التحميل التوافقي لتقليل المكونات المعتمدة على التردد الكهربائي

تحليل التحميل الزائد التوافقي لتقليل المكونات المعتمدة على التردد الكهربائي

في الوقت الحاضر  ليس من السهل على مشغلي نظام التوزيع تشغيل نظام دون الالتفات إلى التشوه التوافقي، والذي يعتبر من أهم مشكلات جودة الطاقة (PQ) بسبب الانتشار الواسع للأحمال التوافقية (غير الخطية) والكبيرة وكذلك وحدات التوليد الموزع (DG) القائمة على العاكس.

وعندما يتجاوز التشوه التوافقي المجمع المستويات القياسية؛ فإنه ينتج عنه العديد من مشاكل (PQ) مثل ضعف كفاءة نقل الطاقة للنظام مع نسب عامل القدرة المنخفضة (PF) وفقدان الطاقة المفرط ومشاكل السخونة الزائدة بسبب التحميل الزائد التوافقي للمكونات المعتمدة على التردد الكهربائي في نظام مثل الخطوط والمحولات والكابلات والمحركات الكهربائية.

مما يقلل من قدرات التحميل الخاصة بهم وتعطل معدات الحماية وأخطاء قياس عدادات الإيرادات وإمكانية حدوث رنين متسلسل ومتوازي عند بعض الترددات التوافقية، مما قد يؤدي أيضاً إلى تضخيم الفولتية والتيارات، ومن منظور تقنيات التعويض التوافقي؛ فإنه يمكن استخدام تكوينات عديدة من المرشحات المنفعلة أو النشطة أو الهجينة، ولكل منهم مزاياها التشغيلية.

ومع ذلك؛ فقد اكتسبت مكثفات تصحيح (PF) والمرشحات السلبية (خاصة المرشحات أحادية الضبط) شعبية في أنظمة التوزيع مقارنة بأنواع المرشحات الأخرى بسبب بساطتها وموثوقيتها وأدائها الاقتصادي في تعويض الطاقة التفاعلية ودعم الجهد وتخفيف التشوه التوافقي، وكذلك تكوينات أخرى مثل عوامل التصفية السلبية العالية (خاصة الترتيب الثالث، أي تعتبر المرشحات من النوع C)، وهي أكثر شيوعاً في التطبيقات الصناعية الثقيلة والتيار المباشر عالي الجهد (HVDC).

وبالإضافة إلى بعض تطبيقات نظام النقل، لأنها تخفف الرنين التوافقي وتدعم الجهد وتقلل من فقدان الطاقة وتخفف نطاقاً واسعاً من المركبات التوافقية، لا سيما في المواقف التي لا يكون فيها التلوث التوافقي معروفاً بدقة أو يصعب التنبؤ به بسبب نشر المصادر والأحمال التوافقية، وذلك فضلاً عن عدم اليقين من التوافقيات المتولدة من وحدات (DG) المتصلة بهذه الأنظمة.

ومن منظور تقنيات التحسين لتصميم المرشحات التوافقية؛ فإنه يمكن تقسيم الدراسات إلى عدة فئات بما في ذلك الطرق الدقيقة مثل طرق البرمجة الخطية وغير الخطية الكلاسيكية والبرمجة التربيعية المتسلسلة والطرق الاستبدادية، والتي تحاكي الأفكار أو المفاهيم أو العمليات أو السلوكيات التي تحدث في الطبيعة أو الفيزياء أو علم الأحياء أو المجتمع.

كما أن بعض الطرق (metaheuristic)، والتي تم استخدامها في مشاكل تصميم المرشح هي طرق تعتمد على السكان مثل الخوارزميات الجينية وخوارزميات البحث عن الغراب وتحسين مستعمرة النمل وسرب الجسيمات والطرق القائمة على الحل الفردي مثل كما محاكاة التلدين والبحث، ومن ناحية أخرى، تعاني الطرق الدقيقة والكلاسيكية من الحلول المثلى محلياً بسبب الطبيعة المنفصلة وغير المحدبة وغير الخطية وغير المتمايزة لمشاكل تحسين تصميم المرشح، بالإضافة إلى استهلاك الوقت عند الحصول على حلول عالمية.

تحليل ودراسة نظام التحميل الزائد التوافقي

في هذا القسم، يتم تقديم النظام قيد الدراسة ونموذجه، والذي يأخذ في الاعتبار الخصائص التوافقية للمكونات ومعلمات المرشح ومؤشرات التشغيل، وذلك لتقييم أداء (PQ) للنظام بمكونات مختلفة تعتمد على التردد الكهربائي.

