تخطيط شبكة التوزيع الكهربائية ونطاق التشغيل المقيد

مع تطور شبكات التوزيع النشطة (ADNs)، يجب مراعاة المزيد من أوجه عدم الثقة في تخطيط شبكة التوزيع (DNP)، مما يزيد من الصعوبات في اختيار النطاق الهندسي، وبالنظر إلى هذه الخلفية؛ فقد تم اقتراح نموذج (DNP) متعدد المراحل ثنائي المستوى للنظر في التشغيل المنسق للتوليد الموزع (DG) ونظام تخزين الطاقة (ESS) والحمل القابل للتحكم (CL).

الحاجة الى تخطيط شبكة التوزيع الكهربائية ونطاق التشغيل المقيد

في الوقت الحاضر، يتزايد التناقض بين الطلب على الطاقة وحماية البيئة، وذلك مع التشغيل المنسق لمختلف الموارد المرنة الموزعة في شبكة التوزيع النشطة (ADN)، مثل مزرعة الرياح (WF)، الكهروضوئية (PV)، والشبكة الصغيرة (MG)، كذلك تخزين الطاقة النظام (ESS) وأيضاً السيارة الكهربائية (EV) والأحمال التي يمكن التحكم فيها (CL)، بحيث يتم تقليل كل من الفرق بين أحمال الذروة والوادي والتأثير السلبي لاختراق توليد التوزيع المتجدد العالي (DG).

وذلك يؤخر ترقية المغذيات والمحطات الفرعية وغيرها من معدات شبكة التوزيع ويعزز مرونة شبكة التوزيع بشكل فعال، وفي الوقت نفسه أصبح تعقيد السيناريوهات الهائلة الناجمة عن عدم اليقين بشأن المورد المرن تحدياً هائلاً يواجه كل من (ADN) و (MG)، بحيث يهدف (DNP) ​​التقليدي إلى تقليل تكاليف الاستثمار والتشغيل والموثوقية في وقت واحد من خلال تعزيز أو تثبيت مكونات جديدة، على سبيل المثال مغذيات و (ESSs).

كما يحدد (DNP) الأمثل الموقع البديل الأفضل والسعة ووقت التثبيت للموارد المرشحة في ظل أوجه عدم اليقين المتعلقة بالطلب ومصادر الطاقة المتجددة، لذلك من المعتقد عموماً أن طريقة (DNP) التقليدية المستندة إلى توقعات الحمل القصوى تجلب استثماراً كبيراً وكفاءة استخدام منخفضة، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإن سيناريوهات التشغيل المقيدة التي يتم تغذيتها من قبل مشغلي نظام الطاقة مطلوبة أيضاً أثناء عملية (DNP) العملية.

متطلبات استهلاك الطاقة وتقييد شبكة التوزيع الكهربائية

بالنظر إلى متطلبات استهلاك الطاقة والجمع بين البيئة واستخدام الأراضي ومنح التصاريح والتكلفة؛ فإن كثيراً ما يُنظر إلى المعايير البيئية والاجتماعية (ESS) على أنها تستخدم في العديد من مشاكل (ADNP)، بحيث تم اقتراح خوارزمية تحسين ثنائية الطبقة، وذلك لتحديد الموقع الأمثل والسعة والطاقة لتخزين طاقة البطارية.

في الطبقة الأولى، يتم تحديد السعة والموقع الأمثل لـ (ESS) من خلال خوارزمية تحسين سرب الجسيمات (PSO) ويتم تحسين معدل الطاقة لـ (ESS)، وفي الطبقة الثانية تم التخطيط لـ (ESS) في شبكة توزيع مجهزة بمغير الصمام الكهربائي، حيث تم اقتراح طريقة تقدير النقطة المعدلة لنمذجة أوجه عدم اليقين في طاقة الرياح والطلب على الحمل وتحميل المركبات الكهربائية.

وفي الوقت نفسه، ينبغي أيضاً مراعاة نمذجة تدهور البطارية في إجراءات التخطيط، بحيث يتم تحليل تأثير ستة عوامل على عمر البطارية والتي تشمل وقت الانتظار ودرجة الحرارة وحالة الشحن ومعدل الطاقة وعمق التفريغ ورقم الدورة، كما يجب مراعاة هذه العوامل في إجراء تخطيط شامل.

كذلك تم إنشاء نموذج أمثل لتحديد موقع وحجم (ESS) الموزعة مع وجود وظيفة موضوعية لتقليل التكاليف الإجمالية للاستثمار وتشغيل (ADN)، بما في ذلك التكاليف الجزائية لانتهاك الجهد وانتهاك سعة الخط وخسائر الشبكة الكهربائية، كما تم اقتراح خوارزمية التحسين المستندة إلى حساسية الخسارة لتحديد موقع وحجم (ESS) في (DNP) لتقليل فقد الطاقة الكهربائية.

