تقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية

لضمان التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة الكهربائية؛ فإنه من الضروري إجراء تقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية، وفي الطرق التقليدية يتم تجاهل تأثيرات شبكة الطاقة الإقليمية على مخطط التوصيل الكهربائي الرئيسي.

الأهمية من تقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي داخل المحطات

تعد المحطة الفرعية أحد المكونات الرئيسية في شبكة الطاقة، والتي تلعب بشكل أساسي دوراً مهماً في تجميع الطاقة الكهربائية وتوزيعها، بحيث سيؤثر تشغيله بشكل مباشر على سلامة واقتصاد شبكة الطاقة، ولطالما كان إجراء تقييم المخاطر على مخطط التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية مسألة مركزية بحثية للحصول على المخطط بأقل التأثيرات على التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة.

لذلك تم تحقيق العديد من الإنجازات في دراسة تقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطات الفرعية في الوقت الحاضر، وكحلقة وسيطة لنقل الطاقة؛ يعتبر تقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطات الفرعية حالة خاصة لتقييم مخاطر نظام النقل أو نظام التوزيع في معظم الدراسات البحثية، لذلك تحليل شجرة الخطأ وتحليل السلاسل الزمنية.

كما يتم التحليل من خلال طريقة “مونت كارلو” والطريقة التحليلية وخوارزمية الشبكة العصبية، والتي غالباً ما يتم تبنيها في مخاطر نظام الطاقة التقييم، كذلك تم تطبيقه بنجاح في تحليل مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطات الفرعية، ومع ذلك ونظراً لقيود مقياس الحساب، كما يتم تنفيذ نتائج تقييم المخاطر بشكل عام فقط مع مراعاة التوصيل الكهربائي الرئيسي للمحطة الفرعية نفسها.

وفي الغالب ما يتم تجاهل الشبكة المجاورة لها، كما أنه من الصعب العثور على ضعف مخطط التوصيل من وجهة نظر قيود سلامة الشبكة الإقليمية، ومع ذلك؛ فإن نظام التوليد ونظام النقل ونظام التوزيع ونظام المحطات الفرعية ترتبط ارتباطاً وثيقاً وتتفاعل مع بعضها البعض، لذلك من الواضح أن تقييم المخاطر لجزء واحد لا يمكن أن يضمن شمولية نتائج التقييم ودقتها.

الطرق التي يتم تنفيذها لتقييم المخاطر الكهربائية

تهدف هذه الدراسة إلى اقتراح طريقة جديدة لتقييم المخاطر الكهربائية الرئيسية في المحطة الفرعية مع مراعاة تأثيرات قيود السلامة الإقليمية مثل جهد الناقل وسعة خط النقل والتغلب على أوجه القصور، أولاًَ تعدل هذه الدراسة مؤشرات المخاطر التقليدية من خلال مراعاة فصل الأحمال في الشبكة الإقليمية وبناء فهارس قيود السلامة باستخدام وظائف الشدة.

وبعد ذلك، يتم الحصول على المكافئ الخارجي للمحطة الفرعية من خلال تعداد الأخطاء وتحليل النتائج، والذي يتم إجراؤه باستخدام تمييز اتصال مصفوفة إمكانية الوصول، كما ويتم الحصول على تخفيض حمل الشبكة الإقليمية عن طريق حساب تدفق الطاقة والجدولة المثلى لتدفق الطاقة.

أخيراً يتم الحصول على مؤشرات مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية مع قيود سلامة الشبكة الإقليمية، كما يتم النظر في التفاعلات بين نظام المحطات الفرعية والشبكة الإقليمية بالطريقة المقترحة، وهي ملائمة للتحليل الكمي لمؤشرات المخاطر من منظور قيود سلامة الشبكة الكهربائية، كما توفر الدراسة أيضاً طريقة جديدة في التفكير لتقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطات الفرعية.

مخاطر التوصيل الكهربائي وقيود سلامة الشبكة الإقليمية

تقدم طريقة تقييم المخاطر المقترحة في هذه الدراسة خصائص هيكلية ذات طبقات نموذجية، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث تكون الطبقة الأولى من الطريقة هي تعداد الأخطاء وتحليل النتائج في المحطة الفرعية، كما تم اعتماد الطريقة التحليلية لتعداد مكونات الخطأ بدورها، ويتم الحصول على نطاق الخطأ وفقاً لطوبولوجيا التوصيل الكهربائي وتكوين الترحيل الوقائي.

