ضبط الفولتية المتغيرة في أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية

بالنسبة لشبكات التوزيع واسعة النطاق (DNs) ذات المولدات الموزعة (DGs)؛ فإن التحسين والتحكم المركزي التقليدي في (Volt / Va – VOC) لهما طلب كبير على موارد وكفاءة حوسبة القدرة الكهربائية، بحيث تقترح هذه الدراسة طريقة جديدة لاتخاذ القرار بشأن (VOC) الموزعة (D-VOC)، وذلك بناءً على بنية تعاونية من طبقتين.

ضرورة ضبط الفولتية المتغيرة في أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية

أدى النمو السريع للاقتصاد العالمي وتحسين مستويات معيشة الناس إلى زيادة الطلب على الكهرباء، مما أدى إلى سلسلة من المشكلات مثل استقرار النظام وجودة الطاقة وتحسين القدرة التفاعلية، كما أن الطاقة الأحفورية مرهقة ومشكلة البيئة أكثر خطورة، بحيث أصبح توليد الطاقة المتجددة (REG) نقطة ساخنة للبحث الدولي لأنه نظيف وصديق للبيئة ومنخفض التكلفة.

وبالمقارنة مع توليد الطاقة الحرارية أو المائية؛ فإن (REG) متقطع وغير مؤكد، ويشكل تحديات تقنية معروفة لتشغيل شبكة الطاقة الكهربائية، أما شبكة التوزيع التقليدية (DN) هي بمثابة نظام شعاعي بتدفق طاقة أحادي الاتجاه، ونظراً لارتفاع نسبة التوليد الموزع (DG)؛ فقد تغيرت خاصية القدرة التفاعلية وظروف التشغيل في (DN).

وعلى وجه الخصوص، سيؤثر انحراف الجهد الكهربائي والحمل الزائد بشكل خطير على استقرار وموثوقية الشبكة، لذلك من الصعب والمكلف معالجة هذه المشاكل من خلال ترقية الخطوط وزيادة معدات (Var)، كذلك من الضروري دراسة طريقة جديدة للتحكم في [Volt / Var (VOC)] لحل سلسلة من المشاكل من أجل تكامل نسبة عالية من (DGs).

النهج المركزي الخاص بضبط الفولتية المتغيرة لأنظمة التوزيع الكهربائي

النهج الأكثر استخداماً هو الاستراتيجية المركزية، وبالنسبة للاستراتيجية المركزية؛ فإنها تعتمد بعض الأساليب في الغالب على الخوارزميات التقليدية مثل البرمجة الخطية والبرمجة غير الخطية وطريقة النقطة الداخلية، كما يعتمد البعض الآخر على خوارزميات الذكاء الاصطناعي، مثل الخوارزمية الجينية وخوارزمية التلدين المحاكية وخوارزمية سرب الجسيمات.

وبشكل عام، يتم حل مشكلة التحسين مع الاستراتيجية المركزية عن طريق نظام إدارة التوزيع (DMS)، وفي مركز التحكم، يكتسب المركز بيانات قياس العقد وإعدادات مغير الصمام عند التحميل (OLTC) والعدد المحدد للمكثفات وخرج الطاقة التفاعلية لمعوض (var) الثابت (SVC) وما إلى ذلك؛ فإنه يتم استخدام خوارزمية التحسين لحل مشكلات تدفق الطاقة التفاعلية المثلى، كما ويتم إرسال نتائج القرار الأمثل إلى معدات (Var) من خلال وحدات طرفية بعيدة.

لذلك اتضح أن الاستراتيجيات المركزية تهدف إلى تحسين النظام العالمي، وبالنسبة إلى (DNs) صغيرة الحجم ذات تدفق طاقة أحادي الاتجاه؛ فمن الممكن نظرياً الحصول على الحلول المثلى الدقيقة، أولاً ستؤدي زيادة حالات عدم اليقين، بسبب توزيع (REGs) والمركبات الكهربائية ونظام تخزين الطاقة الموزعة (DESS) إلى صعوبة استخدام الاستراتيجية المركزية، وهناك كمية البيانات التي يجب قياسها وجمعها يزيد العبء على نظام الاتصال وصعوبة الدفاع الأمني.

ثانياً، يكتسب مركز التحكم كمية كبيرة من البيانات التي تعتمد على شبكة اتصال مثالية وتستهلك مساحة تخزين أكبر، كما يجب تلبية الطلب الكبير على موارد الحوسبة عبر الإنترنت وكفاءتها عند استخدام الخوارزمية للاستراتيجية المركزية، لذلك إذا تم أخذ التأخير بسبب الحصول على البيانات ونقلها في الاعتبار؛ فقد تكون كفاءة التشغيل الفعلية أقل.

ثالثاً يجب إرسال جميع بيانات القياس إلى نظام التحكم المركزي، وبمجرد تعطل نظام التحكم المركزي؛ فإنه سينهار نظام الإدارة بأكمله، وبالتالي بالنسبة للاستراتيجيات المركزية، كما من الصعب الامتثال الكامل لاتجاهات (DNs).

