الخطأ متعدد العوامل وعزل شبكات التوزيع الكهربائية مع DGs

تقترح أتمتة التوزيع الكهربائية الحديثة تمكين الإصلاح الذاتي اللامركزي لشبكات التوزيع، وذلك باستخدام بنية تحتية متقدمة للقياس والتحكم، بحيث جذب موقع الخطأ اللامركزي والعزلة كعنصر أساسي وحيوي للمعالجة الذاتية؛ اهتماماً كبيراً على مر السنين، كما تم تقديم استراتيجية متكاملة لتحديد موقع الخطأ والعزل على أساس نظام متعدد العوامل لامركزي بالكامل (FDMAS) لنظام التوزيع مع المولدات الموزعة (DGs) من خلال الجمع بين الحماية الكهربائية الأولية.

طرق التعامل مع الخطأ وعزل شبكات التوزيع الكهربائية

• تمثل أنظمة التوزيع الرابط النهائي بين المرافق والعملاء، وبشكل عام يعمل نظام التوزيع في تكوين شعاعي لتصميم بسيط وتنسيق حماية والحد الأدنى من تيار العطل، ومع ذلك؛ فإن التعقيدات الهيكلية المتزايدة باستمرار لشبكات التوزيع تؤدي إلى زيادة مخاطر حدوث الأعطال، ومن ناحية أخرى يصبح التقلب وعدم اليقين في المولدات الموزعة المتجددة (DGs) تحدياً جديداً لإدارة وتشغيل النظام.

• يتم وضع جودة خدمة الطاقة الكهربائية على مستوى عالٍ في بعض مجالات الخدمة عالية الجودة مثل مركز التصنيع الصناعي ومنطقة التكنولوجيا العالية، وفي هذا الصدد تم إصدار بعض المواصفات الفنية الجديدة، والتي يقتصر فيها انقطاع خدمة الطاقة على أجزاء من الثانية ويوصى بنشر حماية فشل الجهاز، بحيث تقتصر منطقة عزل الأعطال على مستوى التتابع العلوي أو قاطع الدائرة (CB).

• في المقابل تم اقتراح نموذج تشغيل جديد للمعالجة الذاتية ومجهز ببنية تحتية ذكية للقياس والاتصال والتحكم للتوزيع الحديث، وباعتبارها لبنة أساسية لقدرة الإصلاح الذاتي؛ فإن اكتشاف الخطأ هو اكتشاف الخطأ وتحديد موقعه في نفس الوقت، وذلك عن طريق الإنذارات القائمة على التيارات العالية أو الفولتية المنخفضة، كما ويجب عزل الخطأ عن كلا الاتجاهين عن طريق فتح المنبع الأول و مفاتيح المصب بسرعة.

• بينما تهدف حماية فشل الجهاز إلى تحديد موقع الخطأ والعزل بوظيفة الكشف عن فشل الجهاز في ظل فشل الحماية الأساسي، والذي بعد كل شيء يجب أن يكون ناتجاً عن أجهزة فاشلة مثل الاتصال ومحول الطاقة الحالي (CT) و (CB)، وفي السنوات الأخيرة أدت المقاربات القائمة على تعدد الوكلاء، خاصة تلك اللامركزية إلى خفض تدريجي للرقم المذهل فيما يتعلق بهذه الجوانب المذكورة أعلاه.

البحث المسبق عن الخطأ والشروع في عملية العزل للشبكة

تعتبر طرق الحماية المحلية بما في ذلك حماية الوقت الزائد وحماية تنسيق الجهاز بواسطة فتيل (recloser) أو المرحل الكهربائي، بمثابة حماية تنسيق الجهاز التكيفي وحماية المسافة التكيفية والحماية التفاضلية للمجال الزمني، وهي العناصر السائدة والفعالة حالياً لأنها يمكن أن توفر حل حماية سريعاً وموثوقاً باستخدام المعلومات المحلية، وخاصة لنظام التوزيع الشعاعي.

ومع ذلك؛ فإن طرق الحماية المحلية التقليدية المستخدمة في أنظمة التوزيع الشعاعي معرضة لسوء التنسيق في نظام التوزيع مع (DGs) أو في شبكة التوزيع المرنة (FDN) بسبب التغيير في حجم واتجاه التيارات خلال فترة الخطأ، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يبقى من الصعب أن يتم دمجها في نظام تحكم حديث للمعالجة الذاتية لنظام التوزيع لهذه الطرق المحلية.

كما أن طرق الحماية القائمة على قياس المساحة الواسعة مثل طرق الحماية القائمة على قياس الطور الكهربائي وحماية المسافة على نطاق واسع والحماية الذكية واسعة النطاق والحماية التفاضلية واسعة النطاق، كما تم تطبيقها مؤخراً على أنظمة التوزيع.

