معاينة المولد أثناء اضطراب الشبكة الكهربائية

ضرورة معاينة المولد أثناء اضطراب الشبكة الكهربائية

تعتمد المدن والبلدات والمجتمعات على الكهرباء التي توفرها المرافق للحفاظ على الموارد الأساسية مثل المستشفيات ومحلات البقالة والشرطة ومراكز الإطفاء العامل، بحيث يمكن أن تتعرض وظائف الشبكة للخطر بسبب الاضطرابات الخارجية واسعة النطاق مثل العواصف والزلازل والهجمات الإلكترونية، وعلى الرغم من أن المولدات الاحتياطية مفيدة للغاية أثناء اضطرابات الشبكة الكهربائية.

إلا أنها تتمتع بقدرات محدودة وتواجه التحدي الصعب المتمثل في توفير الكهرباء أثناء اضطراب الشبكة، والذي قد يستمر من ساعات إلى أيام أو أسابيع اعتماداً على تأثير الانقطاع، كما أن الشبكات الصغيرة هي شبكات موضعية ذات جهد منخفض يمكن أن تنفصل عن الشبكة الكهربائية الرئيسية وتعمل بشكل مستقل.

لذلك تحتوي الشبكات الصغيرة على مصادر جيل متعددة تتعايش ويمكن أن تعمل بالتوازي، كما أن العناصر الرئيسية للشبكات الصغيرة هي عقد الحمل والطلب ووحدات تخزين الطاقة الكهربائية ومصادر التوليد (المتجددة وغير المتجددة) ومفتاح التوصيل البيني ووحدة التحكم و”نظام إدارة الطاقة”، كذلك؛ فإن وضعي التشغيل لشبكة صغيرة هما “الوضع المتصل بالشبكة” و “وضع الجزيرة”.

وعندما تكون في “الوضع المتصل بالشبكة”، لا تزال شبكة المرافق عاملة بمعنى أن جميع المغذيات المزودة يمكن أن تكون كهرباء بواسطة شبكة المرافق أو المصادر المتجددة، ومع ذلك عندما تكون في “وضع الجزيرة” لذلك لم تعد شبكة المرافق تزود الكهرباء، وبالتالي فإن المغذيات المتصلة بالمصادر المتجددة يتم توفيرها بالكهرباء من المصادر المتجددة والمغذيات التي تعتمد بنسبة 100٪ على المرافق المقدمة للكهرباء أصبحت الآن غير نشطة.

وعادةً ما يكون عملاء الكهرباء الذين لديهم منشآت كبيرة ومهمة للغاية والعملاء في المناطق المعرضة “لانقطاع التيار الكهربائي” المتكرر أو لفترات طويلة هم المستفيدون الأكبر من الشبكات الصغيرة، حيث أن هذا يرجع في المقام الأول إلى أمثلة متعددة لمولدات النسخ الاحتياطي في الموقع التي فشلت أثناء الانقطاعات المطولة.

لذلك لقد أثبتت الكوارث الطبيعية أنها تشكل تهديدًا كبيراً لوظيفة الشبكة الكهربائية، ومن الأمثلة الحديثة مثل إعصار ساندي في عام 2012م؛ فقد أجبرت مستشفى كبير في نيويورك على إخلاء 300 مريض بعد أن وفرت المرافق الكهرباء وتعطل المولدات الاحتياطية، لذلك لم يؤثر إعصار ساندي فقط على إمدادات الكهرباء إلى الموارد الأساسية مثل المستشفيات، بل ترك الإعصار أكثر من 285000 عميل بدون كهرباء لمدة أسبوعين تقريباً.

عرض الدراسات الخاصة بالمولد أثناء اضطراب الشبكة الكهربائية

يتم إجراء مراجعة الدراسات لتسليط الضوء على الجوانب الرئيسية الثلاثة لهذا البحث، وهي:

(A. Microgrids) كحل أثناء اضطراب شبكة الطاقة

يقدم الباحثون أمثلة من أجزاء عديدة من العالم حيث تم استخدام شبكة صغيرة في أعقاب كارثة لتوفير إمدادات كهربائية موثوقة، وعلى سبيل المثال في عام 2011م، ساعدت الشبكة الصغيرة في استعادة اليابان من زلزال شرق اليابان، بحيث احتوت الشبكة الصغيرة على ثلاثة أنواع مختلفة من (DG) وتم الاحتفاظ بها في التشغيل بعد سنوات من اكتمال الاستعادة من الزلزال.

كما يوضح هذا المثال قدرة الشبكات الصغيرة على استيعاب المجتمعات عندما تتأثر شبكتها الرئيسية بنوع من اضطراب الشبكة واسع النطاق، وذلك جنباً إلى جنب مع الفوائد التي يمكن للشبكات الصغيرة أن تخدمها خلال الفترات التي تكون فيها الشبكة الرئيسية تعمل بكامل طاقتها.

