اقرأ في هذا المقال
نظراً للعدد الكبير من تطبيقات أنظمة مراقبة المنطقة الواسعة (WAMS)؛ تقوم العديد من مرافق الطاقة بتنفيذ وحدات القياس المرحلي (PMUs) المستندة إلى (WAMS) لتحل محل نظام التحكم الكهربائي الإشرافي التقليدي ونظام الحصول على البيانات.
قياس التكلفة الخاصة بالمنطقة الواسعة للشبكة الكهربائية
أنظمة مراقبة المنطقة الواسعة هي تقنية جديدة تم إدخالها في الشبكات الذكية لتحديث الشبكة التقليدية، بحيث تتضمن (WAMS) تنفيذ (PMU) إلى جانب شبكة اتصالات متقدمة للتحكم السريع في شبكة النقل الذكية، كما يشمل البحث والتطوير والتطبيقات الخاصة بـ (WAMS) في أنظمة الطاقة مجالات مختلفة مثل المراقبة والتحكم في الوقت الفعلي وتقدير الحالة وإدارة الازدحام وتحليل ما بعد العطل واستعادة نظام الطاقة والتخميد التذبذب والحماية الكهربائية التكيفية وتخطيط نظام الطاقة (WAMS).
كما يؤدي بشكل أساسي ثلاثة أنواع من العمليات، وهي جمع البيانات ونقل البيانات ومراقبة البيانات والتحكم فيها، بحيث يتم تنفيذ العملية الأولى بواسطة أجهزة قياس تشمل (PMU) يجب إرسال البيانات المتزامنة في الوقت الفعلي التي تم جمعها بواسطة أجهزة القياس الموزعة على نطاق واسع إلى مركز التحكم من خلال البنية التحتية للاتصالات عالية السرعة. مطلوب شبكة اتصالات متقدمة عالية السرعة وزمن انتقال منخفض لإجراء العملية الثانية.
كما تشير العملية الأخيرة إلى نظام إدارة الطاقة (EMS) الذي ينفذ عمليات مختلفة لنظام الطاقة، كما أدى التكيف السريع المتنامي لنظام (WAMS) إلى قيام الباحث بالتحقيق في التحديات والتطبيقات في تركيب (PMU) هناك العديد من المقالات التي تم الإبلاغ عنها للعثور على الحد الأدنى من عدد وحدات (PMU)، بحيث يظل النظام قابلاً للملاحظة، كما سيتم تقليل التكلفة إلى الحد الأدنى.
التحسينات التي تضمن جودة المنطقة الواسعة للشبكة الكهربائية
تعتبر مشكلة التنسيب الأمثل في (PMU) بمثابة مشكلة تتعلق بالتحسين، ولحل الموضع الأمثل لـ (PMU)؛ فإنه يتم استخدام طرق حتمية مختلفة مثل البرمجة الخطية للأعداد الصحيحة الثنائية والبرمجة الخطية الصحيحة المكافئة، وبالمثل يتم استخدام عدد من خوارزمية التحسين التلوي الخوارزمية الجينية وتحسين سرب الجسيمات الثنائية وخوارزمية المنافسة الإمبريالية الثنائية (BICA) والتطور التفاضلي (DE) لحل المشكلة.
لذلك يُنظر أيضاً إلى وجود أجهزة القياس التقليدية الحالية مثل أجهزة قياس التدفق وأجهزة حقن الطاقة لتحديد إمكانية ملاحظة النظام، ونظراً للعدد الكبير من تطبيقات (WAMS)؛ فإن العديد من مرافق الطاقة تطبق نظام (WAMS) المستند إلى (PMU) لتحل محل نظام (SCADA) التقليدي، كما أن أكبر عقبة في تطبيق (WAMS) هي أنها تتطلب استثمارات ضخمة.
كما أن الجزء الأكثر شيوعاً هو تكلفة (PMU)، لكن تم اقتراح العديد من الطرق للتعيين الأمثل (PMU) في السنوات الأخيرة لتقليل تكلفة (WAMS)، ومع ذلك وبالإضافة إلى تكلفة وحدة إدارة المشروع (PMU)؛ فإنها تهيمن تكلفة (CI) أيضاً عند استخدام الألياف الضوئية كوسيط نقل، بحيث يمكن أن يساعد التصميم الأمثل لرابط الاتصال وموقع (PDC) بشكل أكبر في تقليل تكلفة (WAMS).
تصميم وتحسين أجزاء مختلفة من WAMS
- تصميم موضع (PMU): توفر (PMU) قدراً هائلاً من البيانات بفارق زمني صغير جداً، كما وتتم مزامنة جميع البيانات بمساعدة نظام تحديد المواقع العالمي، بحيث تختلف (PMU) عن نظام (SCADA) التقليدي من حيث أن معدل أخذ العينات(PMU) مرتفع جداً أي حوالي (30) إلى (50) عينة / ثانية مقارنةً بعينة واحدة لمدة (2-3) ثوانٍ من (SCADA).
