مخطط الحماية السريع لشبكات التوزيع الكهربائية النشطة

ضرورة دراسة مخطط الحماية السريع لشبكات التوزيع الكهربائية النشطة

فيما يتعلق بتدفق الطاقة الكهربائية ثنائي الاتجاه في شبكات التوزيع مع مرحلات التيار الزائد الهيكلية القائمة على الحلقات (DOCRs) والتي توجد عادة في هذه الشبكات، ومع ذلك؛ فإن تنسيقها يشكل تحدياً برمجياً معقداً، مما ينتج عنه وقت تعثر أعلى للمرحلات.

كما يلعب نظام حماية الاستجابة السريعة دوراً حيوياً في تقليل مستوى تلف معدات الطاقة ومنع الانفصال عن وحدة التغذية غير المقصودة أو التوليد الموزع (DG) وتقليل احتمالية عدم الاستقرار وحتى تحسين مقاييس جودة الطاقة لكهربائية، لذلك؛ فإن خطة الحماية السريعة لها أهمية حيوية في هذه الشبكات الكهربائية.

حتى الآن، سعى العديد من الباحثين إلى معالجة العقبات التقنية لمرحلات التيار الكهربائي الزائد، وبهذه الطريقة تم استخدام طرق التجربة والخطأ، ونظراً لارتفاع عبء الحساب، لن تكون هذه الطرق مناسبة للتطبيقات العملية؛ فإنه يتم أيضاً فحص طرق البرمجة الخطية، حيث أن الحاجة إلى التخمين الأولي هي القيد الرئيسي لهذه الطرق مما يزيد من احتمال الاصطياد في الحدود الدنيا المحلية.

لذلك يتم تطبيق خوارزميات الذكاء الاصطناعي والمستوحاة من الطبيعة للرد على التحدي المنسق، علاوة على ذلك، تم استكشاف دراسة مقارنة لتسليط الضوء على أفضل خوارزمية التحسين لتنسيق (DOCR)، وذلك للهروب من الحدود الدنيا المحلية وتعزيز المقاييس الفنية لتنسيق الحماية، بحيث تم اعتماد أساليب مختلفة، وذلك إلى جانب الهدف الرئيسي.

دور المرحلات الكهربائية في دعم مخطط الحماية السريع

كما تقدم المرحلات العددية الكثير من الميزات التي تمهد الطريق لإطلاق استراتيجيات تنسيق مختلفة، بحيث تسمح هذه المرحلات الكهربائية للمستخدمين بتجهيز خصائص الوقت الحالي التعسفي بيانياً أو في شكل، وذلك بناءً على نشر هذه المرحلات، بحيث يتم استخدام خصائص قياسية مختلفة في عملية التنسيق الممتدة.

ومن خلال نشر هذه المرحلات؛ فإنه يتم زيادة المرونة في الترحيل، مما يساعد على إنتاج نظام حماية سريع الاستجابة، ومع ذلك تتطلب هذه المخططات استبدال جميع المرحلات التقليدية بأخرى رقمية، كما تم تحسين أداء نظام الحماية على أساس المراقبة واسعة النطاق، وفي الوقت نفسه يزيد استخدام روابط الاتصال من مخاطر فشل ترحيل النسخ الاحتياطي.

في هذا الطرح؛ فإن الهدف الرئيسي هو تقليل وقت تعثر (DOCRs) في شبكات التوزيع النشطة القائمة على الحلقات، وفي البداية تم الكشف أن (DOCRs) تعتبر عالقة في سلاسل مختلفة من هذه الشبكات، كما تمثل هذه السلاسل عقبة شديدة أمام اتباع حماية الاستجابة السريعة، لذلك تم اقتراح مخطط حماية سريع يستغل المرحلات المساعدة لكسر السلاسل في الحلقات المقابلة.

كما تساعد المرحلات المساعدة على تخفيف أشد قيود السلاسل في عملية التنسيق، وبالتالي توفر مساحة تحسين أبسط. وبالتالي، بحيث ينتج عن التبسيط نظام حماية أسرع، وذلك على الرغم من أن الاسترخاء المذكور يأخذ بعض مرحلات النسخ الاحتياطي التقليدية بعيداً عن عملية التنسيق، إلا أن المرحلات المساعدة تقف كمرحلات احتياطية جديدة في المخطط المقترح.

علاوة على ذلك، ولتجنب سوء تشغيل المرحلات في المخطط المقترح، يتم استخدام روابط الاتصال ذات النطاق الترددي المنخفض بشكل صحيح، وذلك بدلاً من مرحلات النسخ الاحتياطي التقليدية في القيود المخففة ويتم تنسيق المرحلات المساعدة مع المرحلات الأولية المقابلة في عملية التنسيق.

