تحديد موقع الخطأ واستعادة الخدمة لشبكة التوزيع الكهربائية

أهمية تحديد موقع الخطأ واستعادة الخدمة لشبكة التوزيع الكهربائية

مع تطور التكنولوجيا في نظام الطاقة، أصبح استخدام الطاقة النظيفة لتوليد الطاقة ونقطة التوليد الأقرب إلى جانب المستخدم اتجاهاً جديداً في حل مشكلة البيئة، بحيث تعد أجيال الطاقة المتجددة، وخاصة طاقة الرياح وأجيال الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) من بين أكثر التقنيات فعالية في توليد الكهرباء من مصادر الطاقة الموزعة (DER)، لذلك مع ربط كتلة (DER) بشبكة التوزيع في المستقبل، كما ستصبح كيفية استخدام مصادر الطاقة النظيفة هذه بشكل أكثر فعالية وضمان التشغيل الآمن لنظام الطاقة اتجاهات بحثية جديدة.

كما أن الشبكة الصغيرة عبارة عن مجموعة من المولدات الموزعة والأحمال التي تعمل في ظل ظروف مختلفة، كما تسمى شبكات التوزيع، وهي المرتبطة بالمولدات المضمنة والضوابط النشطة، وذلك على أنها شبكة توزيع نشطة (ADN)، وهي طريقة جديدة قابلة للتطبيق لتغيير عملية الشبكة التقليدية لوضع التوزيع الشعاعي، كما يسمح بتدفق طاقة ثنائي الاتجاه لتشغيل الشبكة حتى مع ظهور “الجزيرة المقصودة”، لذلك سوف يستعيد المزيد من فقد الحمل بعد حدوث عطل في النظام، كما ويعزز موثوقية نظام الطاقة بأكمله.

وكجزء مهم من شبكة التوزيع الكهربائية؛ فإنه يجلب بناء أتمتة التوزيع تحديات جديدة وفرصاً أيضاً لتطوير (ADN) التقليدي، بحيث توفر تقنية (FLISR) حلاً توجيهياً وفعالاً لتحسين موثوقية نظام الطاقة، كما وتعطي أهمية كبيرة لتعزيز قدرة الإمداد، وذلك فضلاً عن التشغيل الفعال والاقتصادي للشبكة الكهربائية.

كما تزداد متطلبات التحسين المستمر لموثوقية إمداد الطاقة وطلب المستخدمين مع تطور (ADN) وذلك كأحد مناهج (FLISR)، وهي طريقة المعالجة الموزعة هي طريقة لعزل نقاط الأعطال واستعادة القوة الإقليمية بالاعتماد على التعاون المتبادل بين الأجهزة، كما وتفتقر إلى الحل الكامل في (ADN).

(ADN) هو نظام شبكة توزيع يتضمن إمكانية تشغيل الجزيرة المقصودة والشفاء الذاتي العالي، والذي لا يستفيد فقط من إمداد الطاقة المستمر لـ (DER)، بل يحسن أيضاً موثوقية نظام الطاقة حتى عند حدوث خطأ، كما تم تقديم (FLISR) جديد لـ (ADN) على أساس طريقة المعالجة الموزعة في هذه الدراسة، والتي تلبي حاجة (ADN).

خوارزمية الحماية التفاضلية المنشط في حماية شبكة التوزيع

تحليل الخطأ الحالي لشبكة التوزيع النشطة: مع التوصيل البيني لـ (DER) في شبكة التوزيع؛ سيتم إضافة تيار ماس كهربائي إلى نقطة الخطأ عند حدوثها، مما يؤدي إلى تغييرات في كل من تشغيل شبكة التوزيع الشعاعي التقليدية وتوزيع تيار الخلل، وبالنسبة للحماية لا يتم أخذ تيار العطل الذي يوفره (DER) في الاعتبار إلا أثناء حدوث الخطأ، بحيث يمكن تقديم مورد الطاقة الموزع كنموذج لمصدر الطاقة مع تفاعل متسلسل.

كما أن هناك ثلاث حالات لربط (DER) مع (ADN) أثناء حدوث الخطأ مدرجة على النحو التالي:

الحالة (1): إذا كانت الحماية الحالية موجودة عند المنبع لـ (DER) ويحدث خطأ ماس كهربائي عند المنبع لـ (DER) يظهر مخطط الدائرة المكافئة في الشكل التالي (1)، وفي حالة حدوث خطأ عند (f1)، يكون تيار الدائرة القصيرة للحماية (2) و (4) كما يلي:

حيث (Es) هي جهد نقطة مكافئ لإمداد الطاقة في شبكة التوزيع، (Ed) هو جهد النقطة المكافئ لـ (DER)، كذلك (α) هي النسبة المئوية لموقع الخطأ بين الخط (AB)، (Xs) هي المعاوقة المكافئة لإمدادات الطاقة في شبكة التوزيع، (Xd) المعاوقة المكافئة لـ (DER)، (XT) هي المعاوقة المكافئة من (DERlocation) إلى النقطة (C)، كما أن (X1) المعاوقة المكافئة للخط (AB) و (X2) المعاوقة المكافئة للخط (BC).

