مخطط الحماية الكهربائية لخط النقل المعوض UPFC

أهمية مخطط الحماية الكهربائية لخط النقل المعوض UPFC

في هندسة الطاقة، يجب أن يكون نظام النقل موثوقاً وفعالاً لجعل نظام الطاقة مستقراً وله حالة اقتصادية جيدة، لذلك لا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال أنظمة الحماية عالية السرعة ضد أعطال خط النقل، ومع ذلك تتأثر مخططات الحماية هذه بأجهزة التعويض المستخدمة لتعزيز قدرة نقل الطاقة وجودة الطاقة، كما أنها تشتمل هذه الأجهزة على معوض السلسلة المتزامن الثابت (SSSC) والمعوض المتزامن الثابت (STATCOM).

كذلك وحدة التحكم في تدفق الطاقة الكهربائية الموحدة (UPFC) والمعوض المتغير الثابت (SVC)، وما إلى ذلك من بين هذه الأجهزة خاصةً (UPFC) الذي يجمع بين ميزات (STATCOM) و (SSSC) كما أن لديه أداء متعدد الاستخدامات وهيكل معقد، لذلك يؤثر وجود جهاز تعويضي في حالة الانقطاع على قيم التيار والجهد عند نقطة الترحيل، مما قد يؤدي إلى الوصول الزائد أو عدم الوصول في حالة الحماية التقليدية للمسافة.

كما يرجع ذلك إلى التغيير في الممانعة الظاهرة، والتي تتأثر من خلال إشارات الجهد والتيار الكهربائي التي يتم حقنها بواسطة (UPFC)، ومن ثم هناك حاجة لاستكشاف قدرة معالجة الإشارات وتقنيات الذكاء الاصطناعي، والتي يمكن أن تتغلب على قيود نظام الحماية التقليدية عن بعد.

تحديات الحماية في حقائق خطوط النقل المعوّضة

لحماية خطوط النقل، يتم استخدام مرحلات المسافة التي تعمل على أساس قياس الممانعة الظاهرة من نقطة الصدع، وذلك على الرغم من أن أجهزة (FACTS) توفر مزايا مختلفة  أن لها تأثيرات سلبية أيضاً على عمل المرحل، والذي تم تفصيله في الأقسام التالية:

جهاز تأثير سلسلة الحقائق (SSSC)

يمكن تلخيص تأثير SSSC على نظام حماية خط النقل على النحو التالي:

• يمكن تركيب (SSSC) في المحطة الفرعية أو في منتصف الخط كمعوض لنقطة الوسط. تؤثر (SSSC) على نظام الحماية حسب موقعها، بحيث لا يؤثر (SSSC) على نظام حماية الخط إذا لم يكن موجودًا في حلقة الأعطال.

• يتم توصيل (SSSC) في سلسلة مع خط النقل ويعمل في وضع التشغيل السعوي والاستقرائي لذا؛ فإنه يظهر تأثيرات واسعة النطاق وتحت تأثير في نهاية الترحيل.

• يمكن أن تحدث مشكلة انعكاس الجهد الكهربائي أيضاً إذا كان التفاعل السعوي أكبر من التفاعل الحثي في حلقة الخطأ بسبب وجود (SSSC).

• يتأثر موقع محول الجهد (VT) أيضاً بوجود (SSSC) في النظام، وللحصول على أقل تأثير لـ (SSSC) على الحماية عن بعد؛ فإن محول الجهد أمام (SSSC) هو الموقع المفضل.

تأثير جهاز حقائق التحويل (STATCOM)

يمكن تلخيص تأثير (STATCOM) على نظام حماية خط النقل على النحو التالي:

• إنه يؤثر على مسافة الترحيل عن طريق تغيير قياس الممانعة الظاهر مما يؤدي إلى تجاوز وتحت الوصول إلى التتابع.

• يؤدي وجود (STATCOM) في نظام النقل إلى زيادة وقت تشغيل المرحل الكهربائي من أقل من دورة واحدة إلى (5-7) دورات.

• في حالة حدوث خطأ غير متماثل في نظام تعويض (STATCOM)؛ فإن تجربة جهد الطور الخاطئ تحت تأثير الجهد بينما تزداد الفولتية في الأطوار الصحية بسبب التعويض الزائد بواسطة (STATCOM)، ونتيجة لذلك قد تواجه المرحلة الصحية تياراً عالياً وقد يؤدي مرحل التيار الزائد إلى حدوث خطأ.

