اقرأ في هذا المقال
يلعب نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) دوراً مهماً في أنظمة الطاقة الحديثة، كما وأثارت مشكلة استقرار الطاقة والجهد الناتجة قلقاً واسع النطاق، بحيث يقدم هذا البحث مؤشر استقرار الطاقة أو الجهد عبر (PVSI) لأنظمة (MIDC) في الجهد الكهربائي المستمر متعددة التغذية.
أهمية مؤشر استقرار القدرة الكهربائية متعددة التغذية
يحظى نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) بمزيد من الاهتمام والتطبيقات نظراً لميزته في نقل الطاقة السائبة لمسافات طويلة والتشكيل السريع، وفي التخطيط لمزارع الرياح البحرية يتم تطبيق إرسالات (HVDC) على نطاق واسع لتوصيل الشبكة الكهربائية، كما وتقوم شبكة الطاقة الجنوبية الصينية (CSG) ببناء شبكة (HVDC-MIDC) واسعة النطاق ومتعددة التغذية مع إجمالي التركيب. قدرة توليد أكثر من (243) جيجاوات، بحيث يتم استخدام محول تبديل الخط (LCC-HVDC) في معظم مشاريع (HVDC) في (CSG).
ونظراً للنطاق المتزايد والتعقيد لأنظمة (MIDC) في الوقت الحاضر؛ فقد أصبحت مشاكل استقرار الطاقة والجهد التي تسببها (HVDCs) بارزة، وبالتالي؛ فإن طرق التقييم والمراقبة المقابلة عبر الاتصال مهمة للمناقشة، بحيث يشير استقرار الطاقة إلى قدرة نظام التيار المتردد أو التيار المستمر على زيادة طاقة التيار المستمر عن طريق زيادة تيار التيار المستمر واستقرار الجهد الكهربائي.
كما ينبغي الحفاظ على جهده عند تعرضه لاضطراب معين، في الأبحاث السابقة تم توضيح المشكلتين بوضوح في أنظمة (HVDC) أحادية التغذية، ومع ذلك سوف تتفاعل (HVDCs) مع بعضها البعض عند إدخالها في نظام التيار المتردد على مسافة قريبة، وبالتالي تصبح المشاكل معقدة للغاية في أنظمة (MIDC).
أساليب حل مشاكل استقرار نظام القدرة الكهربائية
لمعالجة هذه المشكلة، كما اقترحت (CIRGE) مؤشرات مثل نسبة الدائرة القصيرة متعددة التغذية (MSCR) ونسبة الدائرة القصيرة التفاعلية متعددة التغذية (MISCR) ونسبة الدائرة القصيرة الفعالة متعددة التغذية (MIESCR)، بينما هذه المؤشرات يتم تعريفها بالتقدير التجريبي بدلاً من الاستنتاج التحليلي، بحيث يقوم بعمل بارز ويقترح نسبة دائرة قصر فعالة مكافئة (EESCR)، والتي تعتبر نظام (MIDC) كنظام تغذية واحد مكافئ عند معالجة الناقل المعني.
كما نجحت اللجنة الأوروبية للحقوق الاقتصادية والاجتماعية والثقافية في حل غموض المؤشرات التجريبية، بينما ينبغي الحصول على بيانات التشغيل، وعلاوة على ذلك تم اشتقاق هذا المؤشر بشكل أساسي للتشغيل الثابت للنظام ولم تتم مناقشته بدقة والتحقق من كونه عابراً، لذلك يقترح مفهوماً يسمى نسبة الدارة القصيرة المعممة (gSCR) لتعميم (SCR) إلى نظام (MIDC).
كما يتم استنتاج (gSCR) رياضياً بمساعدة المصفوفة الخاصة لنظام (MIDC)، ويظهر دقة أفضل من (MISCR) التقليدي و (MIESCR) كما يقدم مزيداً من التفاصيل حول (gSCR) ويوضح مفهوم (gSCR) الحرج و (gSCR) الحدودي، والذي يثري بشكل بارز المعنى المادي لـ (gSCR)، ومع ذلك تُستخدم المؤشرات المستندة إلى (SCR) بشكل أساسي لتخطيط (HVDC) واختيار المواقع.
تحليل PVSI لأنظمة HVDC أحادية التغذية
ظاهرة استقرار الطاقة والجهد الكهربائي
يعتمد اشتقاق (PVSI) المقترح على أوجه التشابه بين ظاهرة الاستقرار في كل من أنظمة (AC ، HVDC)، بحيث يستخدم معيار (CIGRE HVDC) أحادي التغذية في الشكل التالي (1) للتوضيح، وذلك مقارنةً بنظام (AC) بسيط في الشكل التالي (2).
