تقييم أنظمة حماية خطوط التيار المستمر عالية الجهد

الضرورة من تقييم أنظمة حماية خطوط التيار المستمر عالية الجهد

اجتذب الجهد الفائق (UHV) والتيار المباشر عالي الجهد (HVDC) مزيداً من النقل والمزيد من الاهتمام، والتي تتميز بخصائص السعة الكبيرة والمسافات الطويلة والتوصيل البيني للشبكة غير المتزامن، وذلك كضمان أساسي للتشغيل المستقر لـ (HVDC)، بحيث لا يمكن لأنظمة حماية مرحل التيار المباشر (DC) فقط مراقبة مختلف المعطيات التشغيلية وحالات أنظمة الطاقة في الوقت الفعلي.

ولكن أيضاً اكتشاف الظروف غير الطبيعية والتعامل معها على الفور، حيث أن تطوير إلكترونيات القدرة وتكنولوجيا الاتصالات وتكنولوجيا المعلومات يفرض أيضاً متطلبات أداء أعلى على وظائف حماية (HVDC) و (DC)، لذلك تحتاج محطات المحول الكهربائي عموماً إلى إعداد تقييم منتظم (على سبيل المثال، مرة كل ستة أشهر، مرة واحدة في الشهر) أو تقييم ديناميكي (على سبيل المثال، عمليات فحص عبر الإنترنت أو غير منتظمة) لنظام حماية (HVDC)، وذلك لتحسين كفاءة التشغيل والموثوقية.

كما أن جوهر تقييم نظام الحماية (HVDC) هو تحديد حالة تشغيل معدات حماية (HVDC)، ومع ذلك؛ فإن التقييم الحالي لنظام الحماية (HVDC) يركز على إدارة العمليات، مثل بطاقات التثقيب وتقارير البيانات، بحيث يجعل تحليل البيانات المحدود وفحص المؤشر البسيط والتشخيصات المنفردة من الصعب تحديد مشاكل تشغيل معدات حماية (HVDC).

كما يتم التأكيد على أنظمة العزل للمعدات التي تعمل بإلكترونيات القدرة بواسطة الفولتية عالية التردد الكهربائي مع التوافقيات من المقومات والمحولات، لذلك سوف تعمل الفولتية عالية التردد على تسريع شيخوخة العزل مع العديد من التحديات لأنظمة العزل الكهربائي، وذلك بدون طريقة تقييم مناسبة لمعدات الحماية، لذلك قد لا يكتشف موظفو الصيانة مخاطر العزل الناتجة عن تقادم العزل في الوقت المناسب.

إلى جانب ذلك، ومع التعقيد المتزايد للشبكة الكهربائية، ستؤدي آلية الصيانة الدورية إلى إهدار موارد هائلة ومخاطر على النظام الكهربائي، وكل ذلك من خلال التقييم الدقيق لحالة معدات حماية (HVDC) وصياغة خطط الصيانة الديناميكية بناءً على حالة المعدات، بحيث يمكن تقليل مخاطر الصيانة غير الملائمة بسبب تدهور حالة المعدات.

بينما يمكن تجنب الصيانة الناقصة أو الزائدة بشكل فعال، بالإضافة إلى ذلك؛  فإن مخططات حماية (HVDC) التي تتبناها محطات تحويل (HVDC) الصينية هي من جهات تصنيع مختلفة، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في فعاليتها، بحيث يتطلب تحليل وتحديد خطة الحماية المثلى تحليلاً كمياً للحالات الحقيقية، لذلك يعد نموذج التقييم المناسب أمراً بالغ الأهمية لأنظمة حماية (HVDC).

مؤشرات التقييم الحالية لنظام حماية (HVDC)

بالمقارنة مع تلك الخاصة بنظام طاقة التيار المتردد (AC)؛ فإن مؤشرات التقييم الحالية لنظام حماية (HVDC) تكون نادرة نسبياً، مما أدى إلى نقص البحث في مجال تقييم نظام حماية (HVDC)، كما أن معظم مؤشرات حماية (HVDC) المعتمدة هي ملخص تقريبي لبيانات التقرير، كما وتنطوي فقط على أداء محدد مثل الموثوقية.

لذلك تعكس نتائج التقييم فقط عبء عمل النظام، والذي يفتقر إلى النظر في حالة معدات (HVDC) والصيانة التشغيلية وكفاءة التحكم وتكرار النظام، حيث اقترحت بعض المؤشرات القائمة على التحكم في التدلي لتقييم حالات التشغيل لشبكات توزيع التيار المستمر المرنة، وذلك لتحسين شبكات الطاقة الإقليمية بنسبة عالية من الطاقة المتجددة.

كذلك اقترحت بعض “فهارس التقييم الكهربائية” والمبنية على أساس أمن واستقرار شبكات الكهرباء، حيث أظهرت هذه التقارير تأثير أنظمة تخزين الطاقة على أداء أنظمة الحماية الحالية للتيار المستمر وحدد أساليب حماية أكثر ملاءمة لتقليل آثار الحماية من التعمية، بحيث تم تقديم دراسة حول موثوقية خيارات تصميم الشبكة البحرية المختلفة لتوصيل طاقة الرياح البحرية بالشاطئ.