النظام قيد الدراسة: يوضح الشكل التالي (1) مخططاً أحادي الخط لنظام التوزيع، والذي يتكون من مستهلكين مجمعين بأحمال خطية وغير خطية ثلاثية الطور وبنك مكثف تصحيح (PF) ومرشح متناسق من النوع (C) متصل بناقل تحميل مشترك، كما يتم توصيل جانب الجهد العالي الأساسي لمحول الطاقة (النوع المملوء بالسائل) المثبت من قبل العملاء بنقطة اقتران مشترك (PCC).

لذلك ينقل الكبل القصير للطاقة الكهربائية من جانب المنفعة إلى المحول، كما يوضح الشكل التالي (2) الدائرة المكافئة أحادية الطور للنظام قيد الدراسة عند التوافقي (h th)، حيث أن (VhS) هو جهد النظام بترتيب توافقي (h) و (IhS) هو تيار الخط التوافقي (h th) و (VhPCC) و (VhL) هما (h th PCC) التوافقي و جهد ناقل التحميل على التوالي، (IhL) هو التيار التوافقي (h th)، والذي يتم حقنه في النظام بواسطة الحمل غير الخطي، و (ZhS ،ZhCb ،ZhTr ،ZhF ،ZhC ،ZhL) هي المعاوقة المكافئة.

التقييم التوافقي للمكونات المعتمدة على التردد الكهربائي

في هذا القسم، يتم استخدام طرق تقليدية تسمى عامل القدرة المستند إلى الخسارة (PFL) وعامل القدرة المعدل التوافقي (PFHA) لربط التوقيع التوافقي والحمل الزائد التوافقي للمكونات المعتمدة على التردد الكهربائي، وعلاوة على ذلك تمت صياغة مؤشر التحميل الزائد التوافقي الجديد.

نهج معامل القدرة القائم على الخسارة (PFL): تمت الإشارة إلى أن القدرة الظاهرة يجب أن تكون مرتبطة خطياً بخسارة نقل الطاقة لإعطاء معلومات حقيقية عن كفاءة النظام في ظل الظروف غير الجيبية، وبالإضافة إلى ذلك، نظرت نفس الدراسات في معنى (PF) للظروف الجيبية والمتوازنة لحساب القدرة الظاهرية الحقيقية في ظل الظروف غير الجيبية.

مؤشرات الأداء: عادةً يتم فحص العديد من المعلمات التشغيلية والمؤشرات الفنية لتقييم مستوى أداء (PQ) للنظام قيد الدراسة. لحساب هذه المؤشرات، كما يتم تحديد تيار الخط و (PCC) وجهود الحمل باستخدام التعبيرات الواردة الخوارزميات على التوالي في كل ترتيب توافقي.

وأخيراً في هذا العمل، تم تقديم ​​نهجاً للتخطيط الأمثل لمرشح توافقي من النوع (C) خالٍ من الرنين لتقليل مستوى التحميل الزائد التوافقي للمكونات المعتمدة على التردد في نظام توزيع غير جيبي، بحيث تمت صياغة مؤشر جديد لتقييم مستوى أداء (PQ) للنظام بمكونات مختلفة تعتمد على التردد بشكل فعال.

كما يتم حل مشكلة تصميم المرشح باستخدام خوارزمية (HHO) الحديثة، والتي تحافظ على تنوع وكلاء البحث بسبب مراحل التنويع والتكثيف المصممة جيداً في فحص مناطق البحث الواسعة واكتشاف المناطق الواعدة في مساحة الحل.

إلى جانب ذلك، تم حل المشكلة باستخدام طرق ذكاء السرب الأخرى مثل الغراب و (salp) و تحسين سرب الجسيمات الهجين وخوارزميات البحث الجاذبية ومقارنتها بخوارزمية (HHO)، كما أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها فعالية النهج المقترح باستخدام (HHO) في إيجاد الحد الأدنى من فقدان الطاقة ومستوى التحميل الزائد التوافقي للمكونات المعتمدة على التردد مقارنةً بالمحسّنات الأخرى.

أيضاً تم إجراء تحليل مقارن على تصميمات المرشحات الأخرى التي تم الحصول عليها بالطرق التقليدية المقدمة في الدراسات لتقليل الخسائر التوافقية، أي أن طرق (PF) الفعالة والقائمة على الخسارة، وذلك للتحقق من فعالية ومتانة الحل المقترح في تقليل القدرة الأساسية والتوافقية الخسائر في أنظمة التوزيع التي تزود الأحمال غير الخطية، وأخيراً في الدراسات المستقبلية سيتم توسيع هذه الدراسة إلى أنواع أخرى من المرشحات السلبية باستخدام تقنيات (metaheurism) الجديدة في الأنظمة غير المتوازنة.