تأثير الموقع الكهروضوئي على فقد طاقة الشبكة الكهربائية

أدت زيادة تكامل الشبكة الكهروضوئية (PV) إلى تفاقم عدم اليقين في عمليات شبكة التوزيع، وبالنسبة لشبكة التوزيع باستخدام الطاقة الكهروضوئية؛ فإنه يتم التحقيق في تأثير الموقع الكهروضوئي على فقد طاقة الشبكة وتقلبات الجهد مع الاشتقاقات التحليلية التي تعكسها مقاومة الخط.

تحليل تأثير النظام الكهروضوئي على خسارة طاقة الشبكة الكهربائية

في السنوات الأخيرة، حظيت المخاوف بشأن التلوث البيئي وأزمة الطاقة باهتمام أكبر ودفعت إلى تطوير تكامل الشبكة من أجل الطاقة المتجددة، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال أوجه القصور في الاستخدام المفرط لتوليد الطاقة التقليدية، كما أن التطبيق النموذجي للطاقة المتجددة هو استخدام توليد الطاقة الكهروضوئية الموزعة (PV)، والذي يحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء ويمكن دمجها بمرونة في مناطق.

بالإضافة إلى ذلك؛ فإن توليد الطاقة الكهروضوئية الصغيرة والمتوسطة الحجم له فوائد النظافة والكفاءة العالية نظراً لقدرة الاستهلاك المحلي للطاقة المتجددة المتولدة، ومع ذلك؛ فإن تكامل الشبكات الكهروضوئية واسعة النطاق قد غيّر خصائص التشغيل لشبكة التوزيع التقليدية، على سبيل المثال من تدفق الطاقة أحادي الاتجاه إلى تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه من مصادر الطاقة فقط في جانب التوليد إلى مصادر الطاقة في كل من التوليد والتوزيع وعندها ينتهي نطاق المستخدم.

كما يؤثر موقع الخلايا الكهروضوئية على فقد طاقة الشبكة الكهربائية وتقلبات الجهد لشبكة التوزيع، مما يستلزم التحديد الدقيق والتحسين الأمثل لموقع الكهروضوئية، بحيث تم تحديد سلسلة من المؤشرات لوصف تأثير عدم اليقين، على سبيل المثال السلوكيات المتقطعة للأجيال المتجددة، وذلك على قدرة إمداد الحمولة المتاحة لشبكة التوزيع بشكل شامل.

تحليل تقلبات الجهد الكهربائي وأثرها على فقدان القدرة الكهربائية

ومع ذلك، لم يتم تحليل تأثير تقلبات الجهد وفقدان طاقة الشبكة على شبكة التوزيع، بحيث تم أخذ الكفاءة الاقتصادية الإجمالية لشبكة التوزيع النشطة في مرحلة التخطيط بأكملها في الاعتبار لتحديد موقع وقدرة تركيب الكهروضوئية، ومع ذلك فقد ركز بشكل أساسي على الكفاءة الاقتصادية، بينما لم يتم النظر في تأثير تكامل الطاقة الكهروضوئية على فقد طاقة الشبكة وتقلبات الجهد.

كما تم اقتراح نهج تخطيط (DG) جديد قائم على الكتلة وتم اعتبار تقليل فقد طاقة الشبكة كهدف للحصول على قدرة تركيب (PV) في كل عقدة وموقع التخزين داخل كل مجموعة، ومع ذلك فقد ركزت بشكل أساسي على قدرة تركيب الكهروضوئية بدلاً من الموقع، كذلك تم اقتراح طريقة لتقييم الموثوقية لإمدادات الطاقة الموزعة.

بالإضافة إلى ذلك؛ فإنه تم فحص نهج التصميم الأمثل للطبقة المزدوجة لتخطيط العمليات، وعلى هذا الأساس تم تحليل تأثيرات مخططات التكوين المختلفة على الاقتصاد والموثوقية من الناحية الكمية، ومع ذلك فقد ركزت بشكل أساسي على الطلب على جانب الحمل، بينما لم يتم النظر في تأثير مصادر الطاقة الموزعة على شبكة التوزيع الكهربائية.

فيما بعد تم الوصول الى طريقة تحسين أحادية الهدف للتخفيف من عدم توازن الجهد للشبكة باستخدام الكهروضوئية، بينما اقتصرت على تحسين الجهد فقط بسبب نهج الهدف الفردي، وبالإضافة إلى ذلك لم يتم تحليل سلوكيات فقد طاقة الشبكة، بحيث يمكن لأحدث أساليب التنبؤ الكهروضوئية والطاقة الشمسية أن تستنتج تأثير التكامل الكهروضوئي.

كما وتم التحقيق في تنوع مواقع الأعطال في شبكات توزيع الطاقة ذات مستوى اختراق (PV) العالي مع مراعاة ظروف الركوب عالية أو منخفضة الجهد من أجل مخططات التحكم والحماية في البرازيل على سبيل المثال، بحيث تم اقتراح تأثير تكامل الشبكة الكهروضوئية على جهد شبكة التوزيع، كما قد يؤدي تكامل الشبكة الكهروضوئية إلى تجاوز حدود الجهد وقد يؤدي إلى تفاقم مخاطر تقلبات الجهد الكهربائي.