كما أن التحكم اللامركزي هو استراتيجية توزيع القرار من خلال التحكم في معدات (Var)، مثل (OLTC)، وهو بنك مكثف التحويل (SVC) ومولد (var) الثابت (SVG- DG)، وفي الوقت نفسه ومن خلال تفاعل كمية صغيرة من المعلومات الأساسية بين الأجزاء المختلفة للشبكة، لذلك يمكن للهياكل اللامركزية أن تنجز المركبات العضوية المتطايرة الموزعة (D-VOC).

نظام التحميل الكهربائي المكافئ مع OLTC

في (DN) الشعاعي، تكون قوة الحمل المكافئة في العقدة هي مجموع قوة التحميل المحلية للعقدة وقوة الحمل المكافئة لنظامها الفرعي في اتجاه تسرب التيار الكهربائي، الا أن المعاوقة المكافئة ودخول الحمل المكافئ هو (Z2 = R2 + jX2) و (Y2 = G2 + jB2 = 1 / Z2) على التوالي، وذلك دون فقدان التعميم، بحيث افترض أن الحمل المكافئ متصل بالطرف الثانوي لمحول مثالي وأن المحطة الأولية متصلة بالمصدر المكافئ المنبع. تظهر الدائرة المكافئة في الشكل التالي (1).

في الشكل السابق، يكون الجهد والتيار عند الطرف الثانوي لـ (OLTC) هو (U˙2 ، I˙2) على التوالي، كما أن الجهد والتيار عند المحطة الأولية هو (U˙1 ، I˙1) على التوالي، حيث أن نسبة التحويل هي (1: n∠α)، حيث يرتبط (n) بموضع الضغط على (OLTC)، (α) الثابت، وهو مرتبط بوضع الاتصال، كما طور الجهد للمصدر المكافئ هو (U˙s)، كذلك المعاوقة الفرعية هي (Z1 = R1 + jX1)، بما في ذلك مقاومة خط التغذية والملف الأولي لـ (OLTC).

البناء المعزز ثنائي الطبقة الخاص بضبط الفولتية لشبكات التوزيع

مع عملية (DG) والتكنولوجيا الموزعة، سوف تتحسن (VOC) من الوضع المركزي إلى الوضع الموزع أو النموذج الهجين منها، وذلك بناءً على الأفكار المذكورة أعلاه، بحيث تم إنشاء الوضع المختلط كما هو موضح في الشكل التالي (2).

ولتشغيل (DN) في حلقة مفتوحة، بحيث تم تعيين (LCC) كنظام إدارة أعلى في مركز الإرسال أو مركز إرسال وحدة التغذية لـ (DN)، وذلك بالإضافة إلى الحصول على بيانات الوحدة الطرفية للمغذي (FTU) ووحدة المحول الطرفية (TTU) والوحدة الطرفية للخط (LTU) والوحدة الطرفية [Var (VTU)]، بحيث تكتسب (LCC) وتنتقي المعلومات من (VSC) بما في ذلك حالتها والتحكم الذاتي وطلب المساعدة.

واستناداً إلى البيانات أو المعلومات المختلفة، يتحقق (LCC) أولاً من نتائج صنع القرار الموزعة لجميع (VSCs) ومراجعة النتائج غير المؤهلة، ثم تفوض (LCC) شركات (VSCs) التي يتم التحقق من نتائجها أو مراجعة نتائجها لتنفيذ تعليمات التشغيل الخاصة بها، لذلك لم تعد بنية النظام الهجين تتطلب حساباً مركزياً للتحسين باستخدام طريقة أو برنامج تحسين عدد صحيح مختلط غير خطي معقد أو برنامج لـ (DN) على نطاق واسع.

الحساب الموزع لـ (D-VOC): يتضمن هذا الطلب فقط حساب التحسين الموزع، ومع ذلك لا تزال عملية تنفيذ التعليمات تتم وفقاً لوضع الإدارة المركزية الحالي، ولهذا الطلب يمكن نشر (VSC) في الوضع الافتراضي أو الحقيقي عند العقدة مع تخصيص معدات (Var) في الشكل التالي (3).

التنفيذ الموزع لـ (VOC): بخلاف (A) الذي يقتصر على الحساب الموزع؛ فإن (VSC) مسؤول بشكل انتقائي عن التنفيذ الموزع، بالإضافة إلى الحساب الموزع ، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (4)، بحيث يحق لبعض شركات (VSCs) اتخاذ القرار الذاتي والتنفيذ الذاتي، كما يحق لـ (VSCs) الأخرى التنفيذ الذاتي.

في العموم يتم تقديم مفهوم وحدة التحكم المرنة الافتراضية (VSC) استناداً إلى نظام التحميل المكافئ الموزع، وقد تم تصميم استراتيجيات التحكم المثلى المحلية لـ (VSCs)، وذلك لتحقيق (D-VOC) في (DNs)، وعلى على الأساس، تم تصميم بنية تعاونية من طبقتين لـ (D-VOC)، بحيث يمكن بناء (VSCs) في نشر افتراضي أو حقيقي في العقد حيث يتم تجهيز مصادر الطاقة التفاعلية.