شبكات التوزيع الكهربائية المؤتمتة بوجود وحدات الإدارة العامة

تتيح الأتمتة في أنظمة توزيع الطاقة والتحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA)، والتي تقوم بتبديل الشبكة الكهربائية تلقائياً وعن بعد، ولشركات التوزيع التحكم بمرونة في شبكات توزيع الطاقة، بحيث تلعب مفاتيح المقطع العرضي أيضاً دوراً مهماً في الأتمتة في أنظمة التوزيع، حيث أن التحسين التشغيلي لهذه المفاتيح قادر على تعزيز مؤشرات جودة وموثوقية الطاقة، كما ويمكن أن يكون حلاً مزدهراً لزيادة الموثوقية والكفاءة والإجمال جودة الخدمة في الخدمات المقدمة للعملاء.

تحليل شبكات التوزيع الكهربائية المؤتمتة بمنطلق الإدارة العامة

في الوقت الحالي يعد تقييم أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية من أجل إيجاد طرق جديدة لتحسين مؤشرات الموثوقية في شبكات التوزيع باستخدام أنظمة أتمتة التوزيع (DASs)، حيث أن أحد اهتمامات الخبراء في صناعة الكهرباء، كما يمكن تعريف استخدام (DAS) في شبكات توزيع الطاقة لمراقبة ومراقبة وتشغيل مكونات وأجهزة أنظمة شبكة توزيع الطاقة لاستعادة وتوفير الطاقة للعملاء في حالة حدوث خطأ.

وفي الواقع، لا تتحكم (DAS) عن بُعد وتشغل معدات ومحطات التوزيع الفرعية فحسب؛ بل يمكنها أيضاً تقديم شبكة طاقة موثوقة وذاتية الإصلاح قادرة على الاستجابة بسرعة وكفاءة للأحداث والتفاعل بشكل مناسب، ولذلك سيكون التحليل الاقتصادي والفني لـ (DAS) ضرورياً بسبب التكلفة العالية للاستثمار في شبكة الطاقة الكهربائية.

في بعض الأبحاث، تم تقدير أن ما يقرب من (70٪) من حالات الانقطاع والتيار الكهربائي ناتجة عن أعطال في شبكات التوزيع الأولية، ومن ثم تم بذل جهود كبيرة لتقليل الآثار السلبية للفشل باستخدام (DAS) مع أجهزة الحماية التلقائية مثل قواطع الدائرة (CBs) أو المحولات المقطعية (المقطعية) في الشبكة الكهربائية.

وبالنتيجة؛ فإنه يمكن أن تكون إحدى المهام المهمة لأجهزة (DAS) هي تحديد موقع مفاتيح التحكم عن بُعد على النحو الأمثل لاكتشاف الأعطال وفصلها وإصلاح خدمة العملاء بسرعة، لذلك يمكن أن يلعب العدد المناسب والموقع لنوع هذه الأجهزة الواقية لتقليل تأثير الانقطاع دوراً محورياً في تحسين موثوقية أنظمة التوزيع الكهربائي الآلي.

دور التحسين الرقمي في تحديد شبكات التوزيع الكهربائية المؤتمتة

ومع التطور التقني؛ فإن التحسين الرقمي والمواقع للمفاتيح التلقائية واليدوية، وكذلك النوع الأمثل من أجهزة الحماية والمرحلات الكهربائية فعالة للغاية لتقليل التكاليف الإجمالية وزيادة عوائد العملاء، كما تم استخدام المفاتيح المقطعية بشكل أساسي لتعزيز موثوقية الخدمة في شبكات التوزيع الأولية، حيث أوضحت الدراسات البحثية أن نظام التوزيع يمثل عادةً ما يصل إلى (40٪) من تكاليف إمداد الطاقة وحوالي (81٪) من مشكلات موثوقية العميل.

أيضاً يمكن أن تكون إعادة تكوين شبكات التوزيع طريقة فعالة ونهجاً اقتصادياً لتعزيز موثوقية النظام، وبشكل عام فإن أحد الأغراض الرئيسية لتقييم مؤشرات الموثوقية في شبكات توزيع الطاقة هو نمذجة أي ظروف محتملة لحدوث الانقطاعات أو الأخطاء في النظام وحساب تأثير الموثوقية في أي ظروف ممكنة، بحيث يمكن القيام بهذه العملية من خلال مناهج مختلفة.

الدراسات التي دعمت دمج الإدارة بأتمتة شبكات التوزيع الكهربائية

تم إجراء دراسات كبيرة في هذا المجال، على سبيل المثال تم تقديم تقنية تحليلية وفقاً لافتراضات الشبكة مع مراعاة التوزيع الإحصائي لمعدل الفشل ووقت الإصلاح، لذلك لقد تم اقتراح الطريقة ذات الصلة، والتي استندت إلى مشكلة الخطأ لجميع أجهزة شبكة الطاقة ونتائجها في مقاطعة نقاط التحميل، كما اقترحت الدراسات طريقة عملية مثالية يمكن من خلالها تقدير أداء موثوقية الشبكة عن طريق التقييم المباشر لتكوين نظام توزيع الطاقة الكهربائية.