احتمالات العمليات المعقدة للتخطيط متعدد المراحل لـ ADN

يعتبر إنشاء شبكة التوزيع عملية طويلة الأمد، بحيث يتم أخذ العديد من عوامل التأثير متعددة المراحل، مثل النمو السنوي للحمل ونمو قدرة (DG) المتكاملة والميزانية الرأسمالية السنوية المتاحة في الاعتبار في (ADNP) متعدد المراحل، بحيث يهدف (DNP|) التقليدي إلى تلبية متطلبات توقعات الطلب الأقصى للحمل وموثوقية شبكة التوزيع من خلال توفير تعزيز شبكة متعددة المراحل وخطط البناء.

بالنظر إلى أن معيار خطأ التنبؤ بالحمل الكهربائي على المدى الطويل يقع في نطاق (-10٪ إلى 30٪) ؛ فإنه يتم وضع ثلاثة مخططات حتمية (DNP) بشكل عام على أساس سيناريوهات الحمل المرتفع والمتوسط والمنخفض، وبعد ذلك يتم اختيار المخطط الأمثل من خلال مقارنة قابلية المخططات الثلاثة للتكيف، بحيث يعد التكرار في الاستثمار والاستخدام المنخفض للمعدات أمراً شائعاً، وذلك لأن المخططين يركزون عادةً على سيناريوهات التشغيل الأسوأ كثيراً في (DNP) التقليدي الحتمي دون التفكير في إجراءات التشغيل.

كما إن مفتاح زيادة تغلغل التوليد الكهربائي المتجدد في شبكات التوزيع هو حل الازدحام المحلي، الأمر الذي يتطلب اتخاذ قرار منسق بين التشغيل والتخطيط لـ (ADN)، أي المفاضلة بين الحلول غير الشبكية وحلول الشبكة الخاصة بشبكة (ADN)، بحيث تتم إحالة الحلول غير المتصلة بالشبكة إلى إجراءات التشغيل، مثل إرسال (DG) وإعادة تكوين شبكة التوزيع واستجابة الطلب واستراتيجيات الشحن أو التفريغ (ESS).

كذلك يتم أخذ المزيد من العوامل غير المؤكدة في الاعتبار في (ADNP)، وذلك على نطاق زمني طويل مقارنة بـ (DNP( التقليدي، على سبيل المثال لتوجيه استثمار شبكة التوزيع، بحيث تمت محاكاة النقاط الزمنية المحددة التي يحدث فيها فصل التحميل وانفصال المستخدم في بعض الولايات المتحدة، وذلك مع الأخذ في الاعتبار المعدلات المختلفة لخفض تكلفة الطاقة الكهروضوئية.

تُستخدم شبكة توزيع بسيطة ثلاثية العقد موضحة في الشكل السابق، وذلك لتوضيح تأثير احتمالين مع اختلاف الطلب على الحمل ومعدلات نمو (DG) على (DNP)، بحيث لا يتم النظر بشكل صريح في منحنيات طلب الحمل ومخرجات (DG)، وذلك لأنه سيزداد الطلب على الحمل وسعة (DG) في العقدة (2) بمعدلات عديدة ممكنة.

وبافتراض أن نمو الحمل و (DG) يسيران بشكل متزامن، ومع وجود الكثير من الطلب على الحمل (ملون باللون الأزرق) يرضي من خلال مخرجات (DG) (الملونة باللون الأخضر)، على سبيل المثال في إطار السيناريو (A)، وهو حالة مع نمو عالي للسعة من (DG) ونمو مرتفع للحمل الطلب، لذلك؛ فإن مخطط (ADNP) الأمثل هو فقط لتهيئة (ESSs) المناسبة (الملونة باللون الأحمر) في العقدة (2) كل عام، والتي من شأنها تلبية الطلب على نمو الحمل واستهلاك (DG) في نفس الوقت من خلال الإرسال المنسق لمدرجات (DG)، (ESS).

من ناحية أخرى، قد يكون من الأكثر اقتصادا إنشاء خط جديد من العقدة (3) إلى العقدة (2)، خاصةً إذا كان هناك فرق حاد بين معدلات نمو الحمل و (DG)، وذلك مع القليل من الطلب على الأحمال التي تفي بمخرجات (DG) على سبيل المثال في إطار السيناريو (B)، وهي حالة ذات نمو عالي في السعة من (DG) ونمو منخفض في الطلب على الأحمال.

بالنظر بشكل شامل إلى التخطيط التنسيقي ومشكلات التشغيل في (ADN)؛ فإنه يتم تحديد الدرجة المقيدة لسيناريوهات التشغيل، والتي تنشأ عن حالات عدم الثقة المعقدة في (ADNP)، بحيث يتم تحديد سيناريوهات التشغيل المقيدة بشدة والتي تمثل موارد الشبكة المقيدة بشكل فعال وتعتبر سيناريوهات مسبقة.