الاستجابة الكهربائية مع التقييمات الحرارية في الوقت الحقيقي

أهمية الوصول الى الاستجابة الكهربائية مع التقييمات الحرارية

من المرجح أن يتسبب الاندماج المتزايد باستمرار للطاقة المتجددة المتقطعة في شبكة الكهرباء، وذلك جنباً إلى جنب مع الطلب المتزايد باستمرار، وفي زيادة الضغط على الشبكات الحالية مما يزيد من احتمالية حدوث حالات طوارئ شديدة، ولتجنب ذلك؛ فإنه يمكن نشر العديد من الإجراءات الوقائية والتصحيحي، بما في ذلك استجابة الطلب (DR) وجدولة احتياطي الدوران وتطبيق التصنيفات الحرارية في الوقت الفعلي (RTTR) وجدولة تخزين الطاقة، وذلك لتخفيف الضغط في مناطق معينة من الشبكة الكهربائية.

كما تأخذ استراتيجيات (DR) قيد الدراسة حالياً مستوى التوزيع الكهربائي، ولكن غالباً ما يتم التغاضي عن إمكاناتها في شبكات النقل، حيث أن البحث المتعلق بتأثير (DR) على موثوقية الشبكة محدود للغاية، كما يقيِّم النموذج المقترح الفوائد التشغيلية قصيرة الأجل من حيث توليد وتكاليف الطاقة المتقطعة من الأحمال المنقطعة باستخدام تقنية تعداد الطوارئ.

ومع ذلك؛ فإنه لا يتناول منظور العميل بشكل كامل لأنه لا توجد نمذجة لاسترداد الأحمال والتكاليف المرتبطة بها وخصائص مختلف أنواع الأحمال و (DR) والطبيعة الاحتمالية للطلب المتقطع المتاح، حتى إذا تم استخدام نهج احتمالي لتقييم مساهمة (DR)، كما أنه يتم تحليل حالات الطوارئ الفردية فقط.

لذلك يجب تمثيل الخصائص الفيزيائية لأنواع مختلفة من الأحمال على العملاء بشكل كافٍ في الدراسات، بحيث يتم تحليل الأحمال التجارية المحلية والصغيرة ولكنها تفشل في تقييم مدى أهمية كل نوع من العملاء بالنسبة إلى نقطة تحميل الشبكة من حيث الانقطاعات، وبعد ذلك يعد فحص الأحجام والأشكال المختلفة لكل من تقليل الحمل والاسترداد أمراً ضرورياً لإجراء تقييم كامل ودقيق للشبكة الكهربائية.

ومع ذلك، عادة ما يتم تجاهل استعادة الحمل في الدراسات، كما يمكن أن يعتمد تخفيض الحمولة واستعادتها على أسعار سوق الكهرباء من أجل القضاء على ارتفاع الأسعار خلال ساعات الذروة، ومع ذلك غالباً ما تتجاهل هذه الدراسات القيود التشغيلية والأمنية لشبكات النقل ويتم تشغيلها للشبكات السليمة فقط.

وغالباً ما تُستخدم تقنيات العد، وذلك على عكس محاكاة “مونت كارلو” لحساب مساهمة (DR)، وبالتالي تفشل في تضمين المجموعة الكاملة من الحالات الطارئة وعدد من حالات عدم اليقين التي قد تواجهها الشبكة، وأخيراً بدلاً من تطبيق (DR) في كل مرة تحدث فيها حالة طوارئ، كما يجب استخدام (DR) فقط عندما يتم تحسين الموثوقية وعندما تكون المدخرات أعلى من تكاليف الاسترداد المتوقعة.

نظرة عامة على المنهجية الخاصة بالتقييمات الحرارية

يتم تحديد جدولة (DR) المثلى باستخدام نهج مونتي كارلو الاحتمالي المتسلسل، حيث أن السمات الرئيسية لإطار عمل نمذجة (DR) المقترح هي:

• جدولة تخفيض الحمل مدفوعة بأمن الشبكة.

• الجدولة المثلى لاستعادة الأحمال باستخدام المعايير الاقتصادية.

• نمذجة التصنيفات الحرارية في الوقت الحقيقي للخطوط الهوائية.

• نمذجة مصادر الطاقة المتجددة، مثل توليد الرياح.

يتم تحقيق المنهجية الشاملة من خلال إجراءين متتابعين مستقلين لمحاكاة “مونت كارلو” (SMCS). أول (SMCS) هو وحدة التهيئة، والتي تُستخدم لحساب العديد من المكونات المطلوبة بواسطة (SMCS) الثاني الذي يحدد التشغيل الأمثل قبل يوم من نظام الطاقة.

لذلك؛ فإن اللبنات الأساسية لإجراء أول (SMCS) هي:

• حساب مؤشرات الموثوقية اللازمة لترتيب أنواع الأحمال لتقليل الطل.

• حساب المعدلات الحرارية في الوقت الحقيقي للخطوط الهوائية.

• تحديد الأسعار الحدية العقدية والعديد من المؤشرات الاقتصادية المستخدمة لإيجاد الجدول الزمني الأمثل لاسترداد الأحمال.

كما يتكون (SMCS) الثاني من أربع وحدات، وهي:

• وحدة مقياس خفض الطلب.

