نموذج نظام الطاقة الكهربائية المتكامل كمحطة افتراضية

يمكن اعتبار أنظمة الطاقة المتكاملة الموزعة (DIMSs) بمثابة محطات طاقة افتراضية لتوفير مرونة إضافية لنظام الطاقة، بحيث تقترح هذه الدراسة نموذج تجميع ديناميكي نشط قوي لنماذج (DIMS) لوصف المنطقة المجدية القصوى، بحيث يشتمل نموذج التجميع على قيود الطاقة وقيود الطاقة وقيود التدرج لتجميع أنواع مختلفة من الموارد في نظم إدارة المعلومات الرقمية.

تحليل نموذج نظام الطاقة الكهربائية المتكامل

الغرض من النظام الموزع المتكامل متعدد الطاقة (DIMS) هو إطلاق المزيد من المرونة لتعزيز الأمن وتقليل تكلفة تشغيل نظام الطاقة، كذلك المرونة الإضافية ضرورية للحد من تقليص الطاقة المتجددة، على سبيل المثال المرونة التي يوفرها نظام تدفئة المناطق مفيدة لتكامل طاقة الرياح في شمال الصين.

كما يستغل تنسيق الطاقات المتعددة مزيداً من المرونة، كما تم اعتبار تخزين طاقة خط الأنابيب لشبكة التدفئة لإدارة تنوع طاقة الرياح، بحيث تم تحسين مرونة نظام الحرارة والطاقة المشترك (CHP) من خلال تنسيق أنواع مختلفة من مصادر الحرارة وخزانات الحرارة واسعة النطاق، كذلك تم استكشاف المرونة في جانب الطلب.

أيضاً تم تجميع أنظمة تدفئة المناطق مع مراعاة القصور الذاتي الحراري للمباني التجارية وتوفير المرونة لنظام الطاقة، بحيث تم إنشاء إطار نظري مبتكر لتخصيص التحكم الموزع للتطبيقات العملية لمجموعات الشبكات الصغيرة وتوفير منظور إبداعي لإدارة الطاقة الموزعة ويتميز بالكفاءة والمرونة والموثوقية والمرونة المعززة بشكل كبير.

وفيما بعد اقترحت بعض الأعمال السابقة ذات الصلة نموذج التجميع لمحطة الطاقة الافتراضية (VPP)، كما تم تقديم نماذج التحسين العشوائي والتحسين القوي على مرحلتين (RO) لاستراتيجية عرض (VPP) في سوق الطاقة والاحتياطي، حيث تم تصميم مرونة (VPP) على أنها القدرة الاحتياطية، كما أدى تجميع الأحمال الكهربائية المرنة إلى تحسين مرونة نظام الطاقة بشكل فعال.

نموذج التجميع الديناميكي القوي والمتكامل

بالنسبة الى وصف النموذج في هذه الدراسة؛ فإنه يتم وصف إطار التفاعل بين (DIMS) ونظام الطاقة على النحو التالي:

• يتم حساب نموذج التجميع ووظائف التكلفة وإرسالها إلى نظام الطاقة الكهربائية.

• ارسال نظام الطاقة إشارات الإرسال إلى نظام (DIMS).

• فصل (DIMS) من إشارات الإرسال إلى الموارد الموزعة.

كما يوجه النموذج المقترح نحو (MEVPP) القائم على (DIMS) للأنظمة الإقليمية متعددة الطاقة، على سبيل المثال المجمعات الصناعية متعددة الطاقة، بحيث يتم موازنة طاقة التدفئة والتبريد داخل (DIMS)، كما ويمكن تبادل الطاقة الكهربائية من خلال خط الربط. يتم النظر في أنواع متعددة من أجهزة تحويل الطاقة وأجهزة تخزين الطاقة، بحيث يتكون النموذج الديناميكي الشبيه بالمولد والشبيه بالتخزين من قيود:

تشير الصيغة (1) إلى قيود توليد الطاقة الكهربائية (أو الشحن / التفريغ)، كما تشير الصيغة (2) إلى قيود الطاقة و (3) يشير إلى قيود التعلية.

وبالنسبة إلى (MEVPP) النشط الذي يشارك في الإرسال الاقتصادي لليوم التالي؛ فإنه يتم تقييد انتهاك الطاقة بين (MEVPP) وإشارات الإرسال، ومن ثم؛ فإنه يقترح نموذج تجميع قوي لضمان إمكانية تحقيق جميع إشارات الإرسال التي ترضي القيود (1) – (3) بواسطة (DIMS)، كما يمكن أن تؤدي هذه القيود إلى توسيع المنطقة المجدية.

كذلك تكون المنطقة المجدية القوية لـ (MEVPP) المكونة فقط من البطاريات فارغة إذا كان نموذج التجميع يتضمن قيداً فقط، ولدمج مختلف الموارد الموزعة في (MEVPP)؛ فإنه تم تضمين القيود الديناميكية (2) و (3) في نموذج التجميع، كذلك قد يكون قيد الطاقة (2) ضعيفاً وغير نشط في الفترات الأخيرة، بحيث يقيد هذا القيد الطاقة الإجمالية من فترة الإرسال الأولى، كما يمكن استبدال القيد (2) بالقيد الذي يقيد الطاقة الإجمالية في عدة فترات إرسال متجاورة.

