الحماية والتحكم في نظام الطاقة لمنع التعتيم الواسع

أهمية الحماية والتحكم في نظام الطاقة لمنع التعتيم الواسع

تعمل مرحلات حماية نظام الطاقة التقليدية على أساس الإعدادات، كذلك كشف تشريح العديد من حالات انقطاع التيار الكهربائي أن المرحلات مع هذه الإعدادات في بعض الأحيان لا تعمل في ظل ظروف تشغيل شديدة الإجهاد الكهربائي، وهذا بسبب حقيقة أن الخصائص الكهربائية التي يعرضها النظام في بعض ظروف التشغيل المجهدة لا يتم التقاطها أثناء عملية حساب “إعدادات الترحيل”.

ولاحقاً تم الإبلاغ عن الجهود الأخيرة بشأن أنظمة حماية (OOS) التكيفية في العديد من الدراسات، بحيث أبلغت التجارب عن مرحل (OOS) تكيفي يعتمد على طريقة الشبكة العصبية، كما توفر هذه التقنية أداءً مرضياً في اكتشاف حالة (OOS) وتوفر إجراء تحكم مناسباً بعد الاضطراب، كما بشرط أن تكون الشبكة العصبية قد تم تدريبها للتعامل مع جميع الحالات الطارئة المحتملة.

حيث تم التعميم عن تقنية (OOS) التكيفية بناءً على طريقة معيار المنطقة المتساوية (EAC)، ومع ذلك افترضت التقنية أن المجموعة المتماسكة من المولدات لن تتغير بعد حدوث اضطراب شديد في النظام، وهو ما قد لا يكون هو الحال دائماً في الممارسة العملية، لذلك طبقت مخططات ترحيل (OOS) التكيفية مجموعة (EAC) في المجال الزمني على مشكلة اكتشاف (OOS).

ومع ذلك؛ فإن استخدام طريقة (EAC) يقتصر فقط على التطبيق على نظام ناقل لانهائي ذو آلة واحدة (SMIB)، كما وتم الكشف عن حالة (OOS) باستخدام انحراف التردد للجهد الكهربائي، كما يعتمد اشتقاق الطريقة المذكورة في الورقة على طريقة (EAC)، لذلك فهو يقتصر أيضاً على التطبيق على (SMIB)، والتي استخدمت في تحليل مسار مستوى الحالة للكشف عن حالة (OOS).

وعلى الرغم من أن مفهوم الترحيل التكيفي يقدم مكافآت كبيرة في تحسين الأمن والنزاهة في تشغيل الشبكة؛ فإن مهندسي الحماية لديهم بعض الشعور بالتحفظ لتنفيذ مفهوم الترحيل التكيفي في الممارسة، حيث يأتي هذا الشعور بالتحفظ من مطلب الجهل بإعدادات الحماية إذا تم تطبيق أي من الأساليب المذكورة عملياً.

كما تقوم كل هذه الطرق بتقييم استقرار النظام بشكل مباشر من البيانات المقاسة بعد حدوث اضطراب في النظام بدلاً من استخدام إعدادات الحماية للكشف عن حالة (OOS)، وفي المقابل؛ فإن الطريقة المقترحة في هذه الورقة تتكيف مع إعدادات مرحل (OOS) التقليدي لتلائم حالة تشغيل النظام السائدة.

لذا؛ فإن العمل المقدم في هذا الطرح يوفر خياراً يحقق توازناً بين الممارسة الحالية في الصناعة وفائدة فلسفة الترحيل التكيفي. لا تتطلب الطريقة المقترحة أي معلومات مسبقة عن النظام حيث تقدر الخوارزمية المقترحة الوقت الديناميكي الحرج للنظام الذي يؤثر على إعدادات مرحل (OOS).

مخطط الحماية والتحكم بالطاقة خارج الخطوة

مع الوقت تتطور الشبكات الكهربائية، حيث تم بناء خطوط نقل إضافية وإضافة مولدات جديدة وتنمو الطلبات، كما يغير هذا التطور بشكل كبير الخصائص الكهربائية (موضع الممانعة) للنظام مثل النسبة بين مقاومة المولد ومقاومة نظام الشبكة. مع إضافة دوائر النقل، بحيث يميل مركز ممانعة النظام والمركز الكهربائي إلى الحدوث داخل المولد أو المحول الكهربائي تصعيده المقابل بدلاً من داخل شبكة النقل بعد تأرجح الطاقة في النظام.

لذلك يتسبب هذا الموقف في حدوث تدفقات حديدية عالية بشكل غير طبيعي في نهاية الجزء الثابت في المولد مما يؤدي بالتالي إلى ارتفاع درجة الحرارة ودوائر قصيرة في نهايات قلب الجزء الثابت، لذلك؛ فإنه من الضروري أن يكون يتوفر مرحل (OOS) يكتشف ويبدأ إجراء التحكم المناسب لتجنب هذه الآثار السلبية على المولد المتأثر وبقية النظام.

