ضبط خط التعادل لحساب حالة تشغيل نظام الطاقة الكهربائية

أهمية ضبط خط التعادل لحساب حالة تشغيل نظام الطاقة الكهربائية

يعتمد المشغلون على حساب حالة التشغيل (OSC) الذي يوفر حدود التشغيل الآمنة للشبكات لتقدير مستوى أمان أنظمة الطاقة، وفي السنوات الأخيرة ونظراً لتطور الاقتصاد الاجتماعي، سجل استهلاك الطاقة والحصول على الطاقة المتجددة أرقاماً قياسية جديدة باستمرار، ونتيجة لذلك يتوسع هيكل الشبكة بشكل ملحوظ، مما يجعل عدد أوضاع التشغيل النموذجية (TOMs) وأقسام نقل المفاتيح (KTS) يزيد في الطول أيضاً، ولذلك يصبح إكمال (OSC) اليوم تحدياً كبيراً.

وفي الوقت الحاضر، لا تزال معالجة (OSC) لشبكات الطاقة الكهربائية واسعة النطاق مع الكثير من التدخلات اليدوية، كما ويمكن تقسيم عملية الحساب إلى ثلاث مراحل، وهي توقع الحمل الكهربائي في المستقبل المخطط له وثانياً صياغة (TOMs) بناءً على نتائج التنبؤ بالحمل الكهربائي، أما ثالثاً لكل (TOM) يجب حساب حد قدرة النقل (TCL) لكل (KTS) معني.

ومن الناحية العملية، يتم تحقيق المرحلة الثالثة بشكل أساسي عن طريق ضبط طاقة خط الربط (TP) على قيم مختلفة يدوياً وتنفيذ محاكاة عابرة تحت أخطاء محددة مسبقاً للعثور على حدود التشغيل الآمنة، ونظراً للكمية المتزايدة من (TOMs) و (KTS)؛ فقد أصبحت (OSC) مملة وشاقة ومتكررة تتطلب خبرة تشغيل محدثة باستمرار في حالات تشغيل شبكات الطاقة، لذلك من الضروري تطوير خوارزمية يمكنها إكمال (OSC) تلقائياً.

وفي السنوات الأخيرة، ركزت العديد من الأبحاث على (OSC) من وجهات نظر مختلفة، لذلك تم اقتراح طريقة لدمج البيانات متعددة المصادر والضبط التلقائي لتدفق الطاقة لصياغة أوضاع التشغيل النموذجية، وذلك حسب مفهوم تدفق الطاقة التقريبي (APF) للتعامل مع مشكلة التقارب لحساب تدفق الطاقة، مما يحسن كفاءة صياغة (TOM) بشكل كبير.

كما أنه يجب الأخذ في الاعتبار تأثير حالات عدم اليقين المتعلقة بالطاقة المتجددة وتوقعات الأحمال، وذلك بالإضافة الى استراتيجية جدولة مثالية لليوم المسبق لنظام طاقة هجين لتقليل كل من تكاليف التعديل اليومية والحقيقية، كما أدخل الباحثون عامل مشاركة يعتمد على الموزعات على أساس التكلفة الإضافية لحمل التوليد واقترح نهج تعديل جيل جديد لتشغيل نظام الطاقة اقتصادياً.

أيضاً يوفر حساب حالة التشغيل (OSC) حدود تشغيل آمنة لأنظمة الطاقة، بحيث يعتمد المشغلون على نتائج (OSC) للمساعدة البرمجية لإرسال المولدات للتحكم في الشبكة. في الوقت الحالي، كما زاد عبء عمل (OSC) بشكل كبير، حيث يتوسع هيكل شبكة الطاقة بسرعة للتخفيف من تكامل المصادر المتجددة، ومع ذلك تتم معالجة (OSC) بالكثير من التدخلات اليدوية في معظم مراكز الإرسال، مما يجعل (OSC) عرضة للخطأ وموجهة نحو خبرة الأفراد.

صياغة المشكلة الخاصة بضبط خط التعادل

عملية تعديل طاقة خط التعادل: يوضح الشكل التالي (1) عملية تعديل طاقة خط الربط العامة (TP)، كما يمثل (St) و (St + 1) حالة تدفق الطاقة في الخطوة الزمنية الحالية (t) والخطوة الزمنية التالية (t + 1)، وذلك بين (St) و (St + 1)، كما أن هناك عادة أربعة إجراءات مثل اختيار المولد (bt) وإعداد حالة المولد (ct) واختيار مجموعة المولدات الكهربائية (dt) وتعويض الطاقة (et).