كما يُعد تصميم موضع وحدة إدارة المشروع مشكلة تحسين للعثور على الحد الأدنى للعدد والموقع الأمثل (PMU)، بحيث يمكن ملاحظة هذه الشبكة طوبولوجياً وبمجرد تثبيت (PMU) في الموزع؛ فإنها تجعل هذه النقطة قابلة للملاحظة عن طريق قياس طور الجهد الكهربائي لتلك النقطة وأيضاً جميع التفرعات المجاورة المتصلة بنقطة (PMU)، كما يمكن ملاحظتها عن طريق قياس الطور الحالي.
- تصميم البنية التحتية للاتصالات: تعتمد الجدوى العملية لنظام (WAMS) على خصائص نظام الاتصال، بحيث تم استخدام اتصالات الألياف الضوئية مؤخراً كوسائط نقل في نظام الطاقة، لذلك يعد النطاق الترددي المتوسط إلى العالي والاتصال المنخفض والوزن الخفيف والأمان العالي وحتى معدلات البيانات العالية من السمات المهمة للألياف الضوئية ويلبي متطلبات وسائط الاتصال في (WAMS).
لذلك تتكون البنية التحتية للاتصالات من جزأين، وهما الأجهزة النشطة الجهاز الخامل، بحيث تتكون الأجهزة النشطة من مفاتيح وطرق مثبتة في كل حافلة، كما ترتبط روابط الاتصال ببعضها البعض بمساعدة الأجهزة النشطة وتتكون الأجهزة المنفعلة من الألياف الضوئية، أيضاَ؛ فإن التكلفة الإجمالية لـ (CI) هي تكلفة المحولات وأجهزة التوجيه وطول الألياف الضوئية.
- خوارزمية (Dijkstra’s Single Source) لأقصر مسار: يعني الهيكل الأمثل لـ (CI)، على أنه يتعين للبحاثين العثور على الموقع الأمثل لـ (PDC)، بحيث يتم توصيل جميع وحدات (PMU) بـ (PDC)، وذلك عبر أقصر مسار، ولحل أقصر مسار يتم استخدام خوارزمية والتي تعثر على أقصر مسار من قمة إلى أخرى، كما أن هناك ثلاثة أنواع من الخوارزميات المستخدمة أساساً لحساب أقصر المسار وهي خوارزمية بيلمان-فورد وخوارزمية “ديجكسترا” وخوارزمية “فلويد وارسال”.
- خوارزمية التحسين للتطور التفاضلي: ثبت أن (DE) أكثر كفاءة مقارنة بالخوارزميات التطورية الأخرى كما تمت مناقشته في المقدمة، حيث أن أكبر ميزة لـ (DE) هي أنها تحافظ على أفضل سكانها الأولي، حيث أن الخطوات المتبعة في (DE) هي التهيئة والتحول وإعادة التركيب والاختيار.
صياغة التحسين الكهربائي لوضع (PMU)
تمت صياغة المشكلة للحالة الأساسية وخط الطوارئ الفردي وخسارة وحدة إدارة المشروع الفردية، كما تمت إضافة تأثير ناقل الحقن الصفري أيضاً من خلال صياغة وحدة إدارة المشروع في الحالة الأساسية، بحيث يتم إعطاء وظيفة الهدف والمراقبة في حالة الحالة الأساسية من خلال المعادلة التالية:
حيث أن:
(Pi): هو المتغير الثنائي الذي يساوي (1) إذا تم وضع (PMU) في نقطة التفرع وإلا (0).
(N): إجمالي عدد التفرعات في الشبكة الكهربائية.
(Oi): وظيفة المراقبة للتفرع (ith).
حيث أن (aij) هي معلمة الاتصال الثنائية بين الناقل (i) و الناقل (j) ويتم تعريفها على أنها :
لذلك تعتمد إمكانية ملاحظة الحافلة على تركيب وحدة إدارة المشروع في تلك النقطة أو إحدى النقاط الفرعية والحوادث الخاصة بها، وعندما يمكن ملاحظة جميع التفرعات الناتجة، بحيث تكون قيمة وظيفة الملاحظة مساوية أو أكبر من (1) لتقليل عدد وحدات إدارة المشروع، كما تم تضمين تأثير ناقل الحقن الصفري في النموذج.
وأخيراً تعتبر التكلفة الاستثمارية الضخمة هي أكبر عقبة في تطبيق تقنية (WAMS)، وذلك إلى جانب تكلفة وحدة إدارة المشروع (PMU)، كما تهيمن تكلفة (CI) أيضاً على التكلفة، مما أعطى التحسين المتزامن نتيجة أفضل مقارنة بالنهج المستقل، بحيث يتم إضافة تأثير جهاز القياس التقليدي الموجود بالفعل إلى إمكانية ملاحظة النظام ويظهر أيضاً تأثيره على نتيجة التحسين.
لذلك إذا أخذنا في الاعتبار توافر الألياف الضوئية مع أجهزة (FM)؛ فإنه يتطلب استثماراً منخفضاً في (CI)، كما تم أيضاً نمذجة تأثير جميع حالات الطوارئ الممكنة (N-1) لزيادة متانة النظام وعدد وحدات إدارة المشروع المطلوبة وبالتالي يزيد طول الألياف الضوئية للطوارئ مقارنة بالحالة الأساسية وبالتالي التكلفة الإجمالية لنظام (WAMS).