تأثير تكامل الطاقة الكهروضوئية على فقد طاقة الشبكة الكهربائية

أدى تكامل الشبكات الكهروضوئية إلى تغيير الهيكل والخصائص التشغيلية لشبكة التوزيع التقليدية، بحيث يتم استخدام البنية الشعاعية في الغالب في شبكة التوزيع، والتي تُستخدم أيضاً في هذه الدراسة لتحليل تأثير المواقع الكهروضوئية على فقد طاقة الشبكة وتقلبات الجهد الكهربائي، كما يتم تحويل ممانعات الخط وأحمال الفروع الرئيسية وتعادل العقد على شبكة التوزيع الكهربائي.

وبالمقارنة مع الطاقة المصدرة والمستوردة من وإلى (PV) وصولاً الى الحمل في خط التوزيع؛ فإنه يمكن اعتبار جانب النظام بمثابة ناقل لا نهائي، والذي يتم تمثيله بمصدر جهد مثالي في سلسلة مع محاثة، لذلك إذا تم تمثيل جانب النظام بوحدة المولد التقليدية؛ فإن مكونات الطاقة على سبيل المثال المحولات الكهربائية وخطوط النقل والتوزيع والمولدات الكهربائية المتعددة، بحيث يجب أخذها في الاعتبار في قيود عدم المساواة، والتي قد تكون أكثر تعقيدًا وليست ضرورية.

حيث أن:

(n = 1،…، n): هي العقد المكافئة للفروع الرئيسية في شبكة التوزيع.

(P1∼Pn): هي القوة النشطة للأحمال الكهربائية [i (i = 1، …، n)].

(ri − 1، i + jxi − 1): هي المعاوقة المكافئة للخط بين العقدة (i − 1) والعقدة (i).

(I1∼In): هو التيار المحقون في الأحمال، بحيث تم دمج (PV) واحدة مع شبكة توزيع في (Node m).

التحسين الوظيفي متعددة الأغراض لموقع (Pv)

استناداً إلى الاشتقاقات والتفسيرات المذكورة أعلاه، يرتبط موقع الكهروضوئية ارتباطاً مباشراً بخسائر طاقة الشبكة وتقلبات الجهد، وهنا يتم تقييم نهج التحسين للموقع الكهروضوئي بهدف الحد الأدنى لمتوسط خسائر طاقة الشبكة اليومية والحد الأدنى لتقلبات الجهد المتوسط لجميع العقد، ومن أجل تحليل الموقع الكهروضوئي وتحسينه؛ فإنه يظهر مخطط تخطيطي أحادي الخط لشبكة توزيع مع (PV) في الشكل التالي (3).

حيث يكون مستوى الجهد لشبكة التوزيع (10) كيلو فولت، كما أن الأطراف الرئيسية والوسطى والخلفية لشبكة التوزيع هي جميع المواقع الكهروضوئية المحتملة.، بحيث  يتم تحليل تكامل (PV) بشكل واحد في هذه المواقع بشكل منفصل.

الوظيفة الموضوعية للحد الأدنى اليومي من فقد طاقة الشبكة

يختلف خرج الطاقة النشط للطاقة الكهروضوئية بشكل طبيعي مع البيئة ويرتبط مباشرة بكثافة الضوء، بحيث يتم تعريف احتمالية خرج الطاقة النشطة العالية والمتوسطة والمنخفضة لـ (PV) على أنها (gh / gm / gl) حيث:

• (gh): هو احتمال أن تكون الطاقة الكهروضوئية النشطة أكثر من ضعف كل الأحمال على طول الشبكة.

• (gm): هو احتمال أن تكون الطاقة النشطة لـ (PV) أقل من ضعف كل الأحمال على طول الشبكة بينما تزيد عن ضعف الأحمال الموجودة في الطرف الخلفي للشبكة.

• (gl): هو احتمال أن تكون الطاقة النشطة لـ (PV) أقل من ضعف الحمولة عند الطرف الخلفي للشبكة.

في هذا البحث، تم التحقيق في تأثير الموقع الكهروضوئي في شبكة التوزيع، وخاصة فقد طاقة الشبكة وتقلبات الجهد، وبالنسبة لخسائر طاقة الشبكة؛ تم تحليل شبكة التوزيع مع أو بدون تكامل الطاقة الكهروضوئية، وعندما يتم دمج (PV)؛ فإنه يتم اشتقاق تأثير المواقع الكهروضوئية المختلفة على فقد طاقة الشبكة وتقلبات الجهد بشكل تحليلي وينعكس بواسطة مقاومة الخط، كما تم تطوير وظيفة تربيعية مع تقلبات الطاقة أو الجهد النشطة للـ (PV) كمتغير مستقل أو تابع لباقي النظام.