر الخاضعة للرقابة.

أيضاً يمكن استخدام الإشارات المحلية والعالمية لاتخاذ القرار الصحيح من مرحلات (OOS) بعد الاضطراب المفاجئ ويقترح تنبؤ (OOS) على نطاق واسع باستخدام مفهوم الجزر المتحكم فيه بشكل تكيفي، كما تم اقتراح طريقة حماية (OOS) تكيفية جديدة، ومع ذلك؛ فإن الطريقة المستخدمة لحماية (OOS) المعقدة ويجب التحقق منها بمستويات مختلفة من الاختراق المتجدد.

التحليل الرياضي لنظام حماية (OOS)

يمكن لوحدة (PMU) الموجودة في ناقل المولد قياس حجم ومراحل الفولتية ذات التسلسل الإيجابي والتيارات والتردد المحلي والمعدل المحلي لتغير التردد وحالات قاطع الدائرة والمفتاح بشكل متزامن، كما يوضح الشكل التالي الرسم التخطيطي لنظام حماية (OOS) على شكل مضلع مدمج في (PMU).

بحيث تتمثل ميزة (PMU) على القياس المحلي في أنه يمكنها قياس الزاوية المطلقة فيما يتعلق بالطابع الزمني العام أو موجة جيب التمام الخالصة، كما يمكن قياس مقاومة التسلسل من خلال:

حيث أن:

(Z ،V ،I): هي مقاومة التسلسل الموجب والجهد والتيار على التوالي.

(θ): هي الزاوية النسبية بين (V و I) و (1 و 2) هما الزاويتان المطلقتان لـ (V و I) على التوالي.

كما يتم التعبير عن تيار التسلسل الموجب والجهد الموجب عند طرف المولد على النحو التالي:

حيث أن:

(Eg): هو الجهد وراء التفاعل العابر للمولد (G).

(Es): هو جهد النظام الكهربائي.

(δ): هي الزاوية المتغيرة بين المولد وفولتية النظام.

(Xg): هو مفاعلة المولد المكافئ.

(XT): هو مفاعلة المحول الكهربائي.

(Zs): هي مقاومة النظام.

وأخيراً يمكن أن تنتج الأحداث العابرة لنظام الطاقة الحديث مع (PSS) قيد الاستخدام تذبذبات طاقة جيدة التخميد بالإضافة إلى تقلبات في الطاقة التي يصعب اكتشافها، بحيث يقوم المنطق الرسومي على شكل مضلع المستند إلى وحدة إدارة المشروع (PMU) والمقترح في الورقة بأداء المهمة بدقة واكتشاف تقلبات الطاقة المعقدة.

كذلك النظام قادر على تحقيق الاستقرار بعد انزلاق أحد الأعمدة في بعض الأحداث حيث يعمل مخطط قاعدة البيانات بشكل سيء، كذلك مخطط قاعدة البيانات غير موثوق به مع أنظمة الطاقة التي تدعم (PSS) أو في ظل تكامل متج، علاوة على ذلك يتطلب مخطط قاعدة البيانات تعديلات على الغمامات وتأخير الوقت للعمل بشكل صحيح في ظل ظروف تأرجح الطاقة الكهربائية المختلفة.