تطور البنية التحتية الكهربائية المتقدمة المعتمدة على PLC

تتناول هذه الدراسة مشكلة تقدير الحالة في الوقت الفعلي في شبكات التوزيع الأوروبية ذات الجهد الكهربائي المنخفض بأربعة أسلاك مع بنية تحتية متطورة للقياس تعتمد على اتصالات خطوط الطاقة (PLC)، والعيب الرئيسي لهذا النوع من البنية التحتية هو وقت الاستجابة العالي وعملية أخذ عينات البيانات المتسلسلة.

أهمية قياس البنية التحتية الكهربائية بواسطة PLC

على الرغم من استخدام (TSSE) على نطاق واسع منذ السبعينيات؛ لا تزال (DSSE) تواجه بعض التحديات، كذلك (LVDSs) هي الأجزاء الحاسمة في تطوير التطبيقات المستخدمة في (SGs)، أيضاً هو جوهر معظم هذه التطبيقات المعقدة في (EMS)، وللوفاء بمتطلبات نشر (SG) على نطاق واسع، كما يجب أن يكون (DSSE) قادراً على تنفيذ مهمتين رئيسيتين، وهما:

• دمج بيانات القياس مع الصفات المختلفة لتحقيق تقدير دقيق للحالة.

• التلاعب بالعدد الهائل من بيانات القياس المرسلة بواسطة أجهزة العداد .

لذلك لقد تأخر استخدام (DSSE) في شبكات التوزيع بسبب عاملين، الأول هو الافتقار إلى القياسات السائدة في أنظمة التوزيع والثاني هو ضعف الحاجة إلى الإدارة الفعالة شبكة التوزيع الكهربائية، وفي السنوات الأخيرة تم تثبيت (SMs) وصولاً إلى مستوى المستهلك، مما جعل الشبكة أكثر وضوحاً وأصبحت هذه استراتيجية متبعة في جميع دول الاتحاد الأوروبي.

وفي الوقت الحاضر، ومن أجل النشر الفعال لـ (SG ، DSSE)؛ فإنه يبقى ضروري لتوفير المعلومات الحيوية لمختلف التطبيقات النشطة والمتقدمة مثل، على سبيل المثال لا الحصر المراقبة والتحكم في الوقت الفعلي، مما يتيح السعة الكاملة لـ (DTs) تنظيم الجهد الكهربائي وإعادة تكوين وحدة التغذية والاستعادة جنبًا إلى جنب مع (DG) واستجابة الطلب وتبديل المكثف الكهربائي.

قياسات أجهزة التحكم في مجال البنية التحتية الكهربائية

على الرغم من أن (SMs) قد تم نشرها مؤخراً على نطاق واسع؛ إلا أن جدوى (DSSE) في (LVDS)، بحيث لا تزال غير واضحة بسبب القياسات غير المتزامنة التي توفرها هذه الأجهزة، وعلى الرغم من حقيقة أن (SM) لديها (RTC)، وهو الذي يقوم بتحديث وقتها بشكل دوري؛ فإن خسائر الحزمة وتدهور الأداء وتداخل الإشارة هي أمثلة على عواقب خصائص الطيف المتنوعة للاتصالات المزدحمة.

كما أن هذا بدوره يقلل من أداء اتصالات (AMI) الذي يحتوي على عدد كبير من (SMs)، والعديد من نقاط الوصول نظام الشبكة الكهربائية المتداخلة، بحيث يؤدي هذا إلى تأخير زمني كبير؛ خاصة في حالة (PLC)، وذلك بسبب السلوك المتسلسل المتأصل للاتصال بين (SMs) و (DCU).

علاوة على ذلك، ونظراً لأن مزامنة قياسات عدد كبير من (SMs) مكلفة للغاية، بحيث بحيث لا يمكن تطبيقها في (LVDS)، وقد لا يتم أخذها في الاعتبار من قبل العديد من (DSOs)، بحيث يمكن برمجة (SMs) لإرسال بيانات القياسات إلى وقت محدد مرة واحدة يومياً لغرض الفوترة، مما يقلل من فائدة استخدام القياسات في الوقت الفعلي لـ (SMs).

عرض المشاكل المرتبطة بتطور البنية التحتية الكهربائية المتقدمة

إن (SM) النموذجي الذي تستخدمه المرافق الأوروبية قادر على تسجيل الاستهلاك الكهربائي على فترات زمنية معينة، على سبيل المثال كل (15 أو 30 أو 60) دقيقة، وبالإضافة إلى بيانات الاستهلاك الكهربائي؛ فإن (SM) قادرة أيضاً على توفير قياسات فورية للجهد والتيار والطاقة نظراً لوظائفها الجذابة كما أن القياسات اللحظية تتوافق مع قيم الوقت الحقيقي وهي أكثر دقة من تلك المسجلة.

