مشاكل مراقبة التردد الكهربائي والتحكم فيه

الوقوف على مشاكل مراقبة التردد الكهربائي والتحكم فيه:

استقرار التردد هو مصدر قلق كبير في تشغيل أنظمة الطاقة، وبعد الاضطرابات الشديدة، مثل إدخال كتلة تحميل أو زيادة القدرة الميكانيكية لمحطة توليد كبيرة؛ سيتغير متوسط تردد النظام، خاصةً إذا لم يتم إيقاف انخفاض التردد قبل أن يصل التردد إلى (47-48) هرتز في نظام (50) هرتز.

كما يتم تعطل الوحدات الحرارية لتجنب الضرر الناجم عن التشغيل المطول تحت التردد وهذا يؤدي إلى تفاقم الوضع، وفي هذه الحالات؛ فإنه قد يكون من الضروري فصل الأحمال للحفاظ على سلامة النظام، لذلك تعتبر قيم العتبة النموذجية هي (48-48.5) هرتز لنظام (50) هرتز.

ومن المعروف أن عدم تطابق القدرة النشطة بعد إضافة القدرة الميكانيكية للمولد أو إدخال خطوة تحميل يمكن حسابه من المعدل الأولي لتغير التردد وثابت القصور الذاتي للنظام وفقاً للعلاقة التالية:

ومن المعروف أن المعدل الأولي لتغيير التردد يتناسب مع اختلال توازن الطاقة، ويعتمد أيضاً على قصور نظام الطاقة الكهربائية، وأيضاً؛ فإن قيم الحد الأدنى للتردد وتردد الحالة المستقرة الجديد التي يتم الوصول إليها أثناء العملية المؤقتة لتحميل المولد تتناسب مع اختلال توازن الطاقة وتعتمد على الخصائص الديناميكية لمعدات وأحمال نظام الطاقة.

ويمكن استخدام عدم تطابق “الطاقة النشطة” كمؤشر لمقدار الحمل النشط الذي يجب استعادته من أجل توفير إنشاء تردد أعلى من القيمة المستهدفة، على سبيل المثال، (48.5) هرتز أو مقدار زيادة توليد الطاقة من أجل توفير إنشاء التردد أقل من القيمة المستهدفة، على سبيل المثال، (53) هرتز، ومن الجدير بالذكر أن مولدات الطاقة عادة ما تكون مجهزة بمرحلات واقية أو أنواع أخرى من أجهزة الحماية لفصلها عن الخط إذا تجاوز التردد 106٪ أو انخفض إلى أقل من 97٪.

كما يعتمد النهج المقترح للتحكم في التردد أثناء استعادة نظام الطاقة على أساس (WAMS)، والمبني على التنبؤ باستقرار التردد الكهربائي، كما تتجنب قدرات (WAMS) عيوب الأساليب التقليدية، أيضاً يعتمد اتخاذ القرار بشأن إجراءات التحكم في النهج المقترح على القياسات عبر الاتصال المباشر، وذلك من خلال وحدات إدارة المشروع و (WAMS) بدلاً من الافتراضات المتحفظة غير المتصلة بالشبكة الكهربائية.

ومن أجل الحفاظ على التردد ضمن حدود معينة؛ فإنه يتم استخدام النموذج المكافئ للآلة الواحدة الذي يتم اشتقاقه عبر الشبكة للتحكم في تردد نظام الطاقة ومراقبته وأيضاً لحساب كمية الزيادة في الحمل أو التوليد الضرورية في المراحل المبكرة من استعادة نظام الطاقة، ومن الجدير بالذكر أن النهج المقدم قابل للتطبيق تماماً في حالة حالات التوليد الغنية حيث يحدث التردد الزائد وإجراءات التحكم تزيد من تحميل نظام الطاقة وبالتالي حالات الحدوث تحت التردد.

كما قد يتغير ثابت القصور الذاتي للنظام بشكل مكثف في مراحل مختلفة من استعادة نظام الطاقة، حيث يستخلص النهج المقدم ثوابت القصور الذاتي للمولدات عبر الشبكة، ومن خلال (WAMS) يتم تقدير حساسية تردد الحمل والجهد عبر الشبكة، ومن خلال المراحل الأولية التي تلي حدوث اضطراب ويتم تضمينها في نموذج النظام الذي يعتمد عليه نهج التحكم في التردد والمراقبة.

الاستعادة المتوازية لنظام الطاقة على أساس قيود (WAMS):

يعتبر استعادة نظام الطاقة هو إجراء لضمان المولدات وخطوط النقل والأحمال في أقل وقت دون التسبب في أضرار لمعدات نظام الطاقة والعملاء، كما أن هناك استراتيجيات مختلفة لاستعادة نظام الطاقة، بحيث يتم تقديم زوج من هذه الاستراتيجيات، وهما استراتيجية “البناء” لإعادة تنشيط الشبكة قبل إعادة مزامنة المولدات واستراتيجية “البناء” لاستعادة الأجزاء المنفصلة والمسماة “بالجزر”، وبعد ذلك سيتم ربطها ببعضها البعض.