الحالة (2): إذا كانت الحماية الحالية موجودة عند المنبع لـ (DER)، كما ويحدث خطأ ماس كهربائي عند المصب من (DER)، بحيث يظهر مخطط الدائرة المكافئة في الشكل التالي (2).

حيث (γ) نسبة موقع الخطأ بين خط (CD) و (X3) المعاوقة المكافئة للخط (CD)، كما يمكن أن يتضح من المعادلة السابقة والشكل التالي (2) أن تيار العطل لكل من الحماية (2 ، 4) سينخفض بسبب وصول (DER)، مما قد يقلل من حساسية الحماية ويؤدي إلى خطأ في تنشيط الحماية، وذلك بفضل انخفاض منطقة الحماية.

الحالة (3): إذا كانت الحماية الحالية موجودة عند المصب من (DER)، كما ويحدث خطأ ماس كهربائي عند المصب (DER)، بحيث يظهر مخطط الدائرة المكافئة في الشكل التالي (3).

خوارزمية تنشيط تفاضلي تعتمد على أخذ العينات المتزامن: نظراً لأن الحماية التقليدية من التيار الزائد لا يمكنها تلبية طلب (ADN)، حيث أن هناك حاجة لإدخال طريقة جديدة للحماية، ومع ذلك ومع الأخذ في الاعتبار صعوبة التنفيذ العالية للتركيب المكثف لمحول الجهد (VT) لجمع إشارة الجهد؛ فإن الخوارزمية التفاضلية المنشطة بناءً على أخذ العينات المتزامن لها أهمية لتلبية متطلبات تقنية الحماية في (ADN).

بالنسبة للإشارة الحالية عند التردد الأساسي [x (t) = 2 – √X sin (t + φ)]؛ فإنها تأخذ مجموعتين من العينات في القياس في الوقت الفعلي:

حيث (N) هي طول نافذة بيانات أخذ العينات و (r) أي وقت عشوائي أثناء القياس.

كما يتم تحويل المعادلة أعلاه على النحو التالي:

إطار المعالجة الموزعة FLISR في شبكة التوزيع النشطة

يكمن الاختلاف الأكبر بين (ADN) وشبكة التوزيع التقليدية هو الربط البيني لـ (DER) عند حدوث خطأ في (ADN)، بحيث ستوفر (DER) تيار دائرة قصر إلى النقطة القصيرة، كما أن هذا هو السبب في أن أتمتة وحدة التغذية التقليدية لا تعمل بسبب توفير (DER) لتيار ماس كهربائي.

كما تم استخدام الرسم التخطيطي لـ (ADN) في الشكل التالي (4)، وأولاً حدث خطأ بين مفتاحي التحميل (4) و (5)، حيث أن هناك نوعان من الترابط (DER) مع (ADN) من خلال المفتاح (3) و (6)، وهو القاطع (1) وهو نفسه مفتاح مخرج التغذية، كما أن المفتاح (7) هو مفتاح ربط، وخاصةً إذا لم يكن هناك (DER) مترابط ولا يزال الخلل يحدث بين المفتاح (4) والمفتاح (5)؛ فإن القاطع (1) والمفتاح (2) والمفتاح (4) يكونان زائدين والمفتاح (5) و (7) غير زائدين.

كما يمكن أن تعثر أتمتة وحدة التغذية التقليدية على آخر محول للتيار الكهربائي الزائد من مفتاح التبديل لأن شبكة التوزيع عبارة عن هيكل شعاعي، ثم يقع الخطأ بين المحولين (4) و (5)، ونظراً لوجود اثنين من (DERs) متصلين مع (ADN)؛ فإنه سيغير تيار الدائرة القصيرة، أيضاً قد تحدث أخطاء في (ADN) بسبب (DER)، والذي قد يكون لها حماية هبوط معزولة يمكن أن تحمي (DER) من حدوث خطأ، كما يتم عرض جميع المواقف الثلاثة بسبب عزل حماية الهبوط عن (DER) في (ADN).

• الحالة (1): لا يتم تنشيط أي حماية هبوط معزولة.

• الحالة (2): تفعيل حماية هبوط معزولة.

• الحالة (3): تفعيل الحماية الكاملة للهبوط.