كما أن الشكل (1) يأخذ نظام (IEEE 39-bus) كمثال، بحيث تشكل خطوط الربط الحمراء الثلاثة (KTS) واحداً، ويظهر السهم الأخضر الاتجاه الإيجابي، بحيث تم تغيير (Gen 3) أو (Gen 4) في (bt) و (ct. Gen 1) و (Gen 6) و (Gen 9) يخضعون لتعديل (dt) و (et).

وبعد تحويل حالة نظام الطاقة الكهربائية من (St) إلى (St + 1)؛ فإنه سيتم تنفيذ الإجراءات (bt + 1) و (ct + 1) و (dt + 1) و (et + 1) حتى يصل (TP) الخاص بقسم نقل المفتاح الهدف (KTS) إلى هدفه القيمة، كما وتجدر الإشارة إلى أنه يجب ضمان تقارب تدفق الطاقة في كل خطوة زمنية.

صياغة (MDP): عملية قرار ماركوف (MDP) هي بنية رياضية لنمذجة عملية صنع القرار، بحيث يمكن الإشارة إليه على أنه خمسة مجموعات (S ، A ، P ، R ، γ)، حيث (S) هي حالة النظام، (A) هي مجموعة الإجراءات، (P) هي احتمالية انتقال الحالة، (R) هي المكافأة الفورية وهي عامل خصم، كما أن مشكلة تعديل (TP) هي عملية صنع القرار.

كما أن مشكلة تعديل (TP) هي عملية صنع القرار، لذلك تم القيام بصياغة تعديل (TP) على أنه (MDP) محدود، وبالنظر إلى طاقة خط التعادل المستهدفة (Pm ، tarC لـ KTS m)، بحيث يتم بعد ذلك تحديد إجراء الضبط في كل خطوة زمنية.

على سبيل المثال، في الخطوة الزمنية (t)، تتم ملاحظة حالة النظام (st)، والتي تحتوي على حالة تدفق الطاقة الحالية وهدف الضبط. بناءً على (st)، كما يتم تنفيذ إجراء تعديل في، وبعد ذلك يتم الحصول على حالة نظام جديدة (st + 1) وتنفيذ الإجراء عند (+1) حتى يتم تحقيق (TP) الهدف.

استراتيجية رسم الخرائط المرتبطة بالنظام

من الناحية العملية، يقوم المشغلون بضبط المولدات عالية الحساسية ومحاولة تغيير حالة تدفق الطاقة بأقل قدر من الإجراءات.، بحيث تعد تعديلات (TP) العامة (bt ، ct ، dt ، et) بين الحالات المتجاورة إجراءات في مساحات قرار مختلفة، ولصياغة (MDP) لتعديلات (TP)، كما تم اقتراح استراتيجية جديدة لرسم الخرائط لتحويل الإجراءات المتسلسلة (bt ، ct ، dt ، et) إلى إجراء واحد مع مساحة قرار ثابتة.

ونظراً لأن المعرفة البشرية المكتسبة مسبقاً تفيد كفاءة التدريب كثيراً؛ فإنه تم تطبيق فكرة مماثلة من خلال دمج خبرة عمل المشغلين في استراتيجية رسم الخرائط، وبعد ذلك يتم تقسيم استراتيجية رسم الخرائط التي تم نوقشت مسبقاً إلى جزأين، وهما إعداد البيانات والتخطيط الديناميكي، حيث يساعد إعداد البيانات في العثور على المولدات الحساسة وغير الحساسة لتقليل صعوبة البحث (على غرار bt و dt)، كما يساعد التعيين الديناميكي في تنفيذ التعديلات المحددة على المولدات (على غرار ct و et).

وأخيراً في هذه الدراسة تم اقتراح استراتيجية رسم الخرائط من منظور المشغلين لصياغة مشكلة تعديل طاقة خط الربط كعملية قرار ماركوف (MDP) مع احتمال انتقال غير معروف، وبعد ذلك يتم تقديم طريقة خالية من النماذج تعتمد على التعلم التعزيزي العميق (DRL) لتحديد استراتيجية التعديل الأمثل.

كذلك؛ فإن الطريقة المقدمة تستخدم هيكل “التدريب التدريجي” و “إعادة العرض المستهدفة ذات الأولوية” لتحليل مقياس التدريب وتحسين كفاءة التدريب، بحيث توضح النتائج التجريبية أن الطريقة المقدمة قادرة على تعلم وضبط قوة خط الربط (KTS) باستخدام معلومات النطاق المستهدف فقط، وعلاوة على ذلك توضح المقارنة مع النهج التقليدي القائم على النموذج الدقة العالية والقدرة الأفضل على التكيف للطريقة المقترحة.

وفي الخطة المستقبلية؛ فإنه سيتم استكشاف استراتيجية التعيين بشكل أكبر مع تصميم وظيفة المكافأة، وقيود القدرة التفاعلية والمزيد من قيود المولدات القابلة للتعديل لتحسين عملية تعديل (TP).