تأثر شبكات التوزيع الكهربائية بإنتاج الطاقة المتجددة

أثر انتاج الطاقة المتجددة على شبكات التوزيع الكهربائية

يتمثل التحدي الذي يواجه تحول الطاقة في التحميل الزائد للشبكة الناتج عن زيادة حقن مصادر الطاقة المتجددة (RE) في الشبكة الكهربائية، حيث يتم من بين أمور أخرى تجاوز الحد الأقصى للتيارات المسموح بها، وفي مثل هذه الحالات يمكن الحفاظ على استقرار الشبكة عن طريق الحد من مصادر الطاقة المتجددة، لكن التقليص يعني انسكاب الطاقة الكهربائية .

لذلك؛ فإن قدرة توقعات الازدحام على تقليل مقدار التقليص المطلوب، علاوة على ذلك يمكن تمكين التخفيف من الازدحام، وذلك من خلال التزام أكثر كفاءة بخيارات المرونة مثل تخزين الطاقة، والتي يمكن أن تساعد في تقليل مقدار تقليص الطاقة المتجددة خاصةً باستخدام توقعات الازدحام.

على سبيل المثال في ألمانيا يتم تنظيم هذه القيود من خلال ما يسمى بإدارة التغذية (إدارة Einspeisemanagement) والمحددة في المادة 14 من EEG) (Erneuerbare Energien Gesetz))، بحيث يسمح لمشغل النظام بحل الازدحام عن طريق المعاملة في الوقت الفعلي، ومع التنظيم الجديد سيتم نقل الإدارة إلى نهج جديد يسمى “Redispatch 2.0” حتى أكتوبر 2021م.

ونظراً لأن التنبؤات بالازدحام القادم إلزامية لإعادة التوزيع؛ فإنه سيحتاج مشغلو النظام إلى عمل تنبؤات قصيرة المدى حول الأحمال الزائدة في شبكة التوزيع والمحولات الكهربائية المتصلة بشبكة النقل، وفي الدراسات؛ فإنه توجد مناهج تصف التنبؤ بالاختصار لسيناريوهات طويلة الأجل في سياق تخطيط التوسع، وأثناء تخطيط تكامل الطاقة المتجددة أو لإدارة الازدحام في تشغيل الشبكة في الوقت الفعلي.

كما أن التنبؤات قصيرة المدى بالازدحام مطلوبة بشكل أساسي للمشاركين في أسواق الطاقة في سياق إعادة التوزيع والأسعار الهامشية الموضعي وكذلك تطبيق “الشبكات العصبية الاصطناعية” للتنبؤ بازدحام نقل البيانات كل ساعة  في حين أنه تم اقتراح نهج يجمع بين تقنيات الهيكل المعقدة ونمط النظام لازدحام النقل والتنبؤ بالأسعار الهامشية الموضعية.

تقليص الطاقة المتجددة الناجم عن الازدحام في شبكات التوزيع

للتنبؤ بتقليص الطاقة المتجددة الناجم عن الازدحام في شبكات التوزيع أو في المحولات المتصلة ذات الجهد العالي أو الجهد الكهربائي الإضافي (HV / EHV) تتطلب معلومات مفصلة، مثل طوبولوجيا الشبكة أو الحقن الخاصة بالعقدة والاستهلاك للشبكة المعنية، علاوة على ذلك يمكن أن يحدث التقليص لبضع دقائق فقط لذلك يتطلب التنبؤ به دقة زمنية عالية.

وبالنسبة إلى (DSOs) الألمانية، هناك حاجة شديدة للتنبؤ بالتخفيض قصير الأجل للأعمال التشغيلية، ومع ذلك لم يتم تقديم مثل هذا النهج الحتمي الشامل للتنبؤ بالحد قصير المدى في شبكات التوزيع مع مراعاة أوجه عدم اليقين في أي دراسة علمية وتجريبية موجودة في وقت كتابة هذا التقرير، لذلك يُقترح نهج جديد لنموذج التنبؤ قصير المدى لتقليص الطاقة المتجددة الناجم عن الازدحام في شبكات التوزيع.

ومن أجل الحصول على دقة زمنية أعلى، يعتمد التنبؤ على بيانات تنبؤات الأرصاد الجوية ربع ساعة، كما أن الناتج المقابل للنموذج هو التنبؤ الذي تحتاج إليه محطات الطاقة المتجددة التي يجب تقليصها وإلى أي مدى يتم تمديدها، بحيث يمكن أن تكون هذه معلومات قيمة لتحسين التقليص من خلال تطبيق خيارات المرونة، كما أنه تم تصميم النموذج ليكون قابلاً للتكيف بشكل فردي مع شبكة معينة.

