الموازنة اللامركزية لاستعادة خدمات توزيع القدرة الكهربائية

تخضع أنظمة توزيع الطاقة لأعطال قد تتسبب في انقطاع الخدمة، كما يمكن تخفيف تأثير الانقطاع عن طريق إجراءات الاستعادة، وبهدف إعادة تكوين الشبكة الكهربائية حتى يتم إصلاح المكونات المعيبة؛ فإنه عادة ما تكون مقترحات هذه الإجراءات إما مركزية بالكامل أو لامركزية بالكامل.

الهدف من الموازنة اللامركزية لاستعادة خدمات توزيع القدرة الكهربائية

في أنظمة توزيع الطاقة، يتم تنفيذ عمليات الاستعادة لتقليل عدد العملاء المتقطعين أو الحمل أثناء إصلاح الشبكة الكهربائية، بحيث تعتمد حلول مشكلة الاستعادة على تنفيذ مجموعة من إجراءات التحكم التي يتم فيها تحديد مجموعة من عمليات التبديل، وعادة ما تصبح المشكلة الناتجة كبيرة إلى حد كبير ليتم حلها على النحو الأمثل نظراً لحجم النظام بالإضافة إلى الجوانب المتعلقة بتوسيع النظام وتحديث النظام وإسناد أولويات الحمل.

وفي الدراسات، عادة ما تكون طرق معالجة مشكلة الاستعادة إما مركزية بالكامل أو لامركزية بالكامل، وفي السابق يتم جمع جميع البيانات المطلوبة لحل المشكلة في نقطة مركزية حيث يتم تحديد الحل، بحيث تُستخدم الأساليب القائمة على الكشف عن مجريات الأمور بشكل شائع، على سبيل المثال الخوارزميات الجينية.

ونظراً لأن الحساب الرسمي للحل الأمثل العالمي ليس ممكناً من الناحية الحسابية لبعض الشبكات الكبيرة، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يجب أن تتمتع جميع العمليات المنفذة في النقطة المركزية بمستويات عالية من التوافر والمتانة بسبب الهيكل الهرمي المنتشر.

وفي الحلول اللامركزية من ناحية أخرى؛ فإنه لا توجد نقطة مركزية فريدة لصنع القرار وكل جهاز، على سبيل المثال التبديل (recloser)، والذي لديه بعض الاستقلالية في اتخاذ القرار محلياً بشأن تغيير حالته بناءً على البيانات المكتسبة من خلال الاستشعار والاتصال المحلي.

النهج القائم على اعتماد اللامركزية في استعادة الشبكة الكهربائية

في هذا السياق، يوفر هذا العمل كمساهمة نهجاً قائماً على الوكيل لاستعادة النظام باستخدام مفهوم الكتلة، كما ويتحرى تأثير مستوى لامركزية كتلة صنع القرار على موثوقية النظام، كما تمثل الكتلة شبكة فرعية للشبكة الكهربائية، ويتم إدارتها بشكل مستقل بواسطة وكيل برمجيات، بحيث يتوافق مستوى تأثير الكتلة مع عدد أجهزة التحويل في هذه الشبكة الفرعية.

لذلك إذا كان مستوى تأثير جميع الكتل واحداً؛ فيوجد نظام استعادة لامركزي بالكامل، لذلك إذا كانت هناك كتلة واحدة فقط للنظام بأكمله؛ فإنه يوجد أيضاً نظام استعادة مركزي، على الأقل بمعنى مفهوم الكتلة، وعلى الرغم من أن بعض اللامركزية من صنع القرار في مراكز التحكم؛ فإنه لا يزال من الممكن اعتبارها قد تحققت.

كما يتفاوض كل وكيل كتلة على الإمدادات البديلة مع جيرانه ثم يقرر ما إذا كان سيفتح أو يغلق محولاته بناءً على خوارزمية مطبقة فقط في سياقه الخاص، بحيث تتبع محاكاة الوكيل نهج الوكلاء والمصنوعات اليدوية، كما أنها تصور تضمين الوكيل في معدات إعادة الإغلاق منخفضة التكلفة، والتي تم تطويرها في إطار مشروع بحث وتطوير مع مستشعر تيار متكامل وكاشف وجود الجهد الكهربائي.

كما تفترض دراسات الحالة فيما يتعلق بعملية الاتصال، استخدام (IPv) عبر وضع التنقل بين القنوات المشقوقة زمنياً (TSCH) في [IEEE 802.15.4e (6TiSCH)]، والذي يوفر المرونة نظراً لطوبولوجيا الشبكة الخاصة به، بحيث تظهر النتائج مع وحدة تغذية اختبار العقدة (IEEE 123) على أنه يجب توخي الحذر عند تحديد مستوى اللامركزية الذي تحققه الحلول القائمة على الوكيل المصممة لاستعادة نظام التوزيع.

