اقرأ في هذا المقال
تحليل حالات الطوارئ لنظام النقل الكهربائي المحسن VSC
إن تركيز مشغلي شبكات الطاقة على ضمان الاقتصاد في تشغيل الطاقة الكهربائية، وذلك مع مراعاة أقصى قدر من الاهتمام للحفاظ على حدود أمان النظام الكهربائي، كما يواجه تحديات متراكمة بسبب الاهتمام المتجدد بصناعة الطاقة، وذلك نتيجة لاستمرار تحرير شبكة الطاقة وإعادة هيكلتها، ومن أجل الحصول على منافع اقتصادية.
وفي هذا الصدد؛ تميل شركات المرافق إلى تشغيل أنظمة الشبكات في محيط قيودها مما قد يؤدي إلى مشكلة الازدحام، كما ويؤثر على أمان الشبكة ويقلل من موثوقية النظام ويؤدي في النهاية إلى طوارئ الشبكة الكهربائية، وللتخفيف من هذه المشاكل؛ فإنه يمكن لمشغلي النظام معالجة طوبولوجيا الشبكة لصالح الموثوقية وتقليل الازدحام لأن حلول تعقيد الشبكة من خلال توسعات التوليد والنقل مرتبطة تقنياً واقتصادياً.
وتماشياً مع معيار مجلس الموثوقية الكهربائية لأمريكا الشمالية (NERC) رقم (51)؛ فإن موثوقية النظام وأمانه ضروريان لتشغيل نظام الطاقة، كما أن هذا يعني أن تخطيط نظام الطاقة وتشغيله يجب أن يكون بحيث لا يجب أن تؤدي طوارئ انقطاع التيار الكهربائي (n-1) لمكونات الطاقة إلى تعطيل الإمداد بالحمل الكهربائي.
ولإنقاذ هذا الموقف؛ فإنه تم تشغيل العديد من الطرق التي تشمل التدفق الأمثل للطاقة (OPF) والتزام الوحدة (UC) و (OPF / UC) المقيدة بالأمان وإعادة الإرسال بعد الطوارئ وإعادة تكوين الشبكة وإدارة الطوارئ وتبديل الإرسال قيد التشغيل، ومع ذلك؛ فهي ليست مجدية اقتصادياً.
وفي الآونة الأخيرة، قدمت أجهزة إلكترونيات القدرة مساهمات هائلة في الحاجة الملحة إلى تعزيز سعة الشبكة، وهي مقيدة بتحسين الاستدامة والموثوقية، وذلك مع مراعاة تقليل التكلفة إلى الحد الأدنى، ومن خلال إدخال إمكانية التحكم الإضافية ومرونة التشغيل، كذلك التقدم في التكنولوجيا القائمة على محول مصدر الجهد الكهربائي تمكن أجهزة (FACTS) وأنظمة (HVDC) من لعب هذه الأدوار الأساسية في استدامة البنية التحتية للشبكة ودعمها.
ومن بين الفوائد الأخرى؛ فإنه تم إنشاء (HVDC) ليكون اقتصادياً لنقل نظام الطاقة عبر مسافات طويلة، كما وسيحدد تطبيقه بصرف النظر عن كونه مهماً، كذلك تشغيل شبكة الشبكة في المستقبل، كما تفوق (HVDC) على (HVAC) في التوصيل البيني غير المتزامن للشبكات الكهربائية والتوصيل الموسع للكابلات تحت الأرض وتقليل تيارات الأعطال وتخفيف التأثيرات على البيئة والتحكم في ازدحام الشبكة الكهربائية.
تحليل النظام الكهربائي VSC-HVDC
يتكون نظام (VSC-HVDC) من اثنين من (VSCs)، والمتصلين مع موصل التيار المستمر لغرض هذه الدراسة، ومع ذلك في كل نقطة يعمل أحد (VSC) كمقوم بينما يعمل الآخر كعاكس لنقل هادف لقوة ثابتة عالية التحكم فيما بينهم، بحيث يمكن لكل محول التحكم في مقدار الجهد أو حقن الطاقة التفاعلية بالإضافة إلى تنظيم حقن الطاقة النشط في كل محطة تيار متردد.
ومع ذلك؛ فإنه عادةً ما يتم تعيين أحدهما كمحطة رئيسية والمحطة التابعة الأخرى لتحليل دراسة تدفق الحمل، وفي ظل استراتيجية التحكم الاجباري؛ فإنه يتم عرض بنية نظام (VSC-HVDC) في الشكل التالي (1)، بينما يمثل الشكل التالي (2) نظام نقل (VSC-HVDC)، حيث يتم تنظيم جهد وصلة التيار المستمر بواسطة محول واحد وتدفق الطاقة النشط بواسطة الآخر .