لذلك، تعتبر روابط الاتصال ذات النطاق الترددي المنخفض لمنع النسخ الاحتياطية التقليدية، وفي المخطط المقترح، يتم وضع المرحلات المساعدة وتعديلها على النحو الأمثل، بحيث يمكن سرد المساهمات الرئيسية للخطة المقترحة على النحو التالي:

• يتم إجراء تحليل قائم على التوضيح لإظهار أن (DOCRs) عالقة في سلاسل مختلفة من الشبكات القائمة على الحلقات، والتي تمثل عقبة أمام اتباع حماية الاستجابة السريعة.

• تم تصميم مخطط حماية سريع لشبكات التوزيع ذات الهيكل القائم على الحلقة بناءً على نشر (DOCRs) المساعدة.

• يتم وضع المرحلات المساعدة على النحو الأمثل لتخفيف أشد القيود دون تعريض الموثوقية للخطر.

• لتجنب المساومة على منحنيات التوافق، يتم استخدام نهج التنسيق متعدد النقاط.

• تم تحقيق انخفاض ملحوظ في الأوقات الإجمالية لانطلاق المرحل.

وصف المشكلة من خلال التحليل الدقيق لشبكات التوزيع

يتم إجراء تحليل مستند إلى التوضيح لإظهار أن (DOCRs) يعمل في سلاسل من الشبكات القائمة على الحلقات تشكل عقبة أمام متابعة حماية الاستجابة السريعة، بحيث يوضح الشكل التالي (1) نظام اختبار بسيط قائم على حلقات ثلاثية الحافلات للتحقيق في عدم الكفاءة المذكورة في هذه الشبكة، بحيث تكون أزواج المرحلات (R5 ،R1)، (R1 ،R3)، (R3 ،R5) في سلسلة في السلسلة الأولى وأزواج المرحلات (R2 R6)، (R4 ،R2)، (R6 ،R4) في سلسلة في السلسلة الثانية.

كما تم افتراض أن جميع الخطوط وأحمال المولدات والمغذيات هي نفسها، وبالتالي؛ فإن تدفق الطاقة المصاحب في الخطوط وسعة الدائرة القصيرة في نفس النقاط من الخطوط ستكون هي نفسها، على سبيل المثال، النقاط (A و B و C)، وذلك كحل بسيط خاصةً إذا كان تيار الالتقاط لـ (DOCRs IP) هو تعتبر نفسها، كما سيكون من المستحيل تلبية مهام التنسيق بين المرحلات.

حيث أن تنسيق المرحلات يتعلق بالاتجاه الموضح في الشكل التالي (1)، حيث تكون المرحلات ملونة باللون الأخضر وهي اتجاهية، لذلك السلاسل في اتجاهين متعاكسين، كما يكون اتجاه كل سهم من مرحل احتياطي إلى المرحل الأساسي المقابل، لذلك تعتبر اتجاهات الأسهم من (R3) إلى (R5)، كذلك (R1) إلى (R3) و (R1) إلى (R5) في السلسلة الأولى.

وبالمثل؛ فإن اتجاهات الأسهم من (R2) إلى (R4)، كذلك (R4) إلى (R6) و (R6) إلى (R2) في السلسلة الثانية، لذلك بالنسبة للخطأ المتوقع عند النقطة (A)، لذلك يجب أن يعمل (R1) كمرحل أولي مدعوم بـ (R3).

ومن ثم لتلبية الفاصل الزمني الحرج (CTI) بين هذه المرحلات؛ فإنه يجب وضع خاصية الوقت الحالي لـ (R3) فوق خاصية (R1) الموضحة في الشكل  التالي (2).

ونظراً للافتراض المذكور أعلاه، وبالنسبة للأعطال عند النقاط (A و B و C)؛ فإن جميع أزواج المرحلات تواجه نفس التيارات الخاطئة، لذلك بالنسبة للخطأ المحقون عند النقطة (C)، لذلك يجب أن يعمل (R3) كمرحل أولي مدعوم من (R5)، وفي وقت لاحق ولضمان مهمة انتقائية بين هذه المرحلات؛ فإنه وضع الخاصية الزمنية للتيار (R5) فوق خاصية (R3) كما هو موضح في الشكل السابق (2).

وفي نفس الظروف  يجب وضع (R1) فوق (R5)، ومع ذلك؛ فإن خاصية (R1) تكون أقل من (R3)، وبالمثل يكون (R3) أقل من (R5)، لذلك من المستحيل أن تكون خاصية (R1) في مكانين مختلفين في وقت واحد، وذلك بعيداً عن الحالة الحرجة، بحيث سيكون التنسيق بين المرحلات ممكناً لسببين، وهما أولاً في الشبكات العملية، بحيث تختلف تيارات الأعطال في نقاط التنسيق، وثانياً من الممكن اختيار مختلف (IP) للمرحلات الكهربائية.