تقدير المعاوقة في الوقت الحقيقي لتوصيلات الخطوط الكهربائية

ضرورة تقدير المعاوقة في الوقت الحقيقي لتوصيلات خطوط القدرة الكهربائية

تعد الشبكات الذكية (SGs) القائمة على اتصالات خطوط الطاقة (PLC) بديلاً تنافسياً للغاية لتحديثات الشبكة المستقبلية ويمكن أن توفر اتصالاً سهلاً وفعالاً بين زوجين عشوائيين من العقد الكهربائية، بحيث تتمثل إحدى السمات البارزة لـ (SGs) المستقبلية في القدرة على المراقبة والتحكم الشامل لأنواع مختلفة من الأحداث الكهربائية، مثل تشوهات الشبكة وتقادم الكابلات الكهربائية.

كما تم تطوير الطرق ذات الصلة لاستخدام أجهزة اتصالات خطوط الطاقة كمعدات اتصال وأجهزة استشعار للشبكة لمراقبة حالة تشغيل (SGs)، بحيث تم اقتراح استراتيجيات مختلفة لاكتشاف وتمييز الأحداث الكهربائية المختلفة التي يتم حلها تقليدياً بواسطة وحدة قياس الطور (PMU)، كما وتمكن معلومات النطاق العريض الوفيرة أجهزة (PLC) من أداء وظائف إضافية. يعد الاستخدام السليم لمعلومات المعاوقة أحد القضايا الرئيسية في مجال اتصالات (SG) متعددة الوظائف.

لذلك يمكن استخدام معلومات المعاوقة في الوقت الفعلي لتحسين المطابقة في المقرنة أو لتقليل توهين القدرة في نقل البيانات، كما أنها لا غنى عنها لاكتشاف الأحداث ومراقبة حالة خط الطاقة في شبكات الطاقة، لذلك يمكن أن تحد بيانات المعاوقة غير الدقيقة وغير الفعالة بشكل كبير من تطبيقات (SGs) المستقبلية، كما كان الغرض الرئيسي من هذا البحث هو تقديم حل في الوقت الفعلي لتقدير خصائص الترددات العالية للمقاومة في (SGs).

كما أن أحد العوائق الرئيسية لمخططات تقدير المعاوقة الحالية هو ضرورة وجود معدات مخصصة ومعرفة طوبولوجيا الشبكات الكهربائية، بحيث تم إجراء أعمال بحثية متنوعة لتقدير مقاومة شبكة (PLC)، بحيث تم قياس قيم الممانعة لكل جهاز منزلي وشبكة (PLC) وتصممها في المجال (s) وحصل على الممانعة الكلية من خلال معرفة خصائص مقاومة الحمل الفردية وفتحات وقت التشغيل الخاصة بها.

ومع ذلك، تتطلب هذه الاستراتيجية المعلومات المسجلة مسبقاً لمقاومة الحمل وطوبولوجيا الشبكة الكهربائية، بحيث تتأثر دقة تقدير المعاوقة أيضاً بالظروف الفيزيائية الخارجية، وبالتالي فإن تغيير السيناريو يمكن أن يؤثر على أداء خوارزمية التقدير.

لذلك أظهر كل من (Passerini و Tonello) أن بيانات قياس المعاوقة يمكن أن توفر قدراً كبيراً من المعلومات مثل طريقة قياس انعكاس مجال التردد الكهربائي (FDR) أثناء اكتشاف الشذوذ، ومع ذلك لا يمكن الحصول على بعض الكميات، مثل طوبولوجيا الشبكة والمعطيات التفصيلية الأخرى بسهولة في تقدير المعاوقة في الوقت الفعلي، لذلك من أجل القضاء على هذه المشاكل، كما يمكن أن يكون تقدير المعاوقة على أساس معلومات استجابة تردد القناة (CFR) حلاً عملياً.

العلاقة بين الممانعة و CFR تحت إطار نمذجة PLC التصاعدي

تعد طريقة النمذجة (PLC) القائمة على نظرية خط النقل حلاً فعالاً لنمذجة قنوات (PLC)، بحيث تمت مراجعة حساب المعاوقة أولاً بناءً على الطريقة التصاعدية، ثم تم شرح العلاقة بين الممانعة و (CFR)، بحيث توفر طريقة نمذجة (PLC) التصاعدية إطاراً نظرياً لاستنتاج الخصائص الإحصائية بما في ذلك (CFR) ومقاومة قناة (PLC).

إعادة رسم خريطة الطوبولوجيا وطريقة نمذجة القناة

كخطوة أولى لنمذجة قناة (PLC) على أساس الطريقة التصاعدية، كما تمت إعادة تعيين طوبولوجيا الشبكة، ثم تم العثور على انتشار العمود الفقري (تحديد أقصر مسار انتشار من المرسل إلى المستقبل)، كما تم تقسيم طوبولوجيا شبكة (PLC) إلى عدة وحدات أساسية على طول العمود الأساسي، وتتكون كل وحدة من قسم من العمود الأساسي وعدة فروع ونهايات.