كما قدم كل من “موهان وفيتال” تقييماً خاصاً لأداء مرحل المسافة في وجود أنظمة (HVDC) القائمة على محولات مصدر الجهد، حيث ركزت الدراسات الحالية على أداء أي من المعدات الكهربائية الفردية أو تشغيل النظام، كما تفتقر إلى التقييم متعدد المستويات والأبعاد لنظام حماية (HVDC) الشامل، وفي الوقت الحالي، يحتاج مجال حماية (HVDC) بشكل عاجل إلى إطار عمل مؤشر تقييم شامل متوافق للغاية مع نظام حماية (HVDC) ويساعد أفراد الصيانة على فهم حالة تشغيل الجهاز.

طرق التقييم الحالية والخاصة بنظام حماية (HVDC)

تعتبر طريقة الترجيح جزءاً حيوياً من نموذج التقييم بأكمله، حيث أن الجمع بين طريقة الترجيح المعقولة وإطار عمل المؤشرات الشامل هو الأساس لعكس أداء نظام حماية (HVDC) الشامل بدقة، كما تنقسم طرق التقييم تقريباً إلى طرق تقييم ذاتية وأساليب تقييم موضوعية.

لذلك تركز طريقة التقييم الذاتي العامة على غموض درجات الخبراء، كما وتركز طريقة التقييم الموضوعي على عينات البيانات، وذلك لتقييم حالة تشغيل نظام حماية (HVDC) بدقة، بحيث يقترح هذ الطرح طريقة مبتكرة طريقة تسمى (SLIAHP)، والتي تشمل طرق التقييم الأولية المستخدمة في أنظمة الطاقة العملية التحليلية الهرمية (AHP) الضبابي و (FAHP) ووزن “الانتروبيا” (EW) وطرق دلفي.

وللتكيف مع الأنظمة المرنة مع عدد كبير من عدم اليقين؛ فإنه يمكن لحساب الفترات (IA) التعامل بفعالية مع المعلومات غير المؤكدة، وذلك بناءً على (IA)، بحيث تم تطوير العديد من الخوارزميات ذات الصلة، بما في ذلك الفاصل الضبابي وحساب الفاصل الزمني  ونموذج فترات التنبؤ وخوارزميات تحسين الفترات، والتي تم تطبق في جوانب مختلفة من أنظمة الطاقة.

وبالنظر إلى عدم اليقين في درجات الخبراء وبيانات المستخدم؛ فإنه تم اقتراح طريقة AHP) (IAHP)) ذات الفاصل الهجين لتقييم مستخدمي الكهرباء، وفي عملية تشغيل المعدات الفعلية، تكون درجة تدهور كل مؤشر غير متساوية، وبالتالي من المهم بشكل خاص تعديل الوزن الأولي وفقاً لتغيير قيم المؤشر المختلفة.

كذلك اقترحت طريقة ترجيح متغيرة للتقييم الشامل لحالة تشغيل المحول، والتي اعتمدت طريقة الترجيح الخطي لدمج طريقة الترجيح الذاتي وطريقة الترجيح الموضوعي، وذلك عن طريق تغيير معامل التفضيل الشخصي لتحقيق أوزان متغيرة، وعلى الرغم من أن خوارزمية الفاصل الزمني ناضجة، إلا أن الأوزان يتم تحديدها بشكل دائم من خلال تقييم خبير واحد، مما يمثل تحدياً للتكيف مع سيناريوهات متعددة.

كما تم توسيع العمل أعلاه وتم اقتراح طريقة ترجيح AHP) (SLIAHP)) للفاصل الزمني للتعلم الذاتي بشكل مبتكر لتقييم نظام حماية (HVDC) بتصميمات متعددة المستويات ومتعددة الأبعاد، بحيث تتضمن طريقة الترجيح آراء العديد من الخبراء من خلال التعلم الذاتي وتتجنب المتوسط ​​المرجح البسيط لتسجيل درجات الخبراء المختلفين وتحقق تحديثاً مستمراً للوزن من خلال تسجيل الدرجات المتعددة.

تم إبراز المساهمات الرئيسية لهذا العمل على النحو التالي:

• تم اقتراح إطار تقييم شامل لنظام حماية (HVDC) للتقييم، بحيث يدمج الإطار المقترح سير عمل نظام التقييم وهيكل أنظمة حماية (HVDC) وإطار عمل المؤشرات الجديد وطريقة (SLIAHP) وأنظمة المعالجة واتخاذ القرار وحتى أنظمة الاتصالات لتفسير حالة تشغيل معدات حماية (HVDC).

• استناداً إلى التحليل المتعمق لهيكل نظام حماية (HVDC) وفهم متطلبات نظام حماية (HVDC)، بحيث تم اقتراح إطار مؤشر تقييم مبتكر لتقييم فعالية أنظمة حماية (HVDC) من خمسة وجهات نظر مختلفة، والتي يمكن أن تحاكي بدقة حالة تشغيل معدات حماية (HVDC) واكتشاف المخاطر المحتملة لأنظمة حماية (HVDC).