تقييم التكوين الأمثل للحلقة الشعاعية لشبكة التوزيع الكهربائية

أهمية تقييم التكوين الأمثل للحلقة الشعاعية لشبكة التوزيع الكهربائية

اتخذ مشغلو نظام التوزيع (DSOs) خطوات تشغيلية مختلفة لضمان توفير مصدر طاقة مستقر وموثوق للعملاء مع مراعاة الكفاءة الاقتصادية، وعلى وجه الخصوص يعد تكوين الشبكة الكهربائية، والذي يتم تعريفه على أنه مجموعة من الحالات المغلقة أو المفتوحة لمفاتيح الأقسام (المفاتيح) ومفاتيح الربط أساساً مهماً، وفي الآونة الأخيرة تسببت زيادة الجهد في تغلغل النظام الكهروضوئي في شبكة التوزيع في حدوث انتهاكات للجهد من النطاق المناسب.

كذلك هو مطلوب (DSOs) لإزالة انتهاكات الجهد لتحسين موثوقية التوريد دون الحد من توليد النظام الكهروضوئي، بحيث تعتبر إزالة مخالفات الجهد قضية ملحة بالنسبة لمزودي خدمات التوزيع لأن اختراق الأنظمة الكهروضوئية يحقق أهداف اتفاقية باريس، ونظراً لتفكيك الإرسال والتوزيع في نظام طاقة غير منظم؛ فإن (DSOs) مطلوبة لحل مشكلات الشبكة باستخدام المعدات الموجودة ولا تعتمد على التحكم في المولدات الكهربائية، وعلاوة على ذلك تتزايد أهمية تقليل فقد الطاقة من حيث الكفاءة الاقتصادية.

ومن هذه الخلفية، تمت مناقشة الطرق المستخدمة لتحديد التكوين الأمثل للشبكة على نطاق واسع على النحو المشار إليه أدناه لأن إعادة تكوين الشبكة يمكن أن تعالج انتهاكات الجهد الكهربائي وتقليل فقد الطاقة في وقت واحد. يوجد خياران رئيسيان لتكوينات الشبكة، وهما التكوين الشعاعي وتكوين الحلقة، كما ناقشت العديد من الأوراق البحثية طرق التكوين الشعاعي الأمثل، كما تم تحديد هذا التكوين بناءً على فقد الطاقة وانحراف الجهد وتوازن الحمل الكهربائي في ظل الظروف العادية.

لذلك نظرت العديد من الأوراق في المؤشرات في ظروف الأعطال، مثل متوسط الطاقة غير الموردة (AENS) كما حللت دراسة فعالية إعادة التكوين لكل ساعة المقابلة لمخرجات مصادر الطاقة المتجددة وتمت مناقشة خطط التعاون مع السيارات الكهربائية.

ومن ناحية أخرى، لم يتم النظر في تكوينات الحلقة على نطاق واسع بسبب المخاوف بشأن تدهور موثوقية التوريد، ومع ذلك تمت معالجة هذه المخاوف مؤخرًا بسبب تطور تكنولوجيا الاتصالات البصرية وأنظمة أتمتة التوزيع الكهربائي، وبالتالي ركزت العديد من الأوراق على تكوينات الحلقة كتكوينات مفيدة لنظام الطاقة في المستقبل لأن هذا التكوين يمكن أن يساهم في التخفيف من انتهاكات الجهد وتقليل فقد الطاقة عن طريق موازنة تدفق الطاقة في المغذيات مع المولدات الموزعة (DGs).

كما تم استخدام أجهزة جديدة، مثل وحدة تحكم تدفق الطاقة الموحدة أو وحدة تحكم تدفق الطاقة الحلقية، وذلك من أجل عمليات الحلقة، بحيث تم تقييم المساهمة من تقليل تقلبات الجهد في شبكة توزيع مع (DGs)، كما وتمت مناقشة إعادة تشكيل عملية الحلقة لتعظيم سعة استضافة (DGs) لتقليل النفقات المرتفعة للأجهزة الجديدة وخطوط التوزيع الكهربائية.

مخطط كشف الأعطال في النظام الياباني كدراسة حالة

تستخدم شبكة التوزيع اليابانية مفاتيح يمكن التحكم فيها عن بعد بسرعة عالية باستخدام نقل الألياف الضوئية، كما تم تحسين موثوقية الإمداد عن طريق الكشف السريع عن الأخطاء واستعادة مصدر الطاقة إلى الأقسام غير المعيبة عن طريق التحكم في هذه المفاتيح، بحيث يتطلب المخطط العام للتعامل مع الخطأ خطوتين، وهما الكشف عن تيار الخلل بواسطة قاطع دائرة التغذية (FCB) وفتح (FCB) تحديد قسم العطل وتزويد الأقسام غير المعيبة بالطاقة باستخدام الكشف المتسلسل للخطأ نظام و (DAS).

كما يصف القسم الثاني الإجراءات التشغيلية في التكوين الشعاعي واهتماماتهم في إطار تكوين الحلقة الشعاعية.