وفي العديد من الأنظمة؛ فقد تكون الاستعادة المتوازية مفيدة بسبب الانخفاض الملحوظ في مدة الاستعادة وتكاليف التعتيم، وكلما زاد العدد الإجمالي “للجزر”؛ كلما كانت المدة الصافية لاستعادة نظام الطاقة أقصر.

حيث تؤدي استراتيجية “البناء” هذه إلى عملية استعادة نظام الطاقة التي تؤدي إلى استعادة ملحوظة تلبي قيود تشغيل نظام الطاقة المرتبطة، وأيضاً وبناءً على قيود تشغيل (WAMS)؛ فإنه يجب أن تكون كل جزيرة قابلة للرصد بشكل كامل.

دعم الجيل الأدنى من الجزر:

يجب أن يكون هناك طلب نشط كافٍ لدعم الحد الأدنى من توليد الطاقة في كل جزيرة:

حيث أن المتغيرات الرياضية [PG(min) & PD]، من أجل الوقوف على الحد الأدنى من توليد الطاقة والطلب على الجزر بأكملها على التوالي.

جعل جميع الجزر جديرة بالملاحظة:

تفيد المصفوفة التالية التالي، بأن جميع الجزر يجب أن تكون قابلة للرصد:

حيث أن:

(Aj): هي مصفوفة اتصال الشبكة للجزيرة (j).

(Wj): هو متجه المتغير الثنائي للجزيرة (j).

(K): هو عدد الصفوف والأعمدة لكل جزيرة.

نهج مراقبة الترددات المقترحة والتحكم فيها:

يتكون تنفيذ النهج المقترح من خطوتين؛ ففي البداية، يتم تشكيل النموذج المكافئ للماكينة الواحدة لكل جزيرة نظام طاقة بناءً على قياسات وحدة إدارة المشروع، وفي الخطوة التالية، يقدر النموذج عدم توازن الطاقة النشطة في الجزر ويتنبأ أيضاً بتردد الحالة المستقرة، وذلك باستخدام نفس النموذج، بحيث يمكن حساب مقدار التقاط الحمل أو التوليد، وهو المطلوب للحفاظ على التردد ضمن النطاقات المسموح بها.

نمذجة النظام:

يعتمد نهج مراقبة ومراقبة التردد المقترح على نموذج المولد الفردي لكل جزيرة نظام طاقة (أي النموذج الكلاسيكي، وفي النموذج الكلاسيكي؛ فإنه يمكن نمذجة المولد المتزامن كمصدر جهد داخلي ثابت خلف التفاعل، كما يتم تقدير قيم الجهد الداخلي للمولدات والمفاعلة وزاوية الطور الدوار بناءً على قياسات وحدة إدارة المشروع.

كما يمكن الحصول على القوة الميكانيكية وثابت القصور الذاتي و”ثابت التخميد” من خلال تركيب خطأ مربع على الأقل في معادلات التأرجح للنظام متعدد الآلات، حيث أن الصياغة التفصيلية لعملية تقدير المعلمات هذه بناءً على طريقة التربيع الأدنى باستخدام عينات مستمرة من قياسات وحدة إدارة المشروع.

بناءً على التمثيل الكلاسيكي للمولدات المتزامنة؛ فإنه يمكن تقديم القوة النشطة والمتفاعلة المرتبطة بها على النحو التالي:

المعادلة السابقة هي أساس تقدير معطيات المولدات المتزامنة، ولكل مولد؛ فإنه يتم الحصول على مجموعة من أطوار الجهد الطرفي والقدرات النشطة والمتفاعلة المحقونة من قياسات وحدة إدارة المشروع، وهناك مجموعة من القياسات الخاصة (بما في ذلك القياسات المباشرة والبيانات المستمدة من تقديرات حالة نظام الطاقة) عند طرف المولد.

وأخيراً، لم تتم معالجة مراقبة التردد والتحكم فيه أثناء استعادة نظام الطاقة بقوة حتى الآن، لأنه غالباً ما يهتم المشغلون بحجم الحمولة والتوليد، والتي يمكن زيادتها بأمان. ولكن في الوقت الحاضر، بحيث يتيح إدخال (WAMS) مراقبة استقرار نظام الطاقة عبر الإتصال بالشبكة.

وبناءً على فوائد تشغيل (WAMS)؛ فإنه تم تحسين أساليب التحكم في تردد نظام الطاقة، كما يتم تقديم طريقة جديدة للتحكم في التردد والمراقبة خلال المراحل المبكرة من استعادة نظام الطاقة مع الأخذ في الاعتبار نهج (WAMS) والذي يستخدم نمذجة تحميل دقيقة. هذا النموذج قابل للتطبيق بشكل كبير لتقييم انحرافات التردد أثناء تخطيط استعادة نظام الطاقة عندما لا يكون هناك وقت كافٍ لاستخدام نمذجة مفصلة للتحكم في تردد نظام الطاقة.