التخصيص المتزامن للمولدات الكهربائية والمكثفات الموزعة

الغرض من التخصيص المتزامن للمولدات الكهربائية والمكثفات الموزعة

تلعب إمدادات الطاقة التفاعلية الكافية في أنظمة الطاقة الكهربائية دوراً مهماً في الحفاظ على الموثوقية والأمان المناسبين، كما يتأثر استقرار الجهد بشكل كبير بقدرة أنظمة الطاقة على توفير الطاقة التفاعلية بكفاءة من مصادر القدرة التفاعلية المخصصة.

وفي الواقع؛ فإنه يمكن أن يسبب نقص الطاقة التفاعلية (RPS) العديد من المشاكل الفنية ويؤدي إلى تعتيم النظام الكهربائي، بحيث يعد الطلب المرتفع على الطاقة التفاعلية وفقدان الطاقة التفاعلية المفرط من الأسباب الرئيسية لانهيار الجهد الكهربائي، كما تؤثر المواقع والقدرات وخطط التحكم للمصادر المختلفة للقوى التفاعلية بشكل كبير على قدرة نظام التوزيع على الاستجابة بفعالية للظروف الحرجة.

يمكن أن تساعد استراتيجية التوزيع المناسبة لمصادر الطاقة التفاعلية في أنظمة الطاقة بشكل كبير في تعويض (RPS) أثناء ظروف التحميل الثقيلة، كما تقع على عاتق مشغلي النظام والمخططين مسؤولية ضمان الإمداد الكافي للطاقة التفاعلية من خلال التنسيب الفعال لمصادر الطاقة التفاعلية في أنظمة الطاقة.

وفي مستوى نظام التوزيع، يمكن أن تشمل مصادر الطاقة التفاعلية المكثفات وأنواع مختلفة من التوليد الموزع (DG). هذه الوحدات لها تأثيرات كبيرة على العديد من مؤشرات أنظمة التوزيع، مثل ملف تعريف الجهد وتدفق الطاقة والخسائر واستقرار الجهد، كما يمكن تصنيف (DG) إلى مصادر تقليدية (مثل محركات الديزل) وموارد الطاقة المتجددة (على سبيل المثال، الكهروضوئية وطاقة الرياح وما إلى ذلك).

ووفقاً لخصائص طاقة الخرج الخاصة بهم؛ فإنه يمكن أن يكون (DG) مصادر أو أحواض للطاقة التفاعلية، على سبيل المثال تحتاج وحدات (DG) للرياح القائمة على الحث إلى طاقة تفاعلية، بينما تمتلك الوحدات الكهروضوئية القدرة على امتصاص أو إطلاق الطاقة التفاعلية للتحكم في الفولتية، كذلك المكثفات هي أيضاً أجهزة شائعة لتعويض الطاقة التفاعلية التي يتم توزيعها في أنظمة التوزيع.

كما أنه يمكن لاستراتيجية التحكم المنسقة لمصادر الطاقة التفاعلية المختلفة أن تزيد إلى حد كبير من الفوائد التي تعود على أنظمة التوزيع مع التخفيف من مشاكل التشغيل مع الاختراقات العالية للـ (DG)، والتي تكون مدفوعة بزيادة الاختراق وأنواع تقنيات (DG) في أنظمة التوزيع، كما يصبح التنسيب الأمثل لهذه الوحدات وكذلك المكثفات موضوعاً مهماً يجب دراسته.

كما يجب حساب الأحجام المثلى والمواقع المناسبة وأفضل أنواع (DG) أثناء تحسين المكثفات، ونظراً لأن الموضع الأمثل لهذه الوحدات يحتوي على العديد من الحلول البديلة بسبب العديد من المتغيرات المنفصلة والمستمرة؛ فإن حل مشكلة التحسين هذه يتطلب جهوداً حسابية هائلة لتحديد الحل الأمثل العالمي.

وصف المشكلة الخاصة بـ RPS في أنظمة التوزيع الكهربائية

تعد إدارة القدرة التفاعلية موضوعاً رئيسياً في مستويات النقل والتوزيع لتجنب (RPS) ودعم الجهد، في ومستوى نظام التوزيع، يجب تعويض القدرة التفاعلية بشكل صحيح محلياً في شبكات التوزيع النهائية، كما يتسبب (RPS) في انخفاض الجهد الذي يمكن أن يؤدي إلى حدوث أعطال في المعدات بينما يؤدي زيادة توليد الطاقة التفاعلية إلى ارتفاع مستوى الجهد.

