مراقبة التردد الكهربائي والتحكم فيه أثناء استعادة نظام القدرة

أهمية وضرورة مراقبة التردد الكهربائي والتحكم فيه:

تعتبر مشكلة استعادة أنظمة الطاقة بعد “انقطاع التيار الكهربائي” الكامل أو الجزئي قديمة قدم صناعة الطاقة نفسها، كما تعد استعادة نظام الطاقة بعد انقطاع التيار الكهربائي مشكلة معقدة وحساسة وتستغرق وقتاً طويلاً.

بحيث يتطلب استعادة النظام بعد انقطاع التيار الكهربائي التنسيق بين الوحدات والأحمال ونظام النقل والخصائص المرتبطة بها، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يجب مراعاة القيود المختلفة المفروضة في إنشاء خطط الاستعادة، في الوقت الحاضر، توفر التقنيات الجديدة قدرات جديدة قوية في مجالات مثل تحليل النظام على نطاق واسع والاتصالات والتحكم وإدارة البيانات والذكاء الاصطناعي والتخصصات المرتبطة.

كما يعد التخطيط لاستعادة نظام الطاقة مشكلة توافقية، بحيث تتضمن هذه المشكلة أيضاً قيوداً وشروطاً تجعل الأمر أكثر تعقيداً، وذلك بالنسبة للمشغلين للحكم على تقديمها، كذلك لم يتم تطوير نظام لتقديم إجابات لهذه المشكلة بسرعة كافية مناسبة للتطبيقات العملية باستخدام التقنيات التقليدية مثل خوارزميات التحسين.

حيث تعد الاستعادة السريعة لنظام الطاقة بعد انقطاع التيار الكهربائي جزءاً مهماً من تشغيل النظام، وفي المراحل الأولى من استعادة نظام الطاقة؛ فقد تكون وحدات البدء السوداء ذات أهمية قصوى؛ لأنها ستنتج الطاقة للأجهزة المساعدة للوحدات الحرارية بدون إمكانيات بدء التشغيل باللون الأسود، وعادة ما تكون وحدات البداية السوداء هي تلك التي تحتوي على توربينات احتراق أو وحدات كهرومائية.

التردد هو ركيزة مهمة في أنظمة الطاقة، والتردد الدقيق المقاس في الوقت الحقيقي مرغوب فيه للغاية لفهم ديناميات أنظمة الطاقة، وطوال فترة استعادة نظام الطاقة؛ فقد تكون الخطوات الكبيرة جداً لتحميل مولدات الطاقة عرضة للتسبب في مراحل حماية التردد وبالتالي إطالة العملية الكاملة لاستعادة نظام الطاقة.

وغالباً ما يهتم المشغلون بحجم خطوات التحميل لمولدات الطاقة ولكن في الوقت الحاضر، بحيث يؤدي إدخال نظام قياس المنطقة الواسعة (WAMS) الذي يستخدم وحدات قياس المراحل (PMUs) إلى مراقبة نظام الطاقة والتحكم فيه عبر الإنترنت.

أهمية جعل نظام التحكم بالتردد أكثر فاعلية:

من الضروري جعل نظام التحكم في التردد الكهربائي أثناء استعادة نظام الطاقة أكثر فاعلية، الأمر الذي يتطلب موقع وحجم جميع الأجيال والأحمال، وذلك أثناء استعادة نظام الطاقة، بحيث يتغير كل من ملفات التوليد والحمل باستمرار، ولكن الأساليب التقليدية للتحكم في التردد والحماية لها نقطة ضبط واحدة فقط لجميع السيناريوهات.

حيث يعد تحسين تحميل مولدات الطاقة غير المتصلة بالإنترنت ممارسة شائعة لمرافق الطاقة الكهربائية من أجل منع الاختلال الخطير بين الحمل والتوليد وانحرافات التردد القوية أثناء عمليات ترميم نظام الطاقة، كما يتمثل العيب الرئيسي في الأساليب التقليدية للتحكم في التردد أثناء استعادة نظام الطاقة في أن أجهزة الحماية المحلية ليس لديها طريقة عرض للنظام، وبالتالي فهي غير قادرة على اتخاذ إجراءات محسنة ومنسقة.

وحتى في حالة التحكم في التردد والمراقبة، وحيث يكون التردد نفسه مؤشراً للنظام؛ فإنه يتم اتخاذ الإجراءات محلياً، وذلك وفقاً لقواعد التصميم المحددة مسبقاً، حيث سيؤدي القيام بإجراءات غير مناسبة أثناء استعادة نظام الطاقة، خاصة في المراحل المبكرة إلى إطالة العملية الإجمالية.

