نقل ومعاينة التحكم المتعدد لشبكة التوزيع الكهربائية

مع الوصول على نطاق واسع إلى مصادر الطاقة الموزعة في شبكات التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض؛ فقد أصبحت مشكلة عدم كفاية قدرة الاستهلاك المحلي وعدم تطابق شحن المصدر في محطات التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض بارزة، بحيث تمت دراسة استراتيجيات نقل الطاقة والتحكم فيها على أساس جهاز ربط بيني مرن (FID).

استراتيجيات النقل ومعاينة التحكم المتعدد في الشبكة الكهربائية

كجزء مهم من شبكة الطاقة، تواجه شبكة التوزيع مباشرةً مستخدمي الطاقة، كما وسيؤثر أسلوب تشغيلها وأي تغييرات في الحالة على استهلاك الكهرباء للمستخدمين، وبعد التطور السريع لمصادر الطاقة المتجددة وحوافز السياسة لشبكات الطاقة الموزعة في جميع أنحاء العالم؛ لم يتم توصيل مصادر الطاقة الموزعة فقط بالشبكة من خلال محطات الطاقة واسعة النطاق.

كما تم توصيل معظمها مباشرة بالشبكة الكهربائية عبر مناطق توزيع الجهد المتوسط ​​والمنخفض، ومع ذلك تحتوي بعض محطات التوزيع ذات الجهد المتوسط ​​والمنخفض على نسبة كبيرة من الأحمال العشوائية، ولا يمكن امتصاص شبكات الطاقة الموزعة على نطاق واسع، مما يؤدي إلى مشاكل مثل عدم تطابق المكان والزمان بين المصدر والحمل الكهربائي.

وفي ظل هذه الظروف، سيتم إرسال أي طاقة لا يمكن امتصاصها إلى شبكة الجهد العالي المستوى، مما يغير هيكل مصدر الطاقة لشبكة التوزيع ويزيد أيضاً من الخسارة، مما يتسبب في صعوبات في تشغيل وصيانة أجهزة حماية وقياس الترحيل.

وفي مناطق التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض، حظي الاستهلاك المحلي للطاقة الموزعة وعشوائية الحمل باهتمام واسع النطاق في السنوات الأخيرة، بحيث يعني تطوير وتطبيق أجهزة تخزين الطاقة أنه يمكن الآن تخزين الطاقة الكهربائية التي لا يتم استهلاكها في الوقت الفعل، وذلك على الرغم من تكاليف الاستثمار وسعة تخزين الطاقة لبعض محطات توزيع الطاقة ذات الجهد المنخفض.

الدراسات المرتبطة بإجراءات نقل ومعاينة التحكم بالشبكة الكهربائية

أشارت الدراسات في الدراسات إلى فوائد التحكم في التدفق وتعويض القدرة التفاعلية، كما وتنظيم الجهد في ظل ظروف تشغيل الشبكة العادية، بالإضافة إلى عزل الأعطال السريع واستعادة الإمداد في ظل ظروف غير طبيعية، كما تم أيضاً تقديم طريقة لتحديد ما إذا كان (FID) بديلاً قابلاً للتطبيق لاستراتيجيات التحكم في الجهد الأخرى لهذا التطبيق المعين.

كما تم إجراء دراسة حالة تأخذ في الاعتبار الفوائد الاقتصادية لزيادة تغلغل (DG) الممكن، بحيث تم اقتراح طريقة تحكم منسقة لشبكة توزيع هجين (AC / DC) مع (FID)، وذلك على الرغم من أن طريقة التشغيل تحت الفشل لم يتم النظر فيها في هذه الدراسات.

لذلك تهدف هذه الدراسة إلى معالجة مشكلة عدم تطابق الزمكان بين المصدر والحمل في مناطق التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض، وفي ظل ظروف التشغيل العادية، وبناءً على تقنية التوصيل البيني المرن للتيار المستمر؛ فإنه يُقترح استراتيجية تحكم ثنائية الطرف باستخدام (B2B FID)، والتي توفر طريقة نقل الطاقة المناسبة لمناطق التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض.

وبالنظر إلى الأعطال المحتملة في محطتي جهاز التوصيل البيني (DC) المرن، وجنباً إلى جنب مع العملية عندما تكون المحطتان معطلتان؛ تتوفر أوضاع تحكم مختلفة للعاكس مزدوج الطرف من أجل تحقيق نقل الطاقة في ظل ظروف التشغيل العادية وللتخفيف من عدم تطابق المصدر مع الشحن، كما تم اقتراح استراتيجية تحكم تتضمن طريقة تبديل لمحولين مترابطين عند حدوث خطأ في أي من الطرفين.