في هذه الدراسة تحديداً، وجد الباحثين أن هذه الطريقة لا تحتاج إلى بيانات تاريخية، كما ويمكنها تحديد أماكن معينة تتطلب إجراءات تصحيحية في الطروحات، كما تم تقديم نموذج “ماركوف الهرمي” لتحليل الموثوقية مثل تأثيرات أنماط الأعطال المختلفة واستراتيجية فصل الأعطال واستعادة الأحمال الكهربائية وفقاً لتكوين النظام وسلامة أنظمة حماية التحكم ومكون الحماية الفردي.

فيما بعد تم تقديم طريقة لتقليل تعقيد نظام التوزيع الشعاعي باستخدام معادلات الشبكة لمجموعة من الموثوقية العامة للمغذيات، كما وتضمنت هذه الطريقة إجراءً متسلسلاً ومتكرراً لتقييم مؤشرات موثوقية الشخص من نقطة الحمل الكهربائي.

المفاتيح المقطعية ومكونات الحماية الكهربائية اللازمة

بشكل عام، ومن أجل تقليل آثار الأعطال إلى معدل أدنى مقبول، عادة ما تكون المرافق قد قامت بتركيب أجهزة ومكونات واقية من خلال مغذيات شبكات التوزيع، وفي هذا الصدد يتم النظر في المكونات الواقية بما في ذلك (CBs) عن طريق الكشف عن التيار الكهربائي الزائد والمجهزة بوسائل حماية إعادة الإغلاق التلقائية في المحطات الفرعية، وكذلك تقسيم الصمامات والمفاتيح الكهربائية من خلال المغذيات.

وبعد تشغيل (CB) من المصدر؛ فإنه يمكن لمفاتيح التقسيم التلقائي عزل القسم المعيب، حيث إن الصمامات التي لها تكاليف حماية أقل تكون قادرة على الشعور بالفشل، وذلك بفرض أن لديهم القدرة على الانقطاع، لكن ليس لديهم القدرة على إعادة الإغلاق تلقائياً، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه سيتم تثبيت الصمامات على الجانبين، كما وسيتم النظر في قيود لمنع وضع الصمامات على المغذيات الرئيسية.

مفاهيم التشغيل الأساسية لأنظمة التوزيع الكهربائية

تستخدم أنظمة التوزيع عادةً مفاتيح التبديل ومكونات الحماية لزيادة موثوقية الشبكة وتقليل آثار أخطاء العملاء التي تؤدي إلى تقليل عدد العملاء المتأثرين بمكونات الحماية، ونظراً لعدم كفاءة تجهيز جميع المغذيات، بحيث يمكن فقط تعيين عدد محدود من المكونات والمفاتيح الواقية على المغذيات، وبالإضافة إلى ذلك يجب أن يختلف نوع وموقع هذه المكونات وفقًا لتكوين الشبكة الكهربائية.

مؤشرات موثوقية شبكات التوزيع الكهربائية

في حالة حدوث عطل أو انقطاع في شبكة التوزيع، تحاول عمليات إدارة الفشل إعادة الشبكة إلى ظروف التشغيل العادية في أقصر وقت ممكن، وبشكل عام تحتوي إجراءات إدارة الفشل العامة أجزاء مختلفة:

•  تحديد موقع الفشل.

• فصل موقع الفشل.

• استعادة إمدادات الطاقة.

كما توفر فهارس الفشل معلومات لتسريع وتحديد مكان الفشل وعملية استعادة إمدادات الطاقة، كما يمكن أن يؤدي التحويل إلى تجزئة إلى تقسيم قسم الفشل وتقليل عدد الانقطاعات للعملاء ووقت الانقطاع، وبهذه الطريقة؛ فإنه يمكن أن يؤدي تعيين مفاتيح المقطع العرضي ومؤشرات إشارة الفشل في شبكات توزيع الطاقة إلى تقليل تكاليف الانقطاع وتحسين الموثوقية بشكل ملحوظ.

بشكل عام، تتمثل أهم فائدة للوضع الأمثل للمفاتيح وتشغيلها في شبكة توزيع الطاقة خلال عمرها الافتراضي في تحقيق التوافق بين زيادة موثوقية الشبكة الكهربائية والتكاليف التي تعتمد على شراء المحولات وتركيبها وإصلاحها، وفي هذا العمل البحثي، تم اقتراح الحل الأمثل لتحديد عدد ونوع ومكان أجهزة الحماية ومفاتيح المقطع العرضي في شبكات توزيع الطاقة بدون وجود وحدات (DG)، وذلك مع مراعاة إمكانية انقطاع العملاء.