أيضاً تتغير حدود الطاقة وحدود الطاقة الخاصة بـ (MEVPP) بمرور الوقت لأن ملفات تعريف الحمل وإخراج الوحدات المتجددة متغيرة بمرور الوقت، كذلك المعطيات في قيود التدرج غير ذات صلة بالوقت لأن معدل زيادة الأجهزة لا يتغير بمرور الوقت، كما يكون نظام (DIMS) محدود في نطاق جغرافي صغير نسبياً، وبالتالي تم حذف قيود الشبكة الكهربائية.

قدرة العملية الحسابية على ضبط نموذج نظام الطاقة الكهربائية

بخلاف (MEVPP) السلبي؛ يرسل (MEVPP) النشط معلومات التكلفة إلى نظام الطاقة، لذلك لقد تم اقتراح طريقة إرشادية خاصة لحساب دالة تكلفة (PWL) في (MEVPP)، بحيث يتم إصلاح طاقة الشحن أو التفريغ للبطاريات في (MEVPP) وفقاً لخط الأساس، كما يمكن اعتبار نتائج التوزيع الاقتصادي بمثابة خط الأساس، والذي يتم تعريفه على أنه قوة خط الربط إذا لم يكن هناك نشر احتياطي.

وفي كل نقطة حساب؛ فإنه يتم حل مشكلة تحسين الإرسال الاقتصادي ذات الفتحة الواحدة مع متغيرات الركود في قيد توازن الطاقة الكهربائية، بحيث تمثل قيم متغيرات الركود تعديل البطاريات ويتم إضافة شرط جزائي إلى التكلفة المقابلة، كما يتم تحديد عامل الجزاء كفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لأسعار الكهرباء لوقت الاستخدام (TOU)، مما يشير إلى أسوأ التكاليف الإضافية للبطاريات.

صياغة نموذج التجميع متعدد المراحل الخاص بنظام الطاقة الكهربائية

تكون الصيغة الرياضية لنموذج التجميع هي مشكلة (RO) ذات مرحلتين، حيث يتم توزيع مصادر الطاقة المتعددة بما في ذلك المولدات الكهربائية والوحدات المتجددة ووحدات (CHP9 والمراجل الغازية (GBs) ومبردات الامتصاص التي تعمل بالغاز (AC) وحتى الغلايات الكهربائية (EBs) والمبردات الكهربائية (ECs) في الاعتبار، كما تتضمن متغيرات قرار المرحلة الأولى معلمات نموذج التجميع ومتغيرات التزام الوحدة، بحيث يعد إخراج الأجهزة وقوة الشحن أو التفريغ لأجهزة التخزين متغيرات قرار المرحلة الثانية:

كذلك تعمل الوظيفة الموضوعية على زيادة المنطقة المجدية لنموذج التجميع، حيث أن (M) العامل الكبير، ومن خلاله يمكن أن تؤثر معاملات الوزن على نموذج التجميع، على سبيل المثال يؤدي (cp ، maxt) الأكبر إلى زيادة (p¯t)، ولكن الحد الأعلى للطاقة ومعدلات التدرج أصغر نسبياً للمصطلح الأخير في وظيفة الهدف، وفي المرحلة الأولى هو مصطلح جزائي يقيد بدء تشغيل الأجهزة وإغلاقها بشكل متكرر، كذلك وظيفة الهدف في المرحلة الثانية هي الانحراف الكلي للطاقة لـ (MEVPP) بين إشارات الإرسال.

وأخيراً في هذا الطرح؛ فقد تم دراسة نموذج التجميع لـ (MEVPP) القائم على (DIMS)، واستناداً إلى (RO) على مرحلتين، بحيث يتم وصف المنطقة المجدية لنظام (DIMS) من خلال قيود الطاقة وقيود التدرج، والتي يمكن دمجها مباشرة في نموذج الإرسال الاقتصادي لنظام الطاقة، كما أنه يمكن أن يضمن نموذج التجميع القوي المقترح أن جميع إشارات الإرسال التي تفي بالقيود الثلاثة يمكن تحقيقها بواسطة (DIMS).

بالإضافة الى أنه يتم حل مشكلة التناضح العكسي ذات المرحلتين بناءً على خوارزمية (C & CG)، حيث أن القيود الديناميكية بما في ذلك قيود الطاقة وقيود التعلية؛ تجعل المشكلة الفرعية لخوارزمية (C&CG)، ولتي تستغرق وقتاً طويلاً ليتم حلها، كما تم اقتراح خوارزمية جديدة تعتمد على (CCP) وطريقة (PWL) على أساس تحدب وظيفة الهدف لإيجاد نقطة أولية لـ (CCP).