وكل ذلك عن طريق ضبط العقد ذات مستوى الجهد العالي (HV) وفقاً للتغذية والاستهلاك المحدد لها بتطبيق عملنا السابق المقترح، لذلك يتم تطبيق بيانات تدفق الطاقة التاريخية لمحولات الجهد المتوسط ​و الجهد العالي (MV / HV) وطوبولوجيا الشبكة التي يوفرها مشغلو النظام المقابل، بحيث يؤخذ في الاعتبار استخدام حسابات تدفق الطاقة لاكتشاف حالات ازدحام الشبكة وتصنيف الخط الديناميكي وحالات عدم اليقين المتعلقة بتحميل المكونات.

ومن أجل جعله قابلاً للتطبيق على الأعمال التشغيلية؛ فإنه يتم التحقق من صحة النموذج لشبكة توزيع فعلية ويتم تحليل الفترة الزمنية المناسبة للبيانات المتاحة المستخدمة لتركيب النموذج في سياق صيانة النموذج، كما تمت مناقشة تأثير معلمات إدخال معينة، بالإضافة إلى قابلية نقلها إلى مناطق الشبكة المختلفة.

الوصف الخاص بمساهمة الطاقة المتجددة في شبكات التوزيع

الخلفية النظرية لنطاق الطاقة المتجددة

من أجل التنبؤ بالاختصار، يجب تحديد المكونات المزدحمة، وهذا يتطلب محاكاة تدفق الحمل أو نهج تحليلي مشتق من تدفق الحمل، كما يتم محاكاة السلاسل الزمنية للتوليد والاستهلاك عند العقد إما احتمالية أو حتمية، وهناك عنصر حيوي هنا هو تعريف الخط المزدحم أو المحول.

لذلك إذا تم تجاوز العتبة الحرارية لأحد المكونات؛ فإن هذا المكون مزدحم. هذه العتبة، وذلك بالنظر إلى الخطوط، بحيث تتأثر بتصنيف الخط الديناميكي، بالإضافة إلى ذلك يجب النظر في حالات الطوارئ في سياق الأمن (N-1) للخطوط والمحولات الكهربائية الخاصة بالتوزيع، لذلك يجب تنفيذ كلا الجانبين في توقعات الازدحام.

وفي حالات ازدحام المكونات، يجب تحديد وحدات التوليد التي تحتاج إلى تقليص وتقليل الطاقة المطلوبة، لذلك يتم استخدام عوامل الحساسية، والتي تصف العلاقة المتبادلة بين عقد الحقن والمكونات المزدحمة، علاوة على ذلك توجد عدة طرق لاختيار مصادر الطاقة المتجددة لتقليصها وتحديد مقدار تخفيض الطاقة، و في سياق تخطيط وحدات طاقة متجددة جديدة؛ فإن ما يسمى بنهج “آخر ما يخرج أولاً” (LIFO) هو نهج شائع الاستخدام .

توقعات التخفيض في  بمساهمة الطاقة المتجددة بشبكات التوزيع

يتكون نموذج التنبؤ قصير الأجل المقترح لتقليص الطاقة المتجددة في شبكات التوزيع من مكونين، وهما توقعات التقليص والتقدير الكمي المطلوب لعدم التأكد من تحميل المكون، كما أنه يتم وصف كلا الجزأين، بحيث يمكن فصل النموذج إلى ثلاثة أجزاء موضحة في الشكل التالي، وذلك على حساب حقن العقدة واكتشاف الازدحام في شبكة التوزيع بجهد كهربائي (110) كيلو فولت وتحديد الاختصار المطلوب.

كما أنه يتم حساب حقن العقدة بما يتوافق مع عملنا السابق، بحيث يتم تعديل ملفات تعريف ووظائف الحمل المطبقة التي تصف توليد الطاقة المتجددة بشكل فردي لكل عقدة، وذلك في حالات مزارع الرياح المتصلة مباشرة بمستوى شبكة الجهد العالي، كما أته لم تكن هناك قوة مُقاسة متاحة، لذلك يتم حساب طاقة الرياح من خلال تطبيق منحنى طاقة توربينات الرياح العام وسرعات الرياح الخاصة بالموقع.

ومن أجل التنبؤ بالازدحام المحتمل، يتم إجراء حسابات تدفق الحمل في (DIgSILENT PowerFactory) باستخدام نموذج شبكة توزيع (HV)، والذي يوفره مشغل الشبكة المسؤول، بحيث يتم أخذ تصنيف الخط الديناميكي والطوارئ في الاعتبار، لذلك يتم تحديد التقليص على أساس الاختناقات الناتجة، وذلك بدءاً من العقدة الأكثر حساسية، بحيث يتم زيادة مستوى الاختصار حتى يتم حل مشكلة ازدحام الشبكة الكهربائية.