كما يعالج استقرار الطاقة في (HVDC) قدرته على الحفاظ على طاقة التيار المستمر المنقولة، وعندما يتم تشغيل (HVDC) تحت تحكم ثابت بزاوية انقراض ثابتة (CP-CEA)؛ فإن الطريقة العامة لزيادة طاقة التيار المستمر هي زيادة تيار التيار المستمر في جانب المعدل، ومع ذلك؛ فإن الزيادة في تيار التيار المستمر لا تضمن بالضرورة زيادة طاقة التيار المستمر.
كذلك نظام (HVDC) غير مستقر للطاقة عندما لا تزيد طاقة التيار المستمر وفقاً للتيار المستمر، بحيث يوضح الشكل التالي (3) العلاقة بين التيار المستمر، وفي هذا الشكل النقطة (A) هي نقطة تشغيل مستقرة والنقطة (B) هي نقطة تشغيل غير مستقرة والنقطة (C) هي النقطة الحرجة التي تشير إلى أقصى طاقة متاحة ( MAP) لنظام (HVDC)، بحيث يُطلق على منحنى (P I) أيضاً منحنى القدرة القصوى (MPC) لـ (HVDC).
كما يمكن أن يؤدي تيار تيار مستمر أعلى إلى استهلاك طاقة أكثر تفاعلية للعاكس، وبالتالي ينتج عنه جهد تيار متردد أقل عند نقطة اقتران مشترك (PCC)، ومن وجهة النظر هذه يمكن استبدال التيار المستمر في المحور الأفقي بالشكل السابق (3) بجهد التيار المتردد.
كما يظهر الرقم الناتج في الشكل التالي (4) وتبقى خصائص النقاط الثلاث كما هي النقطتان (A ، B) في الشكل (4) لهما نفس طاقة التيار المستمر، لكنهما يختلفان في الفولتية وتيارات التيار المستمر، وهي نقطة الجهد العالي (النقطة A) ذات تيار منخفض، والتي تقابل النقطة (A) في الشكل السابق (3)، وهي نقطة تشغيل مستقرة.
تقنين (PVSI) لأنظمة (HVDC) أحادية التغذية
في هذا القسم، سيتم اشتقاق (PVSI) لنظام (HVDC) أحادي التغذية “بطريقة التيار المتردد”، بحيث سيتم أخذ النظام في الشكل السابق (1) للتوضيح، ولجعل نظام (HVDC) أكثر تشابهاً مع نظام التيار المتردد في الشكل (2)، بحيث يتم تكوين نظام مكافئ في الشكل التالي (5)، كما ويتم اعتبار مكثفات التحويل في مصدر مكافئ لنظرية ثيفينين، وبالتالي يمكن تعديل وتطبيق تقنيات تحليل ثبات جهد التيار المتردد في الشكل التالي (2).
في الشكل السابق (5)، تعتبر (S˙) هي القدرة المعقدة المتبادلة بين العاكس والنظام، حيث يشير السهم إلى اتجاهها المرجعي، كذلك (φ) هو عامل القدرة (S˙)، أيضاًَ (V˙) هو طور الجهد في (PCC)، حيث أن (Z∠θ) هي المعاوقة المكافئة لدائرة التيار المتردد المكافئ (Thevenin ؛ E˙) هو مصدر الجهد المكافئ لدائرة (Thevenin).
تقييم استقرار الطاقة والجهد في أنظمة (MIDC) واسعة النطاق
يعتمد (PVSI) المقترح في القسم السابق وذلك على نظام (HVDC) ذو تغذية واحدة مثالي، وهو بعيد عن الأنظمة العملية، بحيث يناقش هذا القسم أولاً التعميم النظري لـ (PVSI) على أنظمة (MIDC) واسعة النطاق، وثانياً يقارن (PVSI) مع بعض المؤشرات الموجودة، وأخيراً تم توضيح إجراءات تطبيق (PVSI) عملياً في نظام واسع النطاق.
وفي هذا البحث تم اقتراح (PVSI) لأنظمة (MIDC) والتحقق منها، وبالمقارنة مع المؤشرات الحالية؛ فإن (PVSI) لديه الميزات المميزة التالية:
- يعتبر (PVSI) حالات النظام والمعلمات بطريقة أكثر ملاءمة، بما في ذلك الخصائص المتغيرة بمرور الوقت مثل التحكم في (VDCOL) وتغيير طاقة الحمل، وهو قادر على أنظمة (MIDC) العملية واسعة النطاق.
- كما يمكن استخدام (PVSI) في الوقت الفعلي وتقديم إرشادات لعناصر تحكم (HVDC) عبر الاتصال المباشر باستخدام البنى التحتية مثل (SCADA ، WAMS)، كما يتم تقديم إجراءات التطبيق الممكنة في هذه الدراسة.
وفي الأعمال المستقبلية، سيقوم الباحثون في هذا المجال باختبار (PVSI) بمزيد من البيانات العملية، مثل بيانات (CSG)، وذلك لضمان مصداقية المخطط المعتمد، كما سيتم تصميم أدوات التحكم الأصلية التي تستخدم (PVSI).
