تأهيل خدمات البنية التحتية في شبكات التوزيع الكهربائية

تقترح هذه الدراسة طريقة استعادة الخدمة التي تستخدم موارد الطاقة الموزعة (DERs) كإجراءات تحكم بالإضافة إلى البنية التحتية الحالية لنظام التوزيع، كذلك تشتمل البنية التحتية الحالية على عمليات التحويل وفصل الأحمال وعمليات النقر لمغيرات الحنفية عند التحميل (OLTC).

الضرورة من تأهيل خدمات البنية التحتية في شبكات التوزيع الكهربائية

في المجتمع الحديث، يتطلب النمو الاقتصادي المستمر إمدادات طاقة عالية الجودة، بحيث تعد استعادة الخدمة (SR) من أهم الطرق التشغيلية لشركات الطاقة الكهربائية لتحسين جودة وموثوقية إمدادات الطاقة، كما تعيد العملية تنشيط الأقسام غير المعيبة التي تعاني من انقطاع التيار الكهربائي أثناء عزل موقع العطل، وأثناء هذه العملية يجب فحص قيود النظام، مثل السعة الحرارية والجهد للمغذي المجاور، والمطبقة على الأقسام غير المعيبة.

كما أنه يمكن استخدام البنية التحتية لنظام التوزيع الحالي، مثل المفاتيح ومبدلات الصنبور عند التحميل (OLTC)، وذلك لتلبية قيود الشبكة عن طريق إعادة تكوين الشبكة والتحكم في الجهد الكهربائي، بالإضافة إلى ذلك يتم استخدام قدرة التحكم في الأجيال الموزعة القائمة على العاكس (DGs)، مثل الخلايا الكهروضوئية (PVs) وتوربينات الرياح (WTs).

كما أنه يمكن لنظام تخزين الطاقة (ESS) أيضاً استعادة الأحمال الكهربائية من خلال دعم الطاقة النشطة والمتفاعلة وتشكيل شبكة صغيرة (MG) باستخدام وظيفة البداية السوداء، وهنا يتم تضمين (PVs)، (WTs)، (ESS) في موارد الطاقة الموزعة (DERs).

الدراسات المتعلقة بتحديد مخاطر هشاشة البنية التحتية الكهربائية

تم إجراء العديد من الدراسات المتعلقة بالبحث عن المخاطر باستخدام طرق مختلفة، بحيث اشتقت الأنظمة الخبيرة والدراسات القائمة على الخوارزمية الاستكشافية حلولاً قائمة على القواعد لـ (SR) وفقاً لهدف الدراسات، كما ركزت الدراسات التي تستخدم نظرية الرسم البياني بشكل أساسي على زيادة سرعة الاشتقاق عن طريق إزالة العناصر المرشحة التي لا يمكن أن تكون حلولًا عند تحديد الهيكل النهائي للنظام مع مراعاة عملية التبديل وتكوين (MG).

كذلك تم تطوير طرق باستخدام الخوارزميات الفوقية مع الأخذ في الاعتبار (SR) كمشكلة معقدة تتكون من عدة أهداف وقيود وأنه يلزم وقت طويل لاشتقاق حل على نطاق واسع من نظام الشبكة الكهربائية، لذلك هدفت الدراسات المذكورة أعلاه إلى الحصول على حل معقول بسرعة بدلاً من الحل الأمثل الذي يتطلب وقتاً طويلاً للحساب.

أيضاً يهدف البحث القائم على عوامل متعددة إلى تنفيذ (SR) تلقائياً في حالة حدوث خطأ من خلال تبادل المعلومات التي يمتلكها الوكلاء عبر الاتصال في بنية لامركزية تتكون من وكلاء مع وظائف محددة محددة لكل مكون، كما تم النظر في خصائص المكونات في شبكات التوزيع، بحيث عكست عملية الربط بالجزيرة لـ (DG) وخصائص السيارة إلى الشبكة السيارات الكهربائية، وبالإضافة إلى ذلك، تبيّن عدم التيقن من الحمل و (DG).

أساليب النمذجة الرياضية الخاصة بتأهيل البنية التحتية الكهربائية

تهدف الأساليب التي تستخدم البرمجة الرياضية إلى الحصول على حلول (SR) المثلى في ظل ظروف متعددة الأهداف والقيود في بيئات الحوسبة القوية التي تم تطويرها مؤخراً من خلال عكس ميزات (DERs)، بالإضافة إلى البنية التحتية الحالية، كما ترتبط هذه الأعمال مباشرة بالطريقة المقترحة، حيث تعامل مع مشكلة عدد صحيح مختلط، حيث تم التعبير عن تباين الحمل بواسطة خوارزمية (Fuzzy).

كما أن حل مشكلة (SR) يكون بناءً على نموذج نظام توزيع غير متوازن عن طريق البرمجة غير الخطية المختلطة (MINLP) ومقارنة سرعتها وإمكانية تنفيذها من خلال تحديد زوج التبديل، كذلك حول مشكلة (MINLP) الحالية إلى مشكلة البرمجة المخروطية من الدرجة الثانية المختلطة (MISOCP) وأداء السرعة في الحصول على الحل.