• وحدة مقياس استرداد الحمل الكهربائي.

• وحدة التحكم في خفض الطلب واستعادة الأحمال (DRLR).

• وحدة المخرجات.

كذلك تحتوي الوحدة الأولى على تصنيف لأنواع الأحمال المختلفة لتقليل الطلب وحساب المبالغ المطلوبة من (DR) الطوعي وغير الطوعي، وذلك بالإضافة إلى إيرادات العميل، بحيث تأخذ وحدة مقياس استرداد الأحمال في الاعتبار ملفات تعريف استرداد الأحمال وأحجامها، كما وتحدد مصفوفة تحتوي على أنسب ساعات الجدول الزمني لاستعادة الأحمال.

وبالتالي تحتوي وحدة التحكم (DRLR) على منطق لبدء تخفيضات الأحمال واسترداد الأحمال، في حين تشتمل وحدة المخرجات على جداول زمنية مثلى لخفض الحمل والاسترداد، بالإضافة إلى الموثوقية والمؤشرات المالية.

كما تهدف منهجية جدولة الطلب المقترحة إلى تحديد خطة الاستجابة المثلى للطلب لليوم التالي، وذلك عندما يتم تحديد وحدات التوليد الملتزم بها وحالة أجهزة تبديل الشبكة والأحمال المتوقعة بشكل جيد، ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من أوجه عدم اليقين في عملية اليوم التالي، بحيث تتم صياغة المشكلة الإجمالية كنموذج احتمالي وحلها باستخدام (SMCS)، بحيث يتم تطبيق منهجية (DR) المقترحة لحالات الطوارئ بعد، ومع ذلك فهي عامة بما يكفي للنظر أيضاً في أحداث ما قبل الطوارئ.

محاكاة مونتي كارلو التسلسلية

تقوم محاكاة مونت كارلو المتسلسلة بتحليل الفترات الزمنية بترتيب زمني مع مراعاة أوجه عدم اليقين المختلفة، بحيث يمكنه نمذجة الظواهر الكرونولوجية، مثل تقليل الحمل واستعادته والتصنيفات الحرارية في الوقت الفعلي وأجيال الرياح، كما تم افتراض حالات عدم اليقين التالية لعملية تشغيل شبكة النقل في اليوم التالي:

• يختلف الحمل في نافذة حول الأحمال المتوقعة للساعة ويتم تحديد نافذة عدم اليقين بواسطة (MAPE) للتنبؤ على المدى القصير بفواصل زمنية لكل ساعة يتم الحصول عليها باستخدام نهج الشبكة العصبية.

• تم تصميم توافر جميع وحدات التوليد والشبكة بمساعدة “نموذج ماركوفيان” ذي الحالتين مع التوزيع الأسي لأوقات الصعود والهبوط.

• يتم تطبيق تنبؤات سرعة الرياح كل ساعة ونافذة حول القيم المتوقعة داخل العينة العشوائية، وهناك نهج بديل هو استخدام وظائف توزيع احتمالية سرعة الرياح بفترات كل ساعة.

• مقدار التخفيض الطوعي للحمل الذي يختلف حسب العميل ونوع (DR) على سبيل المثال، (DR) من العملاء المقيمين الذين يستجيبون لإشارات الأسعار غير مؤكد إلى حد كبير، في حين أن (DR) من العملاء التجاريين المتعاقد عليهم القائم على الحوافز لديه قدر أقل من عدم اليقين.

وحدة التهيئة: تُستخدم وحدة التهيئة لحساب الكميات المتعددة التي تطلبها حلقة المحاكاة الرئيسية، وذلك بعد إدخال البيانات، بحيث تم بناء نموذج الشبكة مع التصنيفات الحرارية في الوقت الحقيقي وخصائص الحمل للعميل وإدخاله في أول إجراء (SMCS)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، وهي مخرجات هذه المرحلة هي بعض مؤشرات التسعير والموثوقية.

في مرحلة ادخال البيانات المتضمنه الإدخال بيانات الشبكة والموثوقية والعميل والبيانات الاقتصادية وبيانات الخطوط الهوائية (OHL) وبيانات الطقس، وذلك بجانب بيانات الشبكة القياسية، كما يتم إدخال وحدات التوليد أثناء الخدمة ذات الخصائص التقنية ومتطلبات نقطة التحميل الكرونولوجية بالساعة، بيانات الموثوقية هي معدلات الفشل وأوقات الإصلاح لجميع المكونات، في حين تشمل بيانات العملاء أنواع العملاء و (DR) والتخفيضات الطوعية للحمل المتعاقد عليه وملفات تعريف استرداد الأحمال الطبيعية وتوافر العملاء.

وبالنسبة للتصنيفات الحرارية للخطوط العلوية؛ فإنه يتم استخدام نموذجين مختلفين لتصنيف (OHL) في إجراءات المحاكاة المطورة، التصنيف الحراري “الموسمي” (STR) و (RTTR)، بحيث يتم تحديد (STR) حسب المواسم ودرجات حرارة التصميم المختلفة للموصل، كما أن  أدنى التصنيفات هي لظروف الصيف ودرجة حرارة التصميم البالغة (50) درجة مئوية.