الأساليب الفنية المستخدمة لاستعادة الأحمال الكهربائية الحرجة

في السنوات القليلة الماضية، تم اقتراح العديد من الأساليب باستخدام (MAS) في الدراسات الفنية لحل مشكلة الاستعادة، كما يقترح العمل نهجاً لاستعادة الأحمال الحرجة في أنظمة التوزيع باستخدام موارد الطاقة الموزعة من خلال إطار عمل لامركزي (MAS) مع اتصال نظير إلى نظير، وذلك بهدف زيادة موثوقية خطة الاستعادة وتقليل فرص ما بعد الاستعادة الفشل.

كما يعمل ذلك على تقييم مشكلة الاستعادة في نظام التوزيع الذكي من خلال وظائف موضوعية تهدف إلى تعظيم الأحمال المستعادة وتقليل تكاليف التبديل، بحيث يتم تطبيق بنية (MAS)، ولعزل الخلل أو تسليط أو استعادة الأحمال ولتغيير هيكل النظام؛ فقد تم تقديم (MAS) اللامركزية بالكامل، وذلك للتحكم في الإصلاح الذاتي، حيث يتم التعامل مع استراتيجية متكاملة متعددة المراحل مع وكلاء صنع القرار والمهام التي تتغير ديناميكيًا وفقاً للمراحل.

الكتلة النموذجية الخاصة بنظام التوزيع الكهربائي

فيما بعد تم القيام بنمذجة نظام التوزيع الذي نقسمه إلى كتل مع وكلائها المناظرين، كذلك عامل الكتلة مسؤول عن إعادة تكوين مصدر الطاقة تلقائياً في أقرب وقت ممكن بعد لحظة عزل الخطأ، بحيث تهدف هذه العملية إلى تقليل عدد المستهلكين المتأثرين وتتكون من:

• اكتشاف مصادر جديدة للإمداد.

• تغيير حالة المفاتيح الكهربائية الكتلية لإعادة تكوين الشبكة بناءً على مصادر الطاقة المختلفة.

• إعادة النظام الكهربائي إلى الحالة الطبيعية عند إصلاح القسم المعيب.

كما يمكن اختيار عدد عناصر التبديل أو أجهزة إعادة الإغلاق في كل كتلة حسب حجمها، وذلك بناءً على جوانب مختلفة مثل مناطق مختلفة من وحدة التغذية ومغذيات مختلفة في نفس المنطقة وضرورة مختلفة للتحكم وقيود مسافة الاتصال وغيرها، وكمثال على نظام تم نمذجته في شكل كتل مبين في الشكل التالي (1) مغذيات (RBTS-BUS-2 F1) ، (F2).

وفي هذا المثال، يحتوي النظام على كتلتين، واحدة لـ (F1) وأخرى لـ (F2)، كما أن الدوائر عبارة عن مفاتيح (أجهزة إعادة إغلاق) مزودة بمرحلات كهربائية للتيار الزائد، بحيث تمثل الدوائر الفارغة والمملوءة مفاتيح مفتوحة ومغلقة على التوالي.

كذلك تبين في هذا المثال، بحيث يكون عامل الكتلة (1) (المشار إليه باسم ab1) مسؤولاً عن التوريد من (F1) وعوامل إعادة الإغلاق (A ،B ،C ،D ،E)، بحيث يكون عامل الكتلة (2) (المشار إليه باسم ab2) مسؤولاً عن التوريد من (F2) وأجهزة التحكم (F ، G)، بحيث يعتبر (recloser H) مفتاحاً مجاوراً، كما ويمكن التحكم فيه بواسطة كل من (ab1،ab2).

في النهاية؛ فإن الحل المقترح القائم على العوامل والكتل هو نهج هجين مرن (مركزي ولا مركزي) لمشكلة الاستعادة المعنية بخدمة توفير المركزية بواسطة عامل كتلة واحد، وهو مسؤول عن جميع أجهزة إعادة الإغلاق أو المفاتيح وإعادة التكوين داخل الكتلة، كما يتم توفير اللامركزية (التحكم) من قبل العديد من وكلاء الكتلة المستقلين الذين لا يدركون بشكل مباشر متطلبات وقيود الوكيل الآخر.

أيضاً يتم تحقيق إعادة التشكيل العالمي من خلال وكلاء الكتلة الذين يتعاونون عن طريق (CNP) المطبق في نطاق الحي، بحيث لا يحل النهج المقترح محل جميع الإجراءات التي تمت مناقشتها في مراكز التحكم الكهربائي في جميع سيناريوهات التشغيل، ولكنه يوفر حلاً مثيراً وفعالاً للاهتمام لإضفاء اللامركزية على بعض إجراءات الاستعادة.