لذلك يتم أيضاً الحصول على تقليل الحمل ووقت الانقطاع في المحطة الفرعية، كما أن الطبقة الثانية من الطريقة هي المكافئ الخارجي، وعندها يتم إنشاء المصفوفة المجاورة للوصلة الرئيسية للمحطة الفرعية ويتم الحصول على المصفوفة المقابلة التي يمكن الوصول إليها، كما ويتم تحديد الاتصال بين خطوط النقل ونقاط التحميل داخل المحطة الفرعية تحت حالات النظام المختلفة.

أما الطبقة الثالثة من الطريقة هي حساب تدفق الطاقة لشبكة الطاقة الإقليمية والجدولة المثلى، وبها يتم دمج المكافئ الخارجي للمحطة الفرعية (المفصل في III.B) في معادلة تدفق الطاقة الإقليمية والجهد الناقل وقدرة خط النقل يتم حسابها للحصول على مؤشرات الخطورة للشبكة الإقليمية، وعندما يكون هناك شرط تجاوز الحد؛ فإن الجدولة المثلى مطلوبة أيضاً لضمان التشغيل الآمن للشبكة الإقليمية.

تعداد الأعطال وتحليل النتائج في المحطة الفرعية

نفترض أن جميع المكونات في الشبكة الإقليمية موثوقة بنسبة (100 ٪)، إلا أنه يتم تعداد أخطاء المكونات في المحطة الفرعية، لذلك تعكس نتائج تقييم المخاطر بشكل أساسي تأثيرات قيود سلامة الشبكة الإقليمية على نظام المحطات الفرعية حسب:

• تعداد أخطاء المكونات في المحطة الفرعية، وبشكل عام يعد احتمال الفشل المتزامن لأكثر من مكونين في محطة فرعية نادراً جداً، والذي يتم تجاهله عادةً.

• تحديد نوع الخطأ للمكون ونطاق الخطأ، بحيث ينقسم فشل المكونات إلى فشل نشط وغير نشط، كما يشير الفشل النشط إلى العيوب التي تؤدي إلى تعطل قواطع الدائرة الأخرى، مثل عطل ماس كهربائي، ويشير الفشل غير النشط إلى الأخطاء التي تؤثر فقط على المكون المعيب نفسه، مثل عطل الدائرة المفتوحة.

• حكم الاتصال، بحيث ينم الحكم على ما إذا كان لا يوجد اتصال كهربائي بين نقاط التحميل وأي خط نقل في المحطة الفرعية بعد حدوث فشل المكون، وإذا كان هناك حاجة؛ فيتم القيام بتسجيل مقدار فقد الحمل واحتمال حالة النظام.

• تكرار الخطوات المذكورة أعلاه حتى يتم تعداد جميع المكونات في المحطة الفرعية.

أما بالنسبة الى المكافئ الخارجي للمحطة الفرعية؛ فإنه تم اعتماد مصفوفة الجوار والمصفوفة التي يمكن الوصول إليها للحصول على النتائج المكافئة الخارجية للمحطة الفرعية التي تم تقييمها، ويتم شرحها بشكل خاص بنظام نقل وتحويل الطاقة البسيط الموضح في الشكل التالي (3)، كذلك؛ فإن هناك ثلاث محطات فرعية في الشبكة الإقليمية كما هو موضح في الشكل والجزء السفلي هو توسيع التوصيل الكهربائي الرئيسي للمحطة الفرعية التي تم تقييمها.

بالمجمل اقترحت هذه الدراسة طريقة جديدة لتقييم مخاطر التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية مع مراعاة قيود سلامة الشبكة الكهربائية الإقليمية، وذلك بالاقتران مع (IEEE-RTS6) ومحطة فرعية حقيقية (220) كيلو فولت مع الشبكة المجاورة لها، كما يتم الحصول على مؤشرات تقييم المخاطر والنتائج الرئيسية هي كما يلي:

• يمكن لفقدان الحمل وشدة الجهد أو الحد الزائد الحالي في الشبكة الإقليمية يتم الحصول عليها من خلال تعديل مؤشرات المخاطر التقليدية وإنشاء فهارس قيود أمان الشبكة، والتي تعتبر أكثر شمولاً مقارنة بالطريقة التقليدية.

• يمكن للطريقة المقترحة في هذه الدراسة التحليلية أن تعادل التوصيل الكهربائي الرئيسي للمحطة الفرعية بتفرع، مما يحل مشكلة عدم قدرة المكونات في المحطة الفرعية على المشاركة في حساب تدفق الطاقة لشبكة الطاقة.

• من خلال مقارنة مؤشرات المخاطر في حالات النظام المختلفة؛ فإنه يمكن للطريقة الواردة في هذه الدراسة الحصول على تركيبة خطأ الأسلاك الرئيسية المقابلة للحد الأقصى من المخاطر، وذلك للعثور على نقطة الضعف في التوصيل الكهربائي الرئيسي في المحطة الفرعية.