كذلك يمكن العثور على وصف أكثر تفصيلاً لخوارزمية تتبع الهيكل ومولد قناة (PLC) العشوائي بناءً على التحليل الإحصائي في الدراسات، وفي هذا القسم، يتم تقديم حساب (CFR) والمقاومة بناءً على خوارزمية تتبع الهيكل لطوبولوجيا الشبكة المقترحة، بحيث يعرض الشكل التالي (1) تخطيطاً نموذجياً لطوبولوجيا شبكة (PLC) للأحياء السكنية في الصين.

كما يعرض الشكل التالي (2) الهيكل المعاد تعيينه لشبكة (PLC) المقترحة التي تمتلك خطاً أساسياً واحداً وعدة فروع، بحث تمثل الوحدتان النهائيتان العقدان المرتبطتان بجهاز الإرسال والاستقبال (TX و RX)، وفي العمل الحالي؛ فقد تم النظر في نطاق التردد الكهربائي بين [(1 – 100) MHz] في إطار السيناريو (LV) الداخلي، ونظراً لأن (CFR) المقاس لدينا والمقاومة بواسطة محلل شبكة التردد اللاسلكي (Agilent8712ES) تتطابق مع النموذج التصاعدي الأفضل في نطاق التردد هذا.

 حساب المعاوقة الكهربائية و (CFR)

وفقاً لنظرية خط النقل، تم أولاً تقسيم حساب (CFR) والمقاومة في كل وحدة من الشكل السابق (2) إلى ثلاثة أقسام (محددة بواسطة مربع الحوار المنقط في الشكل 2)، كما تم افتراض المجال الكهربائي والمغناطيسي المستعرض (TEM) أو وضع الانتشار شبه (TEM) للحساب، كما أنه تم حساب مقاومة الوحدة الأولى من جانب المرسل بواسطة المعادلة التالية:

حيث تمثل [γ (n) 1]ٍ ثابت الانتشار و [l (n) 1ٍ] هي طول الموضع المقابل في الشكل السابق (2)، وكذلك [Z (n) c1] هي ممانعة الخط المميزة، بحيث يمكن التعبير عن المعلمة [Z (n) p] بواسطة المعادلة التالية:

حيث تمثل [Z (n) inl ، Z (n) inb] المعاوقة المكافئة في جانب التحميل ومواقع الفروع في الشبكة (الشكل 2)، وبالنسبة للعقد ذات الفروع متعددة المستويات، تم تبسيط الحساب عن طريق إرجاع المعاوقة الفرعية المكافئة إلى العقدة الأساسية، كما تم التعامل مع مقاومة الخط من جانب (RX) على أنها سلسلة من سلسلة المعاوقة وتم حسابها من خلال العملية التكرارية، بحيث يمكن التعبير عن مقاومة الوحدة (n) على النحو التالي:

وبالمثل؛ فقد تم حساب إجمالي (CFR) للشبكة الموضحة في الشكل السابق (2)، وذلك على أنه تسلسل وحدة الطوبولوجيا، كما تم حساب (CFR) لكل وحدة بناءً على نهج نسبة الجهد (VRA) بين جانبي (RX ، TX).

حيث أن:

كما تم حساب (CFR) الكلي كمنتج لنسبة الجهد الكهربائي لكل (CFR) فرعي، كما أنه من المهم ملاحظة أنه بالنسبة لطوبولوجيا (PLC) المقترحة، كذلك كان للـ (CFR) والمقاومة نفس العوامل المؤثرة تقريباً، مثل الممانعة المميزة وثابت الانتشار وأطوال العمود الفقري والفروع، حيث أنه من المفترض أن نقول أنه يمكن الحصول على الممانعة بواسطة معلومات (CFR)، وذلك لأن هاتين الكميتين الفيزيائية تتكونان من متغيرات متشابهة.

وبالنسبة الى العلاقة بين (CFR) والمقاومة؛ فقد تم تطوير نموذج المحاكاة على أساس النهج التصاعدي، بحيث يعرض الشكل التالي (3) شكل الموجة لمجموعتين من الممانعة و (CFR)، بحيث تم تحديدهما بواسطة القناتين (1 و 2) المتولدين بين عقدتين عشوائيتين في الشبكة الموضحة في الشكل السابق (1)، كما يتأرجح المظهر الجانبي الموجي لكل من السعة وجزء الطور للمقاومة بشكل مستمر مع التغييرات في شكل موجة (CFR).

وأخيراً فقد تم اقتراح حل تقدير جديد في هذه الدراسة لإعادة استخدام معلومات (CFR)، وذلك في كل معدات خط كهرباء، وهو يمكّن مودم (PLC) من التنبؤ بشكل مستقل بالمقاومة فقط بواسطة (CFRs)، كما أنه من أجل نمذجة العلاقة بين (CFR) وخصائص الممانعة الكهربائية، بحيث تم اعتماد طريقة نموذج القناة من أسفل إلى أعلى لتوليد (CFRs) والمقاومة في وقت واحد لقناة الإرسال نفسها.