نمذجة (VSC-HVDC) في حالة ثابتة: عند نمذجة (VSC-HVDC) في حالة مستقرة؛ فإنه من المفترض أن تمتلك الشبكة والمحولات جهداً متوازناً ثلاثي الأطوار يكون اتساعها وترددها ثابتاً وتوافقيات التيار والجهد للمحولات لا تذكر ومكونات التيار المستمر ليس لها تموجات والخسائر الداخلية للمحولات ضئيلة، لذلك؛ فإنه يمكن تقديم تمثيل مكافئ للشكل السابق (1) بالشكل (3).
كما يمكن كتابة جهد (Phasor) للمحول المتصل عند نقطة التفرع (m) وتلك الخاصة بالناقل (n) من الشكل السابق (3) بالشكلين السابقين (1) و (2)، حيث أن المعطيات (Vcm ، Vm ، θcm ، m) هي مقادير الجهد وزوايا المحول عند التفرع (m)، وتلك الخاصة بـالتفرع (m) على التوالي.
يتم أيضاً إعطاء قبول تحويل تحويلة (Bus m) من خلال المعادلتين التاليتين، حيث يمثل (Gcm و Bcm) التوصيل والاستجابة على التوالي، كما تعتمد القدرة المعقدة المحقونة في المحول عند الناقل (m) على جهدها وتيار التحويل ويمكن كتابتها كـ:
نمذجة خط نقل (VSC-HVDC): تعد النمذجة الإحصائية لخط نقل (VSC-HVDC) أمراً بالغ الأهمية لتقدير الخسارة على هذا الخط لإدراجها في إجمالي خسارة النظام للوضع الأمثل، كما يتم تمثيل هيكل نظام (VSC- HVDC) في الشكل التالي (2)، وذلك بواسطة مكافئ للمعلمات المجمعة لخط النقل في الشكل السابق (4).
كذلك مجموع حالات الدخول بين التفرعات (m و n) والأرض يُرمز إليها بـ (Ymm)، بينما يُرمز إلى القبول بين (m ، n)، كما أن الرؤية من (m) تعطى بواسطة (Ymn، بحيث يمكن الحصول على تدفق الطاقة بين الحافلة (m ، n) من خلال العلاقة الحالية وعلاقة القبول على النحو التالي:
كل من المكونات السعوية والحثية لا تكاد تذكر أثناء الحالة المستقرة لخط نقل (HVDC)، والذي يربط بين الحافلة (m ، n) لذلك يمكن كتابتها على النحو التالي:
كما أنه يمكن كتابة الخسارة على خط (VDC-HVDC) كـ:
مؤشر أداء القوة الحقيقية (RPPI): يتم تقييم التغيير في معلمات الشبكة الناتجة عن حدوث الطوارئ بشكل أفضل باستخدام مؤشر الأداء (PI) لأنه يكشف عن الانحرافات في متغيرات النظام عن حالاتها الأولية، وذلك من أجل تقييم تأثير نظام نقل (VSC-HVDC) على معطيات النظام خاصة أثناء الطوارئ، كما تم اعتماد (PI) للقدرة الحقيقية لتصنيف أشد انقطاعات للخط في هذه الدراسة، وهناك المعادلات التي تصف (RPPI) معطاة أدناه:
في المعادلات السابقة يكون:
(k): هو رقم الناقل.
(wp): تعني عامل ترجيح القدرة الحقيقي لقيمة غير سالبة.
(N): وظيفة السيطرة، وهي القوة الحقيقية على الخط (mn) هي (Pmn)، وللحد من قدرة تدفق الطاقة على الخط (mn)؛ فإنه يُشار إليه على أنه (Plmn)، بينما (Vm و Vn و Xmn)، كذلك هي الفولتية والمفاعلة بين التفرع (m و n).
وأخيراً تم التحقيق في قدرة التحكم في الطوارئ لنظام (VSC-HVDC) المدمج في شبكة التيار المتردد في هذه الدراسة، كما تم نشر تمثيل نموذج مكافئ لمعلمات مقطوعة لخط النقل بهدف الحصول على خسارة على الخط الذي يحتوي على نظام (VSC-HVDC، بحيث تم تضمينها رياضياً مع معادلات نموذج الحالة الثابتة لنظام (VSC-HVDC) لتحديد موقعها الأمثل لوضعها في شبكة تيار متردد.
كما أنه تم تحديد الهدف من استخدام تحليل الحساسية على أساس المعلمات الخاضعة للرقابة من (VSC) من خلال النظر في تأثيرات أجهزة التحويل على خصائص فقدان الشبكة الكهربائية، ومع ذلك تم إنشاء حالة طوارئ لانقطاع خط النقل (n-1) بناءً على خط انقطاع التيار الأكثر خطورة، كما أنه تم اعتماد تصنيف مؤشر أداء الطاقة الحقيقي لأخطر خط انقطاع بسبب فعاليته في تحديد الخط الحرج لتنفيذ الطوارئ.