كما يعد تحميل المولدات أحد أهم المعلمات التي يجب إدارتها مع مراعاة “قيود تشغيل نظام الطاقة” وخصائص الحمل وما إلى ذلك، كذلك لا يمكن أن تضمن الجدولة في وضع عدم الاتصال لالتقاط تحميل المولدات عدم تسبب الإجراءات في مزيد من المشاكل.

كما توجد هناك ضرورة لتطوير نهج للتحكم في التردد والمراقبة أثناء استعادة نظام الطاقة على أساس (WAMS)، والتي يمكنها تخصيص خوارزميات التحكم في التردد ديناميكياً؛ استجابة لأي حالة من حالات النظام، كما يعتبر التنسيق المناسب لخصائص تشغيل نظام الطاقة، وخاصة خصائص (WAMS) التي تواجه التحكم في تردد نظام الطاقة ومراقبته وتخطيط استعادة نظام الطاقة هو الهدف الرئيسي للورقة.

وعادةً ما يكون النهج المقدم والذي يتكون من نمذجة الحمل التفصيلية وتحسين التحميل لمولدات الطاقة هو منع الاختلال الخطير بين الحمل والتوليد وانحرافات التردد القوية من خلال ترميمات نظام الطاقة بسرعة ودقة مقبولتين عملياً، وذلك مقارنةً بأساليب استعادة نظام الطاقة التقليدية التي تستخدم تحسين التحميل لمولدات الطاقة غير المتصلة بالنظام.

كما يوفر استخدام (WAMS) تنبؤ نظام التشغيل بحمل دقيق عملياً ونمذجة توليد، وذلك من أجل تحقيق نموذج تحميل مفصل، بحيث يتم استخدام نهج نمذجة الحمل الثابت، كما يتم أيضاً تنفيذ نمذجة مولدات الطاقة باستخدام الماكينة الفردية المكافئة لنظام الطاقة، وذلك استناداً إلى قياسات وحدة إدارة المشروع، بحيث لا يمكن تحقيق هذه الدرجة العالية من الدقة في نمذجة الحمل وتوليد الطاقة بدون استخدام (WAMS).

أيضاً يؤدي التنسيق المناسب لنماذج الحمل وتوليد الطاقة إلى تقدير معقول لاختلال توازن الطاقة النشط وتردد الحالة المستقرة، وذلك باستخدام نفس النموذج، بحيث يمكن حساب مقدار التقاط الحمل أو زيادة التوليد المطلوبة للحفاظ على التردد ضمن النطاقات المسموح بها.

كما يتم دراسة مولدات الطاقة بناءً على النماذج الكلاسيكية المرتبطة بها، بحيث يتم تقدير الجهد الداخلي للمولدات والمفاعلة وزاوية طور الدوار باستخدام قياسات (PMU)، كما يمكن الحصول على القوة الميكانيكية وثابت القصور الذاتي وثابت التخميد من خلال تركيب خطأ مربع على الأقل في معادلات التأرجح للنظام متعدد الآلات.

أيضاً يتكون النهج المقترح للتحكم في التردد والمراقبة خلال المراحل المبكرة من استعادة نظام الطاقة مع الأخذ في الاعتبار نهج (WAMS) من خطوتين، وهما:

• إعداد نموذج مكافئ للآلة الواحدة استناداً إلى قياسات وحدة إدارة المشروع وتقدير اختلال توازن الطاقة النشط والتنبؤ بالحالة المستقرة تكرر.

• يمكن استخدام نفس النهج بنجاح لتحديد مقدار التقاط الحمل أو زيادة التوليد المطلوبة للحفاظ على التردد، وهذا النموذج قابل للتطبيق بشكل كبير لتقييم انحرافات التردد أثناء التخطيط لاستعادة نظام الطاقة عندما لا يكون هناك وقت كافٍ لاستخدام نمذجة مفصلة للتحكم في تردد نظام الطاقة.

وأخيراً؛ فإن النهج المقترح لمراقبة تردد نظام الطاقة والتحكم فيه أثناء استعادة نظام الطاقة يساعد مشغل نظام الطاقة أثناء عملية الاستعادة، وذلك نظراً لأن الاستعادة يجب أن تكون آمنة وسلسة وسريعة، كما يجب أن يكون هذا النهج قادراً على التنبؤ بسرعة ودقة بتذبذبات التردد وضبط تحميل المولدات بحيث تكون مخاطر التشغيل في أدنى حد ممكن.

وفي المراحل المبكرة من استعادة نظام الطاقة، حيث يوجد عدد قليل من مولدات الطاقة المربوطة بالخدمة وتكون الأنظمة الفرعية عرضة لأن تكون غير مستقرة، حيث أن المراقبة والتحكم غير المناسبين في تردد نظام الطاقة؛ خاصة في مثل هذه المراحل، سوف يطيل العملية الإجمالية لاستعادة نظام الطاقة.