كفاءة تقنيات التحكم في شبكة نظام الطاقة الكهربائية

بشكل تقليدي كان النطاق الهائل لشبكات نظام الطاقة الكهربائية يتم التحكم فيه بكفاءة بواسطة مخطط الحلقة المفتوحة، وهنا تلبي تقنيات التحكم البسيطة ذات الاستجابات البطيئة نسبياً متطلبات العرض والطلب لشبكة نظام الطاقة في الوقت الفعلي.

أهمية تحقيق كفاءة تقنيات التحكم في شبكة نظام الطاقة الكهربائية

تعتبر كفاءة الطاقة عنصراً هاماً في عملية تحليل شبكة الطاقة الكهربائية، لذلك؛ فإنها تقدم مصادر مختلفة لتوليد الطاقة على سبيل المثال، الطاقة المتجددة والمولدات الموزعة على نطاق صغير وما إلى ذلك، أما دمجها في شبكة نظام الطاقة الحالية؛ قد جلب تحديات لوحدة التحكم، والسبب في ذلك هو أن مصدر الطاقة المتجددة غير موثوق به وغالباً ما يؤدي إلى تقلبات غير متوقعة في جانب العرض لشبكة نظام الطاقة، لذلك هناك مطلب ثابت لإجراء تحكم سريع وفعال.

تقنيات التحكم المركزي الخاصة بشبكات الطاقة الكهربائية

يتكون نظام التحكم المركزي من وحدة تحكم واحدة لشبكة نظام الطاقة بالكامل، حيث أن الهدف من وحدة التحكم هذه هو تنفيذ مجموعة العمليات التالية خلال عينة زمنية، بحيث تقييم جميع متغيرات الإخراج لنظام الطاقة وحساب أمر التحكم باستخدام خوارزمية تحكم مناسبة، كما وتنفيذ هذا التحكم المحسوب من خلال جميع مشغلات شبكة نظام الطاقة.

أيضاً شبكة نظام الطاقة الكهربائية هي نظام واسع ومتكامل، سواء من الناحية الرسومية أو الحسابية، لذلك من الصعب عمليًا تنفيذ أي مخطط تحكم متقدم لمثل هذه الشبكة الواسعة باستخدام أمر تحكم واحد، وهذا هو أحد الأسباب التي جعلت الباحثين يظهرون أقل اهتمام بتصميم التحكم للنظام المركزي.

تقنيات التحكم اللامركزية الخاصة بشبكات الطاقة الكهربائية

يتكون نظام التحكم اللامركزي من مجموعة متعددة المتغيرات من الأنظمة التي تعمل من أجل إنجاز مهمة موضوعية عالمية من خلال التعاون مع العديد من وحدات التحكم في النظام بأكمله، بحيث تقوم كل وحدة تحكم فردية بحساب مجموعة فرعية من أوامر الإدخال بشكل منفصل في ظل عدم وجود اتصال أو اتصال محدود مع وحدات التحكم الأخرى.

كذلك تتمثل ميزة نظام التحكم اللامركزي على نظام التحكم المركزي في:

• لا يتطلب التحكم اللامركزي وحدة حسابية معالجة عالية لتنفيذ مخططات التحكم العالمية المعقدة لكامل ديناميكيات شبكة نظام الطاقة، وبدلاً من ذلك يتم تقييم عدة أوامر تحكم مباشرة باستخدام عدة وحدات أساسية، والتي تكون أيضاً فعالة من حيث التكلفة.

• لا يلزم نقل قياسات متغير الإخراج وأوامر التحكم إلى وحدة معالجة واحدة، بحيث يمكن تحقيق مهمة التحكم العالمية بأدنى حد من تبادل المعلومات بين الوحدات المشتتة مكانياً للنظام الكهربائي.

تأثير ربط توصيلات التيار المستمر عالي الجهد على شبكات الطاقة

يستخدم ارتباط (HVDC) للتوصيلات غير المتزامنة لشبكتي نظام طاقة (شبكات)، لذلك قد تكون المعلمات الجهد والتردد الكهربائي لكلتا الشبكتين متطابقة أو مختلفة، بحيث يتحكم في تدفق الطاقة الحقيقي بين هذه الشبكات، كذلك الأمر الذي يتطلب دعم الطاقة التفاعلية، بحيث يتم استخدام وصلة (HVDC) أيضاً لدمج نظام طاقة الرياح في شبكات المرافق.

كما يظهر ارتباط أساسي مبسط (HVDC) في الشكل التالي (1)، وبشكل عام يتكون نظام (HVDC) من خط (DC) ومحطات تحويل عند طرفي الإرسال والاستقبال، بحيث تتكون محطة المحول بشكل أساسي من محولات وصمامات المحول ومرشحات التيار المتردد ومرشحات التيار المستمر ومفاعلات التنعيم وكذلك أنظمة حماية الجهد الزائد، بالإضافة الى وأنظمة التحكم والأجهزة الأخرى، كما أنه يتم استخدام طوبولوجيا المحول الرئيسيتين في أنظمة نقل (HVDC) الحالية وهي على النحو التالي.

• نظام تحويل الخط على أساس (VDC): هو نظام (HVDC) التقليدي، وهو (LCC-HVDC) القائم على محول تبديل الخط أو محول المصدر الحالي القائم على (CSC-HVDC)، والذي يستخدم الثايرستور كما هو موضح في الشكل التالي (2)، كذلك طوبولوجيا (HVDC) هذه مثبتة جيداً للمسافات الطويلة والسائبة أنظمة نقل الطاقة، على سبيل المثال مشاريع الطاقة العالية والمسافات الطويلة.

• نظام محولات مصدر الجهد  على أساس (HVDC): يعتبر نظام (HVDC) الأخير هو (VSC-HVDC) القائم على محولات مصدر الجهد، والذي يستخدم (GTOs) أو (IGBTs)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (3)، بحيث يستخدم بشكل عام لنقل الطاقة المتوسطة والطاقة لمسافات قصيرة.

وأخيراً؛ فإن متطلبات مواسعات التصفية لتصفية التوافقيات (المركبات التوافقية) والتحكم المنسق وتعويض الطاقة التفاعلية تؤدي إلى أن يصبح نظام (HVDC) أكثر تعقيداً، وعندما يتم توصيل شبكة طاقة التيار المتردد ذات التصنيف المنخفض على جانبي وصلة (HVDC) فإنها تقلل من حدّة الأداء، وعلاوة على ذلك ،يتطلب تركيب نظام (HVDC) مساحة كبيرة وتكلفة أولية عالية لوضع مفاتيح الجهد العالي ومصارف التصفية الأخيرة.