ومع ذلك، نظرت هذه الدراسات فقط في عملية التبديل والحمل بدون ميزات (DERs)، كما تم حساب عملية التبديل أولاً عن طريق البرمجة الخطية المختلطة (MILP) لمشكلة التحسين التي تم إنشاؤها عن طريق خطي المصطلح التربيعي لسعة خط تدفق الطاقة الكهربائية، وثانياً تمت إعادة حساب مقدار فصل الأحمال (LS) عن طريق البرمجة غير الخطية.

طريقة استعادة خدمات البنية التحتية المقترحة

في هذه الدراسة، تم اقتراح طريقة (SR) بما في ذلك جدولة إجراءات التحكم وتشغيل (ESS)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي، بحيث يتم أولاً جدولة صمام (OLTC) والقوة التفاعلية لـ (DG) وإفراز الحمل وشحن ؟أو تفريغ (ESS) أثناء وقت الإصلاح بعد حدوث خطأ باستخدام ملف تعريف الحمل الكهربائي و (DG)، حيث أن هذا يضمن أن الجهد وسعة الخط ضمن قيود الشبكة الكهربائية.

ثانياً يتم استخدام عمليات (ESS) وفقاً لموقعها، بحيث تتمثل الوظائف الرئيسية لـ (ESS) التي يمكن استخدامها في عملية (SR)، وهي التخفيف من قدرة الخط وانتهاك الجهد عن طريق الشحن أو التفريغ في المنطقة المتصلة بالشبكة وتوفير مصدر طاقة إضافي في المنطقة المعزولة عن طريق عملية الجزر المقصودة باستخدام البداية السوداء وظيفة.

كما أن هناك العديد من الدراسات الحالية التي تستند إلى مشكلة رياضية تستخدم وضع الجزر المتعمد كمقياس تحكم في (SR)، وفي البداية تم التعامل مع إنشاء مناطق (MG) متعددة، وذلك مع الأخذ في الاعتبار تقليل تأثير الصدع الثانوي، ومع ذلك؛ فإن العديد من عمليات التبديل مطلوبة لإنشاء (MG) متعدد، كما وقد يستغرق الأمر وقت تشغيل طويل بعد حدوث العطل.

أيضاً لم تأخذ هذه الدراسة في الاعتبار العملية المتصلة بالشبكة لـ (DERs) في (SR)، وثانياً تم التعامل مع الخصائص الديناميكية ووقت تشغيل التبديل مع الأخذ في الاعتبار التبديل اليدوي والتلقائي في الشبكة المكونة مع المنطقة المتصلة بالشبكة والمعزولة، ومع ذلك تتطلب هذه الدراسة وجهة الركود لتكوين المنطقة المعزولة من محطة فرعية، وبناءً على ذلك لا يمكن التمييز بين الوضع المتصل بالشبكة والجزيرة المتعمد لـ (DERs) وفقاً لظروف الشبكة للاستعادة.

في هذه الدراسة، تم تضمين العملية التي تميز الوضع في (SR) وفقاً لحالة الشبكة مع الأخذ في الاعتبار (ESS)، وذلك كمصدر البداية السوداء مع إجراءات التحكم الأخرى، بحيث يقدم الشكل السابق مثالاً لعملية (ESS) في عملية (SR، كما يُظهر نظاماً مبسطاً بما في ذلك التوصيل البيني لـ (ESS9) وفقاً لموقع الخطأ، وهو نظام ثنائي التغذية ويتكون من (MTr) واحد وقواطع دوائر (CBs) لكل وحدة تغذية وخمسة مفاتيح (SWs).

عادةً ما يتم إغلاق (SW1-4)، كما ويتم فتح (SW5) عادةً، بحيث يقدم الأول حالة عندما يتم تشغيل (ESS) في وضع متصل بالشبكة، لذلك حدث الخلل بين (CB2) لوحدة التغذية (#2) و (SW3)، لذلك يتم مسح الخطأ بواسطة (CB2) ويتم عزل موقع الخطأ عن طريق فتح (SW3)، وبعد ذلك يتم استعادة القسم غير الخاطئ من وحدة التغذية رقم (2) عن طريق إغلاق (SW5).

في نهاية هذه الدراسة، تم اقتراح طريقة (SR) المستندة إلى (MILP)، والتي تستخدم تشغيل البنية التحتية الحالية والتحكم في (DERs) لهذا الغرض، بحيث تمت صياغة قيود خطية لتشغيل الصنبور لـ (OLTCs)، والتحكم في الطاقة التفاعلية لـ (DGs) وعملية ربط الجزر المتعمدة والمتصلة بالشبكة لـ (ESS)، بالإضافة إلى عمليات التبديل الحالية و (LS).