تقدير حالة نظام التوزيع الكهربائي حسب التغذية الراجعة

يؤدي الانتقال إلى بيئة طاقة مستدامة إلى تجميع المولدات الكهربائية وديناميكيات الحمل في شبكة التوزيع، كذلك تقدير بيانات الحالة هو وظيفة رئيسية في بناء نماذج شبكة مناسبة للرصد والتحليل عبر الإنترنت، بحيث أصبحت متطلبات تقدير حالة نظام التوزيع (DSSE) صارمة فيما بعد.

أهمية تقدير حالة نظام التوزيع الكهربائي حسب التغذية الراجعة

يُعرف تقدير حالة نظام الطاقة (SE) بأنه “خوارزمية معالجة البيانات لتحويل قراءات العدادات الزائدة عن الحاجة وغيرها من المعلومات المتاحة إلى تقدير لحالة نظام الطاقة الكهربائية”، وبعد أكثر من أربعة عقود من التطوير؛ أتاح التكرار الكافي للقياس في شبكة النقل إمكانية ملاحظة النظام ومعالجة البيانات السيئة لـ (SE)، وبافتراض تشغيل شبكة متوازنة (تسلسل إيجابي) وحالة قاطع الدائرة وموضع مغير الصمام الكهربائي.

إضافة الى ذلك تدفقات الطاقة الحقيقية والتفاعلية وحقن طاقة الناقل والجهد الكهربائي وقياسات الطور، كذلك يتم استخدامها في نظام النقل [SE (TSSE)]، والذي عادة يستخدم مقدار الجهد وزاوية المرحلة كمتغيرات الحالة، كما أن (TSSE) هي أداة أساسية في مركز التحكم في الطاقة ويتم تنفيذها جنباً إلى جنب مع وظائف تقييم الأمان كل دقيقتين أو أقل لضمان عمليات آمنة للنظام الكهربائي.

ادراج التقنيات الحديثة في سبيل تحليل تدفق الطاقة الكهربائية

تم استخدام أجهزة الكمبيوتر منذ الستينيات لتحليل تدفق الحمل عبر الإنترنت لأنظمة التوزيع الأولية بناءً على نماذج الحمل المقدرة، كما توفر بعض هذه التقنيات أساليب تحليل ونمذجة فعالة لنظام التوزيع، بحيث تحتوي شبكات التوزيع في ظل العمليات الشعاعية والضعيفة على العديد من الفروع غير المتوازنة ثلاثية الطور مع نسب (r / x) عالية وأحمال غير متوازنة مفصولة بمسافات قصيرة.

كذلك تحتاج الخوارزميات التي تم تطويرها لـ (TSSE) إلى تكييفها لتكون مناسبة لتقدير حالة نظام التوزيع (DSSE)، وفي شبكة التوزيع تكون القياسات في الوقت الفعلي (في الغالب مقادير التيار والجهد)، وهي محدودة ولا تتحقق إمكانية مراقبة الشبكة ما لم يتم استخدام قياسات زائفة، وعلى الرغم من تغطية القياس المنخفضة؛ فقد أجريت أعمال رائدة على (DSSE) في التسعينيات.

وفيما بعد تم اختبار المقدرات المختلفة، والتي تتبنى متغيرات التيار الفرعي أو متغيرات جهد العقدة في الأشكال القطبية أو المستطيلة كمتغيرات الحالة، بحيث يمكن أن تختلف خوارزميات (DSSE) اعتماداً على أنواع القياسات وكيفية دمجها في نموذج المقدّر.

نموذج البيانات الكهربائية والمغذي المستخدم في DSSE

تأتي البيانات من عدة مصادر في (DMS)، وهي مطلوبة لدعم (DSSE)، مثل:

• حالة اتصال المعدات من أنظمة الخرائط الآلية وإدارة المرافق (AM / FM) ونظام المعلومات الجغرافية (GIS) وأنظمة إدارة الانقطاع (OMS).

• قياسات الجهد والتيار وتدفق الطاقة في الوقت الفعلي من أتمتة التوزيع (DA) وأنظمة (SCADA) والعبوات الناسفة البدائية ووحدات إدارة المشروع.

• متطلبات الفاصل الزمني للعملاء وبيانات إخراج (DER) من نظام معلومات العملاء (CIS) ونظام إدارة بيانات العداد (MDMS).

كما تم تطوير وظائف الواجهة لتحويل “الخرائط” وبيانات السمات التي تم إنشاؤها في بيئة (AM / FM / GIS) إلى بنية قاعدة البيانات التشغيلية التي تدعم (DSSE) وتحليلات التوزيع الكهربائي، بحيث يتم جمع طوبولوجيا المغذي والمعلمات والقياسات المطلوبة عن طريق أدوات تتبع الاتصال واستعلام البيانات التي تبحث من خلال قواعد بيانات (CIS) و (AM / FM / GIS) والمحطات الفرعية والمغذي (SCADA) و (MDMS).

