تقدير المكافئ الديناميكي لشبكة التوزيع الكهربائية النشطة

أهمية تقدير المكافئ الديناميكي لشبكة التوزيع الكهربائية النشطة

تدفع الاهتمامات البيئية إلى الاستبدال المستدام لوحدات التوليد التقليدية، مثل المولدات المتزامنة (SGs) بواسطة المولدات القائمة على العاكس (IBGs)، ولا سيما الوحدات الكهروضوئية (PV) أو توربينات الرياح (WTs)، على سبيل المثال أصبحت الطاقة الشمسية تكنولوجيا الطاقة الأسرع نمواً في العالم، وذلك مع وجود أسواق بحجم جيجاوات في عدد متزايد من البلدان.

كما أن العديد من (IBGs) عبارة عن موارد طاقة موزعة (DERs) متصلة بمستويات جهد أقل، وذلك مجرد وجودهم يثير بالفعل قضايا جديدة في أنظمة التوزيع، علاوة على ذلك يُطلب أكثر فأكثر من (DERs) لتوفير الخدمات المساعدة من خلال أنواع جديدة من الضوابط الحالية النشطة والمتفاعلة، ومن ثم؛ فإن شبكات التوزيع النشطة (ADN) التي تستضيف (DERs) لها تأثير متزايد على ديناميكيات نظام الطاقة بالكامل.

على سبيل المثال، يؤدي استبدال المولدات التقليدية المتصلة بالنقل بواسطة (DERs) الصغيرة إلى تقليل مستوى الدائرة القصيرة في شبكة النقل، مما قد يؤدي إلى زيادة حساسية الجهد الكهربائي، كما أنه يؤدي إلى تفاقم تأثير (ADNs) على استجابات نظام الطاقة للاضطرابات، ومن ثم يصبح من المهم أكثر فأكثر لمشغلي نظام النقل (TSOs) حساب مساهمات شبكات (ADN) في دراساتهم الديناميكية لنظام الطاقة الكهربائية.

كما أن مسار البحث الذي يتبعه بعض الباحثين هو المحاكاة المدمجة لأنظمة النقل والتوزيع، ومع ذلك؛ فإن جمع مجموعة البيانات الكاملة ومطابقة نقطة التشغيل المعنية يمثل عبئاً ثقيلاً على (TSO)، وعلاوة على ذلك في حين أن مشغل نظام التوزيع (DSO) لشبكة الجهد المتوسط (MV) والجهد المنخفض (LV) يحق له عادةً جمع البيانات حول المعدات المتصلة؛ فإن مشاركة هذه المعلومات مع (TSO) تواجه مشكلات قانونية في بعض الدول.

لذلك؛ فإن البديل الجذاب يتكون من (DSOs) التي تشتق نماذج مخفضة ومكافئة لأنظمتها الخاصة، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي (1)، كما يُقصد من هذه المكافئات أن “تُلحق” بنموذج نظام الإرسال لكي يستخدمها (TSO) في دراساته الديناميكية لنظام القدرة، حيث أن النهج خالٍ من قضايا السرية، وذلك لأن المكافئ لا يحتفظ ببيانات المكونات الفردية.

كما أن النهج المذكور في هذه الدراسة يتعامل مع نماذج مختصرة من نوع “الصندوق الرمادي”، وهي الميزة الرئيسية لنماذج الصندوق الرمادي هي قدرتها على تضمين المعرفة المادية حول النظام الأصلي (غير المختزل) في هيكل المكافئ، وهو أمر جذاب من وجهة نظر هندسية، كما يمكن العثور على أمثلة لتعريف نموذج المربع الرمادي لشبكات (ADN).

نمذجة مكونات ADN الخاصة تقدير المكافئ الديناميكي

يهدف نموذج (ADN) إلى تقديم التأثير على ديناميكيات نظام النقل للأحمال و (IBGs) المنتشرة في شبكة التوزيع، بحيث يتم توضيح نماذج (Load) و (IBG) فيما يلي، حيث أن النماذج عامة وتمثيلية، كما لاحظ أن المنهجية غير مرتبطة بنماذج محددة ويمكن استيعاب الأحمال الأخرى وعناصر تحكم وأنواع (IBG) الأخرى، كما يُفترض تشغيل متوازن من ثلاث مراحل، وذلك بالإضافة إلى عمليات محاكاة ديناميكية في ظل التقريب الطوري، كما  يتم استهداف دراسات زاوية الدوار والتردد الكهربائي واستقرار الجهد.

نموذج التحميل: تم توضيح نموذج الحمل العام في الشكل التالي (2)، وهو يتألف من نموذج أسي القياسي ومحرك تحريضي من الدرجة الثالثة، حيث أن (Po (Resp. Qo)) هي الطاقة الأولية (على التوالي، كذلك الجهد ضبط الجهد المرجعي (Vo) جهد على الناقل الأولي، وفي البداية يستهلك القوة الوطنية الخاصة بالشرط.

