توزيع الأجهزة للاستجابة للطلب على الطاقة الكهربائية العابرة

غالباً ما تتطلب الأبحاث المتعلقة باستجابة الطلب وأنظمة الطاقة التفاعلية بيانات طلب على مستوى الأجهزة، ومع ذلك لا يوجد نظام اختبار حالي به مثل هذه البيانات على مستوى الجهاز مع التنوع الزماني المكاني المناسب في نظام توزيع واقعي، بحيث تطور هذه الدراسة نظام اختبار توزيع حقيقي ومدروس.

استراتيجية توزيع الأجهزة لرصد للطلب على الطاقة الكهربائية

نظراً للتنوع المتزايد في التوليد من مشاركة الموارد غير القابلة للتوزيع، مثل الرياح والطاقة الشمسية؛ فإن هناك حاجة إلى زيادة المرونة التشغيلية لنظام الطاقة المستقبلي الصديق للبيئة والاقتصادي والآمن، كما تعد استجابة الطلب (DR) أحد مصادر المرونة، ووفقاً لذلك؛ فهي مكون رئيسي للشبكة الذكية، كما تشجع (DR) المستهلكين على تغيير مطالبهم فيما يتعلق بظروف نظام الطاقة.

كما تمثل الأحمال السكنية حوالي (38٪) من إجمالي استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة، بحيث يمكن أن يوفر الاستصلاح السكني المرونة التشغيلية المطلوبة وتتمثل الفوائد الرئيسية الناتجة في:

• الفوائد المالية للمشاركين.

• المنافع المالية على مستوى السوق.

• مزايا الموثوقية الكهربائية.

• فوائد أداء السوق.

كما يقوم نظام (DR) السكني بإجراء تغييرات على مستوى النظام الكهربائي، بحيث تتطلب التحكم في عشرات الآلاف من المباني، كما أن كل منها يحتوي على العديد من أجهزة الطاقة الكهربائية الفردية، بحيث يشار إلى الشكل المعمم من (DR) الذي يأخذ في الاعتبار أو ينسق كلاً من العرض والطلب باسم الطاقة التبادلية.

البحث الاستقصائي الخاص بمشكلة الطلب على الطاقة الكهربائية

هناك رابط مفقود في مجتمع البحث بين توافر الطلب الكلي لنظام الطاقة، كما وطلب العميل الفردي الذي يتكون منه وموقع هذا الطلب على شبكات نظام التوزيع، بحيث تتجاهل العديد من دراسات نظام إدارة الطاقة المنزلية تأثيرها على نظام الطاقة، كما تم تقديم نماذج تحسين (DR) السكنية لجدولة أجهزة العملاء الفردية، بحيث يحتوي العمل على العملاء بصفتهم متحصلين للأسعار يستخدمون معلومات الأسعار الفعلية في الوقت الفعلي من إحدى شركات الطاقة.

كما يُنظر إلى التنسيق والتفاعل مع السوق باستخدام محاكاة سوق الكهرباء الأمريكي الفعلي، بحيث تستخدم الورقة إستراتيجية عروض أسعار لإطار تحكم هرمي لأحداث خفض الطلب مع مراعاة تفضيلات المستهلك، كذلك يتم بذل جهد كبير لتقييم التغيير في السعر الهامشي المحلي نظراً للتغير في الطلب، بحيث يتم استخدام تجميع العملاء لأداء التحسين واختلاف استخدام التجميع.

كما ينصب التركيز على المقايضة المثلى متعددة الأهداف بين الفوائد المالية للعملاء وعدم ارتياحهم، كذلك يتم أخذ راحة العميل بعين الاعتبار بشكل مباشر في التحسين، ومع ذلك؛ فإن الدراسات المقدمة لا تتضمن طلباً سكنياً للعميل يتجمع في منطقة معروفة من نظام الطاقة، كما يجب أن يحاكي نظام الطاقة المشترك ونظام اختبار إدارة الطاقة المنزلية سلوك نظام التوزيع الحقيقي مع أحمال العملاء الفردية التي تتراكم مع حمل النظام المعروف.

لذلك لا تحتوي أنظمة اختبار التوزيع الحالية على بيانات تحميل متسلسلة زمنية حقيقية؛ باستثناء (IEEE European LV)، ولكن هذا فقط ليوم واحد، وذلك من خلال ربط أحمال العملاء الفردية بحمل النظام، كما يتم تمكين حساب وتحليل تأثيرات (DR) السكنية على مستوى النظام، بحيث يسمح هذا التحليل للدراسات بإثبات مرونة وتأثيرات (DR) على عمليات نظام الطاقة.