ولتطوير نموذج فعال وسلس عبر الإنترنت لإجراء مختلف العمليات التشغيلية والتجارية؛ فإن نموذج المعلومات المشتركة (CIM) مهم لمعالجة قابلية التشغيل البيني للبيانات وتسهيل تبادل البيانات، بحيث يمكن الوصول إلى البيانات من خلال تطبيقات المرافق المتعددة من خلال طبقة بيانات (CIM) التي تتضمن محولات لتحويل البيانات إلى تعريفات بيانات متوافقة مع (CIM) وللوصول إلى البيانات في قواعد البيانات.

طوبولوجيا شبكة التوزيع الكهربائية حسب نموذج التخطيط

يبني معالج طوبولوجيا الشبكة الكهربائية والمعلمات المطلوبة في (DSSE)، والتي تعالج أحدث القياسات الفعلية والمقدرة، كما يعتبر التغيير الطوبولوجي مصدر قلق في إدارة شبكة التوزيع النشطة، بحيث تم اقتراح النهج الكينوني لمعالجة طوبولوجيا شبكة التوزيع، ونظراً لمدى شبكة التوزيع وخصائصها ثلاثية الطور؛ فإن أخطاء الطور متكررة.

وبدلاً من معالجة طوبولوجيا الشبكة على أنها معروفة وثابتة؛ فإن خوارزمية (SE) المعممة المقترحة تدمج تقدير معلومات الهيكل مع عملية (SE) باستخدام قياسات في الوقت الفعلي عن طريق نمذجة أجزاء من أنظمة التوزيع على مستوى قسم الناقل وجهاز التبديل، كما أنه يمكن لعملية الشبكة المستقلة مع (SE) تحديد التغييرات في حالة النظام وتحديث نموذج النظام تلقائياً، كذلك يمكن استخدام تقنيات ناقل خط الطاقة لتحديد اتصال العملاء بمحولات الخدمة بحيث يمكن استخدام بيانات قياس (AMI).

النموذج الكهربائي المغذي المستخدم في (DSSE)

استناداً إلى افتراض أن السلك الأرضي عند احتمال صفر عند طرفي الفرع (قسم التغذية)؛ فإنه يمكن استخدام طريقة تقليل كرون لإزالة السلك المحايد لتمثيل علاقة جهد العقدة لفرع بمصفوفة مقاومة (3 × 3)، ومن خلال طريقة أخرى؛ فإنه يشار إليها باسم طريقة تقليل العودة المحايدة، بحيث تفترض أن تيار العودة يتبع المسار عبر المحايد، وأن جميع الأحمال مؤرضة.

ونظراً لوجود أحمال متصلة بالدلتا في مغذيات الجهد المتوسط (MV) وقد لا يمثل السلك المحايد دائماً احتمالاً صفرياً؛ فقد تكون هناك حاجة إلى نموذج رباعي الأسلاك مع مصفوفات (4 × 4)، وذلك دون إزالة السلك المحايد للنظام غير المتوازن.

بيانات القياس الكهربائي المستخدمة في (DSSE)

قياس الوقت الحقيقي

في (DA) يتم جمع قياسات الفولتية لناقل التغذية وتيارات الفروع والقوى وحالة التبديل في عدد قليل من مواقع التغذية، بحيث تتوفر بيانات (SCADA) في كل بضع ثوانٍ ويتم الإبلاغ عن بعضها بالاستثناء، كما يتزايد انتشار العدادات الذكية والعبوات البدائية الصنع المجهزة باتصالات ثنائية الاتجاه.

إجراءات القياس الزائف

يعد استخدام القياسات الزائفة من الخصائص الحاسمة لـ (DSSE)، بحيث يمكن تعريف قياسات حقن الطاقة الزائفة في حافلات التغذية على أنها توزيعات غاوسية بوسائلها بنصف تصنيف المحول، أو تحديدها بناءً على بيانات فواتير العميل وملفات تعريف الحمل النموذجية، بحيث يتم استخدام منحنيات تحميل فئة العملاء مع المحتويات العشوائية.

القياس الافتراضي

يعتبر القياسات الافتراضية هي انخفاض الجهد الكهربائي الصفري في أجهزة التبديل المغلقة وتدفقات الطاقة الصفرية في أجهزة التبديل المفتوحة وحقن ناقل صفري يمكن العثور عليه في العقد مثل محطة التبديل، لذلك قد يؤدي تخصيص أوزان عالية للقياسات الافتراضية وأوزان منخفضة للقياسات الزائفة إلى سوء تكييف النظام.

بالنهاية وبالنظر إلى الخصائص المميزة والتطور في شبكة التوزيع؛ فإنه تم إجراء أعمال بحثية على نماذج مختلفة لمنهجيات (DSSE) في العقدين الماضيين، بحيث توفر العديد من الأساليب الحالية إجراءات فعالة لبناء نماذج شبكة على الإنترنت، ومع ذلك ونظراً لعدم وجود إمكانية للمراقبة النهائية للمحطات الفرعية ونموذج شبكة محدث ودقيق وسهولة الوصول إلى البيانات من أجزاء مختلفة من المنظمة وتنسيق البيانات الموحد؛ فقد نفذ عدد قليل فقط من شركات المرافق (DSSE).