نموذج (IBG): يلتقط نموذج (IBG) العام اختلافات التيار المحقون مع الجهد الطرفي، كما تفي عناصر التحكم المضمنة بمتطلبات كود الشبكة الحديثة، وهي المقدمة فيما بعد، بحيث تم وصف النموذج بمزيد من التفصيل:

• التدريج المنخفض للجهد الكهربائي (LVRT)

تطلب رموز الشبكة من (IBGs) فوق تصنيف معين أن تظل متصلة بالشبكة في ظروف الجهد المنخفض، ومع ذلك يُسمح للوحدات بالفصل إذا انخفض جهدها الطرفي عن منحنى (LVRT)، كما يتم تحديد المنحنى المنفذ بستة معلمات، وذلك كما هو موضح في الشكل (3-A).

• حقن التيار الكهربائي التفاعلي

تطلب رموز الشبكة (IBG) سعة كبيرة لحقن التيار التفاعلي في الشبكة الكهربائية إذا انخفض جهدها الطرفي عن بعض العتبة، بحيث يتغير هذا التيار خطياً مع الجهد المقاس، وذلك كما هو موضح في الشكل (3،B)، حيث يكون (iQ0) هو التيار التفاعلي الأولي و (Inom) التيار الاسمي (IBG) و (Vm) الجهد الطرفي المقاس.

• الحد (نهاية) للتيار الكهربائي

في ظروف الجهد المنخفض، ومن أجل ترك مساحة للتيار التفاعلي دون تجاوز حد (Inom)، ينخفض التيار النشط، وفي حالة حدوث انخفاض كبير بدرجة كافية في الجهد الكهربائي؛ فإنه قد يتم إجباره على الصفر.

• معدل الانتعاش للتيار الكهربائي النشط

بمجرد استعادة الجهد إلى القيم الطبيعية، يتعافى التيار النشط (IBG)، بحيث لا يمكن أن يكون الاسترداد سريعاً جداً لمنع الديناميكيات السريعة غير المرغوب فيها، وبالتالي؛ فإن معدل الاسترداد الحالي النشط يقتصر على الحد الأقصى (dipdt) كحد أقصى.

نظرة عامة على اشتقاق مكافئ ADN

يلخص هذا القسم الاشتقاق المكافئ لـ (ADN)، بحيث يمكن للقارئ المهتم العثور على مزيد من التفاصيل.

التعامل مع عدم اليقين بشأن نموذج (ADN): في حين أن بيانات الشبكة دقيقة نسبياً|؛ فإن النماذج الديناميكية، ومن ناحية أخرى تتأثر بعدم اليقين، كما أن هذا معروف جيداً للأحمال ولكن نماذج (IBG) أيضاً غير مؤكدة إلى حد ما، على سبيل المثال لأن رموز الشبكة تحدد الاستجابات النموذجية ولكنها تترك للمصنعين بعض الحرية في اختيار المعلمات.

كما يمكن تقييم تأثير عدم اليقين من خلال محاكاة “مونت كارلو” (MC)، كما يتم إنشاء حالات نموذج (ADN) تختلف عن طريق القيم العشوائية للمعطيات غير المؤكدة، كما يتم الحصول على الاستجابات الديناميكية العشوائية لاضطراب معين. يتكرر هذا على مدى مجموعة من اضطرابات “التدريب” d، لذلك كل منها يفرض تبايناً كبيراً في السعة أو زاوية الطور أو تردد مصدر الجهد (V¯tr) الذي يحل محل نظام الإرسال كما هو مبين في الشكل التالي (4).

تحديد المربّع الأقل وزناً لمكافئ ADN: لنفترض أن (θ) تشير إلى متجه المعلمات المكافئة لـ (ADN) لتحديدها، بحيث يتم ضبط (θ) بحيث يكون في مختلف الأوقات المنفصلة والاضطرابات المختلفة، كما تدخل القوة النشطة Pe (θ، j، k) (القوة التفاعلية على التوالي Qe (θ، j، k)) التي تدخل المناهج المكافئة في المربع الأصغر بمعنى متوسط μP (j,k) (على التوالي μQ (j,k)).

تجاهل المعطيات ذات التأثير الضئيل: من أجل الكفاءة الحسابية بالإضافة إلى الاتساق وسهولة تفسير النتائج، يجب الحفاظ على عدد المكونات في عند الحد الأدنى، وذلك مع الحفاظ بالطبع على دقة المكافئ، كما تم تقديم متغير من تقنية (LASSO)، والغرض منه هو تحديد مكونات متجه أولي “مهم”، و للعوامل الأخرى تأثير ضئيل ويمكن بالتالي تعيين قيم افتراضية وإزالتها من (θ).