تأثير الجهاز المركب (UPFC)

(UPFC) هو مزيج من (SSSC) (جهاز متسلسل) و (STATCOM) (جهاز تحويل)، لذلك فهو يؤثر على نظام الحماية بطريقة أكثر تعقيداً، كما يمكن أن تستهلك (UPFC) كلاً من الطاقة النشطة والقدرة التفاعلية، حيث أن تأثير وجود (UPFC) على حماية الخط هو كما يلي:

• من بين أجهزة (FACTS) المختلفة، يتم تقييد استخدام وحدة التحكم في تدفق الطاقة الموحدة (UPFC) في شبكة نظام الطاقة نظراً لسلوكها الديناميكي، بحيث يتم ملاحظة (UPFC) بشكل عام لخلق مشاكل تتعلق باستقرار ووظائف أنظمة الحماية.

• كجهاز (FACTS) من الجيل الثالث، حيث يعد Unified Power Flow Controller) (UPFC)) وسيلة فعالة للتحكم في حالة شبكة الطاقة، كما تحتاج فقط إلى تغيير قواعد التحكم لتحقيق تعويض التحويلة وتعويض السلسلة وتحويل الطور وتنظيم الجهد.

• (UPFC) لها تأثير أكبر على المقاومة الظاهرة، كما ويرجع ذلك إلى الحقن النشط للطاقة واستهلاكها من قبل كل من (SSSC) و (STATCOM).

• عندما تقوم (UPFC) بحقن طاقة تفاعلية في النظام، يتم تشغيلها مثل مكثف متسلسل وتنخفض الممانعة الظاهرة، وفي هذه الحالة يتجاوز مرحل (Mho)، وعندما تستهلك طاقة تفاعلية من النظام ، كما يتم تشغيلها مثل محاثة متسلسلة وتزيد الممانعة الظاهرية وتجاوزات ترحيل (Mho).

• إذا ظهرت (UPFC) في حلقة الخطأ؛ فإنها ستؤثر على كل من الحالة المستقرة والمكونات المؤقتة في الفولتية والتيارات المقاسة، وبالتالي تؤثر على الممانعة الواضحة التي تراها حماية المسافة.

• زحف الحمل الكهربائي وتأرجح السلطة.

النظام المقترح ومعاييره

تمت محاكاة نظام الإرسال المعوض بـ (UPFC)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي، وباستخدام برنامج (MATLAB / SIMULINK) وداخله باستخدام صندوق أدوات (simpowersystem)، كما يعد تصنيف خط النقل (TL) هو (500) كيلو فولت، (60) هرتز ويتم وضع (UPFC) في منتصف (TL)، كذلك تم توضيح المعطيات المطلوبة لمحاكاة كل فدرة في الجدول التالي مثل مصادر التيار المتردد وطول الخط ومتطلبات خط النقل وجهاز تعويض (UPFC) (STATCOM و SSSC).

ولحساب مؤشر الخطأ وخوارزمية اتخاذ القرار، تمت كتابة البرنامج في محرر (MATLAB)، كما وتم إجراء التحليل لدراسات الحالة المختلفة عن طريق تصدير البيانات من (SIMULINK)، وذلك عن طريق محاكاة النموذج في كل مرة لحالة جديدة وإنشاء بيانات مختلفة، وبالنسبة لدراسات الحالة، يمكن تفسير استراتيجية المحاكاة المطلوبة بالخطوات التالية:

• يمكن أن يتنوع نوع الخطأ من كتلة الخطأ المستخدمة في النموذج عن طريق اختيار نوع المرحلة المعيبة.

• يمكن أن يتنوع موقع الخطأ من خلال توصيل كتلة الصدع بين كتل خطوط النقل ذات الأطوال المختلفة.

• يمكن تغيير مقاومة الخطأ في كتلة الخطأ باستخدام سمة “مقاومة الخطأ”.

• يمكن أن ينعكس اختلاف زاوية وقوع الخطأ عن طريق تحويل الزاوية إلى وقت والاحتفاظ بها كوقت وقوع الخطأ.

• للنظر في تأثير التلوث الضوضائي، تتلوث الإشارات الحالية بضوضاء (SNR) مختلفة باستخدام الأمر “awgn” للضوضاء.

• لتأثير تبديل الحمل، يتم توصيل كتل الحمل الاستقرائي والسعوي في النقطة الفرعية (2) بتصنيفات تصل إلى (10٪) و (20٪) من الطاقة المقدرة.

• للنظر في تأثير تردد أخذ العينات، يتم تسجيل الإشارات بترددات عينات مختلفة من نموذج المحاكاة عن طريق تغيير سمات كتلة “إلى مساحة العمل”.

وأخيراً تم تطوير تقنية حماية تعتمد على (WAN) للكشف عن الظروف المعيبة وتصنيفها وتحديد موقعها على خط النقل الكهربائي الذي يعمل مع (UPFC)، بحيث تتم مقارنة التحلل التقريبي للإشارات الحالية، وهي المحسوبة على مدى ربع دورة، وذلك من حيث معاملات (AL) لاكتشاف الأخطاء وتصنيفها.