وصف وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع الكهربائي

تُشتق حالات اختبار نظام الطاقة، بما في ذلك أنظمة اختبار التوزيع، وذلك من الخصائص العامة للشبكات الحقيقية، حيث إن وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع “بولاية أيوا” عبارة عن شبكة توزيع متاحة للجمهور من الغرب الأوسط للولايات المتحدة، كما تم تطويرها في (OpenDSS)، كما يحتوي نظام الاختبار على (240) عقدة شبكة أساسية و (23) ميلاً من موصل التغذية الأساسي.

بالإضافة إلى بيانات الشبكة الكهربائية الحقيقية؛ فإنه تم أيضاً توفير قياسات العدادات الذكية لمدة عام واحد على مستوى العقدة، بحيث يتم تقديم مغذي اختبار نظام التوزيع في ولاية أيوا في الشكل التالي (1) كنظام توزيع شعاعي يتكون من ثلاث مغذيات، كما يتم تصنيف المغذيات على أنها (S ، M ، L) في إشارة إلى الحجم النسبي للمغذيات على أنها صغيرة ومتوسطة وكبيرة على التوالي.

كما يوفر المحول الفرعي دلتا واي بجهد (10) ميجا فولت أمبير (69 / 13.8) كيلو فولت الطاقة للمغذيات الثلاثة، بحيث يحتوي محول المحطة الفرعية على آلية مغير الصنبور تتكون من ثلاثة مغيرات حنفية مستقلة أحادية الطور، كذلك تحتوي المغذيات (M ، L) على بنوك مكثف تحويلة لتنظيم الجهد الكهربائي، وهي الأداة المساعدة لديها استراتيجية لتشغيل البنوك المكثفة في التشغيل العادي لتوفير دعم الطاقة التفاعلية.

أيضاً تحتوي وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع بولاية أيوا على تسعة قواطع دوائر في المواقع الموضحة في الشكل التالي، والتي تُستخدم للحماية وإعادة التكوين، وعادة ما تكون ستة من قواطع الدائرة مغلقة وثلاثة مفتوحة عادة، بحيث تم تصميم جميع المكونات الكهربائية القياسية في وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع بولاية أيوا مثل الخطوط العلوية الكابلات الأرضية ومحولات المحطات الفرعية مع مغيرات الحنفية ومفاتيح الخط وبنوك المكثفات ومحولات التوزيع الثانوية.

تحميل الشبكة الكهربائية من خلال تركيبية متعددة المستويات

إن طلب العميل الحقيقي من قياسات العدادات الذكية، وهو تجميع العملاء عند عقدة تحميل معينة بدقة كل ساعة، بحيث تتطلب دراسات نظام الطاقة مثل أنظمة إدارة الطاقة المنزلية وإدارة الطاقة الموزعة و (DR) والطاقة التبادلية حملاً فردياً عالي الدقة (أي معرفة الأجهزة التي تشكل طلب كل عميل / منزل)، وذلك للاستفادة من البيانات المقدمة في وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع الكهربائي.

وفي هذا القسم يتم:

• تقييم الحمل العقدي: كما هو مذكور في القسم السابق، توفر وحدة تغذية اختبار نظام التوزيع الكهربائي بيانات الحمل العقدي لمدة عام واحد استناداً إلى قياسات العدادات الذكية لـ (1120) منزلاً.

• تقدير معطيات نموذج الجهاز: من المفترض أن تتكون بيانات التحميل على مستوى الحبيبات لكل منزل من أجهزة فردية، وذلك كما هو موضح في المربعات الصفراء في الشكل التالي (2)، بحيث يحتوي كل منزل على مجموعة من الأجهزة التي يتم تحديدها من خلال متوسط معدل الطاقة ومدة كل جهاز.

• نموذج تحميل قائمة الانتظار الاصطناعية: يتم تحديد نماذج قائمة الانتظار من خلال التوزيع الاحتمالي لأوقات الوصول البينية (T) (أي أوقات وصول الأجهزة) وتوزيع الاحتمالات لأوقات الخدمة (X) وعدد الخوادم (C) (أي سعة إمداد الطاقة) وسعة قائمة الانتظار وحجم السكان وانضباط الخدمة.

• نموذج تحميل قائمة الانتظار: وفقاً لمسح استهلاك الطاقة السكنية لعام (2015) الذي أجرته إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، بحيث يبلغ متوسط استهلاك المنازل في منطقة الغرب الأوسط (9567) كيلو واط في الساعة سنوياً، كما يعتمد استهلاك الطاقة السكنية على المناخ.

وأخيراً طورت هذه الدراسة بيانات الحمل الاصطناعية المستمدة من بيانات العدادات الذكية المتغيرة في الوقت الفعلي لوحدة تغذية اختبار نظام التوزيع بولاية أيوا، بالإضافة الى بيانات العداد الذكي المأخوذة من نظام توزيع حقيقي في منطقة الغرب الأوسط بالولايات المتحدة، بحيث تتميز بيانات العداد الذكي المتاحة بدقة ساعة، كما ويتم تجميع العملاء في نفس عقدة التوزيع للحفاظ على خصوصيتهم.