وفي الواقع هذه الأخيرة هي تقارير القيم المتوسطة من خلال الفاصل الزمني الإجمالي للتسجيل، كما يعتبر اتصال (PLC) هو المفضل من بين العديد من الأنواع الأخرى في (LVDS)، وذلك بسبب فعاليته من حيث التكلفة، ومع ذلك؛ فإن مناعتها ضد التوهين والضوضاء ضعيفة جداً ويمكن أن تتأثر بالمسافة الطويلة من (SM) إلى (DCU).

لذلك من الواضح أن القياسات اللحظية لـ (SM) غير متزامنة وينشأ بعض التأخير عند تلقي هذه القياسات، ولتوضيح أسباب هذا التأخير، يوضح الشكل التالي (1) الإرسال والاستقبال المتسلسل للبيانات كدورة متكررة بين (DCU) و (SMs) معتبرين (PLC) كوسائط اتصال، بحيث تقوم وحدة (DCU) عادةً بنقل البيانات عبر تقنية (4 G) اللاسلكية إلى (EMS) لتستخدمها خوارزمية (DSSE).

العوامل التي تؤثر على سرعة اتصال PLC

يمكن أن تؤثر العديد من العوامل على سرعة اتصال (PLC)، على سبيل المثال عامل الطور، وفي الواقع عادةً ما يتم إجراء طلب قراءات (SM) في مرحلة واحدة، كما وتميل تلك (SMs) المتصلة بتلك المرحلة إلى الاستجابة بشكل أسرع، كذلك العوامل الأخرى التي قد تؤثر على سرعة الاتصال هي المسافة (مقاومة الخط) من موقع (SM) إلى (DCU) وتوصيلات الأسلاك وأيضاً التوافق الكهرومغناطيسي، خاصة في المناطق التي بها الكثير من المحولات الكهربائية، مثل المواقع ذات الاختراق العالي لتوليد الطاقة الكهروضوئية.

وفي هذه الدراسة، تم النظر في عاملين فقط بشكل صريح، كما أن عامل الطور وعامل المسافة، وفي الواقع يسمح هذان العاملان بالتقاط معظم تقلبات الاستجابة الزمنية، كما يتم التعامل مع الباقي، بما في ذلك الضوضاء، لذلك من خلال منظور عشوائي بحت؛ فإنه يتم استخدام العاملين السابقين بناءً على إحصائيات تأخير الاتصال المأخوذة من شركة (DSO) في إسبانيا؛ فإنه يُفترض أن تسلسل قراءة (SMs) بواسطة (DCU)، وعلى الرغم من أن الاحتمالات الأخرى؛ فإنه سيتم التحقيق فيها بشكل أكبر في دراسة مستقبلية.

ووفقاً للبنية التحتية للقياس التي تم النظر فيها في هذه الدراسة، والتي تتوافق مع إحدى المرافق في شمال إسبانيا؛ تقع وحدة التحكم (DCU) في المحطة الفرعية (MV / LV)، كما هو موضح في الشكل التالي (2)، بحيث تعد الطبيعة التسلسلية لطلب البيانات مشكلة متأصلة من تقنية (PLC).

كما تتنوع الحالة هنا بشكل كبير: في (DTs) مع عدد قليل من العملاء، يمكن الحصول على جميع البيانات في فترة زمنية مدتها (5) دقائق، ومع ذلك يمكن أن تصل هذه المرة إلى (60) دقيقة في سيناريوهات أخرى، وفي دراسة الحالة الحالية؛ فإنه يمكن أن يختلف الوقت المستثمر في تقديم الطلب وتلقي البيانات من (SM) واحد من (21) إلى (141) ثانية بمتوسط قيمة (45.56) ثانية، التأخير الزمني لقياس (TS) هو معلمة ثابتة يتم ضبطها عند (15) ثانية.

ومن الجدير بالذكر أن قياسات (SM) المتأخرة غير متسقة من وجهة نظر (DSSE) بسبب افتقارها إلى التزامن، ومع ذلك؛ فإن كل مجموعة قياس [SM (V ،Pinj ،Qinj)] أو مجموعة قياس [TS (V ، Pf ، Qf)] تتضمن قياسات متزامنة.

وأخيراً تناقش هذه الدراسة مشكلة (DSSE) في الوقت الحقيقي في (LVDS) من أربعة أسلاك من النوع الأوروبي مع (AMI) على أساس (PLC)، بحيث يرجع التأثير السلبي لـ (PLC) إلى زمن الوصول العالي وعملية أخذ عينات البيانات المتسلسلة، وهذا بدوره يؤدي إلى نتائج تقدير سيئة، كما يقترح هذا العمل حلاً يسمح بتقدير حالة شبكة الجهد الكهربائي المنخفض بدقة معقولة مع الأخذ في الاعتبار الجودة المنخفضة للقياسات التي توفرها البنية التحتية المنتشرة.