كما أن هناك عدد من الخيارات لحماية المولد من حالة (OOS)، بحيث تتنوع هذه الطرق مثل نظام الغشاء المفرد والمزدوج والمخطط المتحد المركز، وفي الأساس تعمل كل هذه المخططات على نفس المبدأ، وهو مراقبة سلوك تأرجح الممانعة، وبعد حدوث اضطراب في النظام؛ فإنه من الضروري إجراء دراسة استقرار عابر شاملة لتحديد الإعداد المناسب لنظام حماية (OOS).

ومع ذلك، في حالة عدم وجود نتائج من دراسات الاستقرار العابر؛ فإنه يمكن تحديد إعداد نظام حماية (OOS) باستخدام إجراء رسومي وإعدادات متحفظة، بحيث يركز هذا الطرح على تكييف إعداد مخطط (Blinder) المفرد للتوافق الفعال مع ظروف التشغيل السائدة حيث يسهل تنفيذه في مرحل رقمي، بحيث يوضح الشكل التالي (1) إعداد الممانعة لإعداد (Blinder) بشكل فردي لحماية المولد (OOS).

بحيث يشير الشكل في الأعلى إلى أن حساب إعداد مرحل (OOS) يتطلب عدة معطيات، وهي مهمة للمولد والنظام مثل التفاعل العابر للمولد الكهربائي، حيث أن (x′d) هي مفاعلة محول الوحدة، كذلك (XTR) ومقاومة النظام (ZSYS)، بحيث تم ضبط عنصر (mho) الإشرافي ليبلغ (1.5) ضعف مقاومة محول الوحدة في اتجاه النظام ومرتين من التفاعل العابر للمولد في اتجاه المولد.

لذلك؛ فإنه يتم حساب قطر (Dmho) ومركز (Cmho) للخاصية (mho) على النحو التالي:

لذلك من الضروري تحديد (CCA δCRIT) بين المولد والنظام من أجل حساب إعداد المرحل، كما يحدث (CCA) عند النقطة التي يبدأ فيها المولد في فقد تزامنه مع النظام، بحيث يتم الحصول على هذه الزاوية من دراسات الاستقرار العابر للنظام، كما تستخدم الممارسة العامة في الصناعة زاوية (120) درجة لأن النظام عادة لا يكون قادراً على التعافي من التأرجح في هذه الزاوية، وبالتالي يتم حساب إعداد (Blinder) باستخدام المعادلة التالية:

خوارزمية الحماية التكيفية خارج الخطوة

يكون حساب إعداد مرحل (OOS) واضحاً عندما تكون معطيات (CCA) و (CCT) وديناميكية المولد معروفة، حيث أن الإجراء لتقريب (CCA) و (CCT) لتحديد إعداد حماية (OOS) هو الجزء الأكثر شمولاً في العملية، و في هذا الطرح تم تبسيط الجهد الحسابي المطلوب باستخدام نهج (EEAC)، بحيث يتضمن تنفيذ (EEAC) تحويل نظام متعدد الآلات إلى نظام مكون من جهازين، ثم يتم تبسيط النظام المكون من جهازين إلى نظام ناقل لا نهائي بآلة واحدة.

ومع مكافئ نظام (SMIB)؛ فإمه يتم استخدام معيار (EAC) لتحليل الاستقرار لتحديد (CCA) و (CCT) للنظام، وهي خطوة حاسمة لحساب إعدادات حماية (OOS) ومع ذلك، وللتأكد من أن إعداد الترحيل يتكيف مع ظروف التشغيل الحالية؛ فإن المعلومات في الوقت الفعلي للمجموعات المتماسكة من المولدات ومعلمات النموذج الديناميكي في النظام مطلوبة لتحليل شبكة كبيرة مترابطة باستخدام (EEAC).

كما يوضح الشكل التالي (2) خوارزميات الطريقة المقترحة لإعادة حساب وتعديل إعدادات نظام حماية خارج الخطوة، بحيث تتطلب الخوارزمية التي تؤدي مثل هذه الوظائف تلقائياً لنظام حماية (OOS) عدة قياسات الادخال ونموذج نظام طاقة مكافئ حالي وقيود نظام الحماية لإجراء الحساب.

كما بدأت الخوارزمية المقترحة المعروضة في الشكل بتغيير في حالة نظام الطاقة الذي يتم مراقبته من التذبذب في البيانات المقاسة، ونظراً لتصنيف حدث (OOS) على أنه مشكلة استقرار واسعة النطاق؛ فإن القياسات عبر منطقة جغرافية واسعة ستكون مطلوبة لشبكة نظام طاقة كبيرة. تقنية (WAMS) قادرة على تسهيل القياسات المطلوبة.