هيكل ووظيفة جهاز الربط المرن DC

يتم تنفيذ جهاز ربط (DC) مرن بشكل عام على أساس جهاز التحكم الكامل، كما يمكن أن يوفر وضع التحكم في التشغيل المرن للجهاز الإلكتروني للطاقة بنيات وظيفية متنوعة لـ (FID)، بما في ذلك نقل الطاقة في ظل ظروف التشغيل العادية واسترداد الأعطال في شبكة التوزيع، على سبيل المثال طوبولوجيا (B2B FID) هي كما يلي.

كما هو مبين في الشكل التالي (1)؛ فإنه يتم توصيل (FID) بواسطة محول (B2B) من خلال مكثف (DC)، كما أنه يتم تصنيف المحولين على أنهما (VSC1) و (VSC2) على التوالي.، وفي ظل الظروف العادية وظروف الخطأ؛ سيتبنى المحولان أوضاع تحكم مختلفة وتبديل استراتيجي للتحكم الكامل في لحظة الفشل.

كما يوضح الشكل التالي (2) أدناه الهيكل المتصل في شبكات التوزيع ذات الجهد المتوسط والمنخفض.

كما هو مبين في الشكل، فإنه يتم توصيل محطتي توزيع طاقة منخفضة الجهد بواسطة نظام (B2B FID)، بحيث يحتوي (FID) على محول طاقة ثنائي الاتجاه، كما ويمكن لكل من المحطتين (A) و (B) تحقيق نقل ثنائي الاتجاه لتدفق الطاقة عبر (FID)، كما يتم التحكم في العاكسين بواسطة وحدة تحكم مركزية للقدرة النشطة والمتفاعلة.

كما أن هذا ليس ضرورياً فقط لتثبيت جهد التيار المستمر، ولكن يمكنه أيضاً السماح بتشغيل النظام في ظل ظروف الأعطال العادية والجزئية، وفي منطقة معينة قد تكون نفاذية توليد الطاقة الموزعة أعلى، مما ينتج عنه طاقة زائدة، بينما قد يكون للمناطق الأخرى كثافة حمل أعلى.

كذلك يمكن نقل الطاقة إلى المحطتين من خلال وصلة (FID)، مما يحسن من قدرة خرج الطاقة الموزعة ويخفف من نقص الطاقة في المحطة، وعند حدوث عطل في منطقة طرفية واحدة؛ فإنه يمكن للمحطة الأخرى توفير العديد من الأحمال المهمة داخل المنطقة المعيبة، وبالتالي تحسين موثوقية مصدر الطاقة في منطقة الجهد المنخفض لشبكة التوزيع الكهربائية.

نموذج التحكم متعدد الأوضاع المعتمد على منطقة محطة التوزيع (FID)

طريقة استرداد فشل منطقة التوزيع المستندة إلى (FID)

نظراً لوصول (FID)، بحيث يمكن تحقيق مصدر طاقة ثنائي الاتجاه في كلا المطرافين (A ، B) في ظل ظروف التشغيل العادية، بينما في حالة حدوث خطأ، بحيث يمكن أن يساعد (FID) في استعادة مصدر الطاقة للطرف المعيب، ومع ذلك وكجهاز إلكتروني للطاقة متضمن في استرداد الأعطال.

نموذج متعدد الأوضاع مع (FID) في منطقة الراديو

في التشغيل العادي وعندما تظهر أنواع مختلفة من الأعطال كما هو موضح في القسم السابق، بحيث ستعمل العاكسان باستراتيجيات تحكم مختلفة، وفي ظل الظروف العادية يكون هدف التحكم هو نقل السلطة، أي يتم إجراء النقل وفقاً لإعدادات الطاقة ضمن نطاق معين، وعندما يفشل أحد الطرفين ويفقد الطاقة يحتاج الجهد عند طرف الخطأ إلى الاستقرار مع الحفاظ على مصدر طاقة التحميل الجزئي، لذلك تم اقتراح طرق تحكم مختلفة لـ (FID)، كما هو موضح في الجدول.

كما يمكن أن نرى من الجدول أن المحولات ثنائية الطرف في (FID) تطبق استراتيجيات تحكم مختلفة في ظل ظروف تشغيل مختلفة، ومن ثم يمكن اقتراح نموذج متعدد الحالات يعتمد على شبكة توزيع (FID)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (4) أدناه.

في هذا البحث، تمت دراسة نقل الطاقة واسترداد الأعطال لشبكة التوزيع على أساس (B2B FID)، كما تم اقتراح طريقة تحكم متعددة الأوضاع قائمة على (FID) لفاصل محطة التوزيع ودراسة استراتيجيات التبديل السلس بين الأوضاع المختلفة.