كما يمكن أن يكون (RPS) هو سبب انقطاع التيار الكهربائي عن النظام بأكمله كما حدث في بعض الدول، ونظراً لوجود نطاق محدد مسموح به لجهد التشغيل لأحمال المستهلك في أنظمة التوزيع، عادةً في حدود (± 5٪) من الجهد المقنن، بحيث يتسبب ارتفاع أو انخفاض الجهد في حدوث أعطال في المعدات، حيث إن مساهمة المكثفات في حالة ارتفاع أو انخفاض الجهد ليس لها تأثير قيم، حيث أن ناتجها يتناسب مع مربع الجهد الطرفي.

كما يمكن أن يكون لبعض تقنيات (DG) مع قدرتها على إنتاج طاقة تفاعلية تأثير إيجابي على (RPS) في أنظمة التوزيع، كما يمكن ربط هذه التقنيات عن طريق إلكترونيات الطاقة (على سبيل المثال، الكهروضوئية والتوربينات الصغيرة) أو المصادر الطبيعية للطاقة التفاعلية (على سبيل المثال، الآلات المتزامنة ومولدات الحث ذات التغذية المزدوجة) وبالتالي يمكن أن تساهم في توفير الطاقة التفاعلية لدعم الفولتية، لذلك من الواضح أن الموضع الأمثل (أي المواقع الفعالة والقدرات المثلى وحتى أفضل مزيج) لهذه المصادر المختلفة للقوى التفاعلية يمكن أن يعزز استقرار النظام.

نماذج (DG) و (Capacitor): يمكن تصنيف (DGs) إلى ثلاثة نماذج مختلفة، وهي:

• طاقة نشطة غير محددة (UAP).

• طاقة تفاعلية غير محددة (URP).

• نماذج طاقة نشطة غير محددة (UARP- DG).

لذلك لم يتم تحديد الطاقة المولدة النشطة لنموذج (UAP DG)، كما ويلزم حسابها على النحو الأمثل، وعلى عكس (UAP)؛ فإن المتغير في نموذج (URP DG) هو توليد الطاقة التفاعلية وليس توليد الطاقة النشط، كما يحتوي نموذج (UARP DG) على متغيرين مطلوبين للحساب (توليد الطاقة النشطة والمتفاعلة)، ومن ناحية أخرى يشتمل نموذج المكثف على متغير واحد وهو توليد طاقة تفاعلية، بينما توليد الطاقة النشطة يساوي صفراً، كما تم تلخيص التمثيلات الرياضية لهذه الوحدات في الجدول التالي.

المجموعات المحتملة للمواقع الصالحة: يعد التخصيص الأمثل للدي جي والمكثفات مشكلة تحسين معقدة بسبب عدم خطية أنظمة التوزيع وعدد كبير من الحلول الممكنة (أي مواقع وأحجام DG والمكثفات)، كما يوضح الشكل التالي (1) مثالاً لنظام التوزيع الشعاعي حيث يلزم تخصيص مكونات مختلفة (على سبيل المثال وحدة الكهروضوئية ووحدة الرياح والمكثفات) في المواقع الموصى بها أي الحافلات.

كما يمكن تحديد هذه المواقع الموصى بها لنوع معين من هذه الوحدات بناءً على عدة عوامل، مثل توزيع مصادر الوقود واستراتيجيات المستثمرين وظروف الأرصاد الجوية (لتوليد الطاقة المتجددة)، كما الهدف من التنسيب الأمثل لـ (DGs) والمكثفات هو تحديد أفضل مجموعة من المواقع لهذه الوحدات بين مواقع التوصية.

وعلى سبيل المثال، يتم الوضع في الاعتبار أنه من الضروري تثبيت عدد من وحدات (NDG DG) وعدد من مكثفات (NC) على نظام التوزيع، كما يشتمل نظام التوزيع هذا على حافلات (NB) المؤهلة لتركيب (DGs) والمكثفات، لذلك يمكن تثبيت كل وحدة من النوع (i) فقط في حافلات (NBi) الموصى بها، وبالتالي يمكن كتابة الصيغ العامة التالية:

حيث أن:

 (NDGT): العدد الإجمالي لوحدات (DG) متعددة الأنواع المطلوب تخصيصها.

(NDGi): هو مطلوب رقم (DG) من النوع i ليتم تثبيته في نظام التوزيع، كما يمكن حساب عدد جميع التركيبات الممكنة لمواقع الوحدات متعددة الأنواع من خلال:

وأخيراً؛ فإن الجدير بالذكر أن عدد التوليفات ضخم، خاصة في حالة تخصيص (DGs) متعددة الأنواع في نظام توزيع كبير، لذلك هناك حاجة إلى طريقة سريعة ودقيقة لتقييم كل هذه المجموعات، وبالتالي تحديد أفضل مزيج، كما يزيد الوضع المناسب لمصادر الطاقة التفاعلية من قوة النظام أثناء الظروف الحرجة، حيث اقترح هذا البحث طريقة جديدة لتحديد المزيج الأمثل لأنواع ومكثفات (DG) المختلفة في أنظمة التوزيع لتقليل القدرة التفاعلية.