ومع ذلك؛ فإن هذه الأساليب تعتمد بشكل كبير على مركز التحكم على أساس التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA)، وبالتالي يبقى من الصعب جداً التعامل مع جميع الحسابات والاتصالات في الوقت الفعلي عندما يتخذ مركز التحكم هذا جميع القرارات لأنظمة الطاقة واسعة النطاق.

الفجوة البحثية المرتبطة المرتبطة بأخطاء الشبكة الكهربائية

على الرغم من تقديم العديد من الأساليب أو الاستراتيجيات القائمة على (MAS) في الأعمال السابقة لتحديد موقع الخطأ والعزل، لذلك لم يتم النظر في العديد من الجوانب المهمة على النحو التالي:

• تعتمد غالبية ما يسمى بالطرق اللامركزية السابقة على هياكل لامركزية هجينة مناسبة للتحكم العلاجي وغير الحقيقي.

• التنسيق بين الحماية الأساسية والنسخ الاحتياطي الذي يمنع التشغيل الخاطئ للحماية، لذلك لم يتم التقاطه في الأعمال السابقة.

• نادراً ما نظرت غالبية الدراسات السابقة في جميع حالات فشل الجهاز ونتيجة لذلك، لذلك لا يمكنها تقديم وظيفة حماية النسخ الاحتياطي الكاملة.

• لا يمكن للطرق التقليدية في الأدبيات اكتشاف فشل الجهاز الذي يتسبب في فشل الحماية الأولية.

الهيكل الهندسي المقترح لدراسة التحكم الكهربائي FDMAS

كما هو مبين في الشكل التالي (1)، بحيث يعرض هذا القسم معمارية (FDMAS)، بما في ذلك عوامل التحكم والاتصال والتنسيق بين الوكلاء وقسم منطقة الحماية الكهربائية.

وكلاء المراقبة: في هذا الطرح، تتكون عوامل التحكم اللامركزية بالكامل من وكلاء التوزيع (BAs) بما في ذلك وكلاء الناقل العام للطاقة (GBAs) ووكلاء ناقل التغذية (FBAs)، وكلاء ناقل الربط (TBAs)، وكلاء (DG-bus-DBAs)، بحيث تقوم (BA) بجمع جهد الحافلة بالإضافة إلى تيار الفرع ومشاركة معلومات الجهد والتيار مع جيرانها في الوقت الفعلي، كذلك جميع (BAs) بالتساوي في نفس الطبقة الهيكلية وتتعاون مع بعضها البعض لتنفيذ المهام المشتركة لموقع الخطأ والعزل.

الربط والتنسيق بين الوكلاء: مع تطوير نظام أتمتة التوزيع، تم استخدام نظام الاتصال واسع النطاق (WACS) المستند إلى (IEC 61850) والأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs)، وحالياً في القياس والتحكم المتزامن لشبكات التوزيع، بحيث تعمل قابلية التشغيل البيني للعبوات البدائية الصنع من مختلف المصنّعين على تحسين تطوير معيار (IEC 61850)، والذي يسمح بدوره للمصنّعين بإدخال رموز التشغيل الآلي الخاصة.

شعبة منطقة الحماية: هي منطقة الحماية الأولية (PPZ) هي وحدة حماية الدنيا، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين، وهما منطقة حماية الفرع الأساسي ومنطقة حماية الناقل الأساسي، والتي يتم اختصارها كـ (PRPZ ، PUPZ) على التوالي لتمييز بعضها البعض في هذه الدراسة، بحيث يستخدم الأول لتحديد موقع عطل الخط الفرعي وعزله، بينما يتم تطبيق الأخير لحماية شريط الناقل، كما يعطي الشكل التالي أيضاً (PPZ) خاصاً (PRPZ3)، كما ويكون محدثاً عن طريق التكيف الذاتي لهيكل الاتصالات.

وفي نهاية هذا الحديث تم التوصل إلى اقتراح استراتيجية (FDMAS) المتكاملة، بما في ذلك خوارزمية موقع الخطأ وخوارزميات العزل الأولية والاحتياطية لأنظمة التوزيع باستخدام (DGs)، والتي لها الخصائص الثلاث التالية:

• تسهل بنية (FDMAS) المقترحة إطار عمل برمجة موحد للتطبيق عبر الإنترنت للاستراتيجية المقترحة، والتي يمكن استخدامها بشكل مستقل أو دمجها بسلاسة في أنظمة الإصلاح الذاتي المتكاملة لشبكات التوزيع.

• استناداً إلى القواعد المنطقية الثنائية؛ فإنه يمكن لخوارزمية موقع الخطأ المقترحة تحديد موقع الخطأ بشكل صحيح وتقليل وقت الاتصال والحساب بشكل كبير.

• خوارزمية عزل الخطأ الأولية المقترحة على أساس قواعد الأولوية قادرة على مسح الخطأ بسرعة دون التشغيل الخاطئ للنسخ الاحتياطي.