(RPF) الناجم عن زيادة اختراق (DG) القائم على (PV)

يقدم الباحثون منهجيات وتقنيات جديدة لتحديد التأثير الذي يمكن أن تحدثه أنظمة الطاقة الشمسية (DG) على الشبكة الرئيسية، كما أنها توفر نظرة ثاقبة إلى إطار سياسة إعادة التوطين الذي يمكن أن يحدث من خلال انتشار (DG) القائم على (PV)، بحيث يمكن أن يحدث (RPF) في مستويات القسم والمغذي والمحطة الفرعية بينما يؤثر سلباً على تنسيق الحماية ومنظمات الجهد (VRs).

لذلك قد يؤدي ذلك إلى تعويض حمل وحدة التغذية والتأثير على الإنتاج الزائد نظراً لأن معظم وحدات التغذية الموزعة يتم إعدادها لتدفق الطاقة أحادي الاتجاه. توصي الدراسة بتنظيم (VRs) للسماح بتدفق الطاقة ثنائي الاتجاه لتجنب انتهاكات الجهد الكهربائي، والتي يمكن أن تكون مكلفة بسبب تكلفة تركيب محولات ثنائية الاتجاه داخل نظام توزيع مصمم بالفعل، بحيث يقدم بحثنا طريقة للتخفيف من (RPF) دون الحاجة إلى حساب كميات كبيرة من تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه.

كما تم تقديم دراسة ربط النظام المتجدد، وذلك كجزء من جهد أكبر من قبل وزارة الطاقة، بحيث تتناول الدراسة تحديات تنفيذ مستويات عالية الاختراق من التقنيات المتجددة الموزعة مثل الكهروضوئية، كذلك كان الهدف من البحث هو تحديد الموارد اللازمة لتعويض التقنيات المتجددة عالية الاختراق مع تعزيز تشغيل الشبكة الرئيسية.

وكان محض الدراسة أن تغلغل الكهروضوئية لا يمكن أن يعوض الحمل فحسب؛ بل يتسبب أيضاً في (RPF) في نظام التوزيع، بحيث يمكن أن يتسبب هذا في زيادة الجهد الزائد وزيادة قصر الدوائر وخرق تنسيق الحماية والتشغيل غير الصحيح لمعدات التحكم، كما تنص الدراسة على أن إحدى طرق احتواء (RPF) هي من خلال التعديلات على كمية الطاقة التفاعلية المتولدة.

كما أنه قد يكون من الصعب تنفيذ ذلك بدون شكل من أشكال تنظيم النظام على توليد الطاقة الكهروضوئية عندما تكون الشمس متاحة، بحيث يقدم بحثنا طريقة للتخفيف من التوليد الكهروضوئي الزائد دون دمج تنظيم النظام.

تحسين (DG) في (Microgrids)

تم اقتراح تحسين وضع (DG) للشبكة المصغرة من خلال تحسين سرب الجسيمات للهياكل الاجتماعية المعاد تهيئتها المحسنة، والمعروف باسم (IRS-PSO)؛ فإن الهدف هو تقليل فقد الطاقة الحقيقي ضمن حدود توليد الطاقة الحقيقية والمتفاعلة وحدود الجهد، وذلك عند إعطاء عدد من (DGs)، بحيث يمكن لـ (IRS-PSO) أداء أفضل من تحسين سرب الجسيمات الأساسي وتحسين سرب جسيمات الوزن التكيفي، بالإضافة إلى تحسين سرب الجسيمات الأفضل عالمياً والمحلي والأقرب تقريباً.

ومع ذلك؛ فإن النموذج يحد من عدد (DGs) في كل شبكة صغيرة، مما قد يكون مزعجاً عند النظر في شبكات الطلب الأكبر، بحيث يتطلب نموذج المطوَّر تثبيتاً واحداً على الأقل من (DG) وتحديداً للعدد الإجمالي الذي يتم التحكم فيه من خلال ميزانية المرفق.

كما أنه يتم تقديم طريقة جديدة مدمجة تعتمد على (GA) و (Intelligent Water Drops) لتحسين موقع وسعة (DGs) داخل شبكة صغيرة، كما يوصف (IWD) بأنه خوارزمية تحسين قائمة على السرب تم تطويرها من مراقبة تدفق المياه الطبيعي في الأنهار المتكونة من سرب من قطرات الماء، كما أن الهدف من النموذج هو تقليل فقد الطاقة وتغير الجهد ومؤشر ثبات الجهد داخل الشبكة.

كما أنه تتم مقارنة طريقة (GA-IWD) الجديدة بالخوارزميات التقليدية مثل (GA) العامة وتحسين سرب الجسيمات وطرق البحث المتناغم، كما تظهر النتائج أن طريقة (GA-IWD) تؤدي أداءً أفضل من الطرق المقارنة من حيث جودة الإجابة وعدد التكرارات ووقت التشغيل، حيث أظهرت النتائج أيضاً أن وقت تشغيل (GA-IWD) زاد خطياً مع زيادة عدد (DGs) المثبتة في الشبكة الصغيرة، في حين زادت الطرق التقليدية الأخرى بشكل كبير تقريباً.