كشف خطأ التيار بواسطة (FCB): لمسح عطل أرضي أو خطأ ماس كهربائي بشكل صحيح، بحيث يحتاج (FCB) أولاً إلى اكتشاف تيار خطأ وفتحه، كما يوضح الشكل التالي (1) شرطاًَ لفتح (FCB) بناءً على الوقت الحالي والمدة، وخاصةً إذا كان التيار من خلال (FCB) أقوى من عتبة الخطأ الحالي (I ^ FCBfault)، وذلك لفترة العتبة الزمنية (t ^ FCBfault)؛ فسيتم فتح (FCB)، لذلك يجب تعيين عتبة تيار الخطأ كقيمة أقل من تيار الخطأ المفترض.

وبالإضافة إلى ذلك يجب فتح (FCB) في حالة وجود حمل زائد. مخطط الكشف عن الحمل الزائد هو نفس مخطط الكشف عن خطأ التيار الكهربائي والمعلمات هي عتبة التيار لاكتشاف الحمل الزائد (I ^ FCBOL) وعتبة المدة الزمنية (t ^ FCBOL)، وذلك لاكتشاف تيار العطل والتيار الزائد بشكل صحيح بواسطة (FCB)، بحيث يجب ضبط (I ^ FCBfault) على قيمة أكبر من (I ^ FCBOL) على النحو الوارد في المعادلة التالية

لذلك إذا لم يتم استيفاء هذا القيد؛ فقد يتم فتح (FCB) بسبب عطل أثناء تدفق الطاقة الثقيل وليس بسبب الحمل الزائد، وفي هذه الحالة قد تتدهور موثوقية التوريد. بشكل عام؛ فإنه يتم تعيين (I ^ FCBOL) بواسطة منتج السعة الحرارية لخط التوزيع والمعامل، بحيث تحتاج (DSOs) إلى تحديد تكوينات الشبكة من خلال مراعاة المعلمة (I ^ FCBfault). وفي تكوين الحلقة الشعاعية، قد يصبح التيار من خلال (FCB) صغيراً لأن الممانعة من نقطة خطأ إلى (FCB)، بحيث تزداد عن طريق إغلاق مفاتيح الربط، لذلك القيد الوارد في المعادلة السابقة يكون أكثر أهمية.

نظام كشف الأعطال المتسلسل: بعد فتح (FCB)؛ فإنه يتم أيضاً فتح جميع المفاتيح الموجودة في وحدة التغذية، وبعد ذلك يقوم نظام الكشف عن الأخطاء المتسلسل بإغلاق المفاتيح بالتسلسل تلقائياً لتحديد قسم الأعطال ولتوفير الطاقة للأقسام غير المعيبة، كما ويرد في الشكل التالي (2)، وهناك نظرة عامة على الإجراء، كما ويبين الشكل (2-A) الحالة الطبيعية، حيث يتم تقسيم وحدة التغذية إلى ستة أقسام بواسطة المفاتيح.

وفي الشكل (2-B)، يتم فتح (FCB) وجميع المفاتيح الموجودة في وحدة التغذية بعد حدوث عطل، وبعد ذلك يتم إغلاق (FCB) والمفاتيح بالتسلسل تلقائياً لتحديد قسم الأعطال باستخدام نظام اكتشاف الأخطاء المتسلسل في الشكل (2-C)، وعندما يتم توفير الطاقة لقسم الأعطال مرة أخرى؛ فإنه يتم فتح (FCB) وجميع المفاتيح، كما ويتم تحديد قسم الأعطال، كما هو موضح في الشكل (2-D).

وبعد ذلك، يتم إغلاق المفاتيح لتوفير الطاقة للأقسام و في الشكل (2-H)؛ فإنه يقوم نظام الكشف عن الأخطاء المتسلسل بتنفيذ هذه الإجراءات تلقائياً، وأخيراً يغلق (DAS) المفتاح المتصل بوحدة تغذية في بنك آخر لتزويد الطاقة للقسم غير المعطل في نهاية وحدة التغذية في الشكل (2-E).

ولتطبيق هذه الإجراءات في تكوين الحلقة الشعاعية، نفترض أن جميع (FCBs) والمفاتيح في المغذيات المتصلة كهربائياً بقسم الأعطال مفتوحة في الخطوة الأولى، وبعد ذلك يتحكم نظام الكشف عن الأخطاء المتسلسلة في المفاتيح لتحديد قسم الأعطال وتزويد الطاقة للقسم غير المعطل في كل وحدة تغذية، وذلك على غرار التكوين الشعاعي.

وفي هذا الافتراض، تتوسع الأقسام غير المزودة التي تم إنشاؤها عن طريق فتح (FCB) في تكوين الحلقة الشعاعية مقارنة بالتكوين الشعاعي، وكما هو موضح في الشكل التالي (3)، لذلك تحتاج (DSOs) إلى تحديد تكوين الحلقة الشعاعية بناءً على تقييم العرض الموثوقية في ظل ظروف الخطأ.