استقرار نظام الطاقة

في القرن الحادي والعشرين، يتم تطوير فكرة الشبكة الصغيرة والشبكة الذكية ومحطة الطاقة الافتراضية (VPP) لحل تحديات تغير المناخ واستخدام الطاقة المتجددة في شبكة الكهرباء.

تتناول هذه الدراسة الاستقرار التوافقي الناجم عن التفاعلات بين التحكم في النطاق العريض لمحولات الطاقة والمكونات السلبية في نظام طاقة قائم على إلكترونيات التيار المتردد.

تحتوي أنظمة التوزيع الكهربائي الحديثة عادةً على العديد من المحولات الكهربائية المتوازية، والتي يتم التحكم فيها عن طريق التغذية المرتدة، بحيث تشكل معاً نظاماً معقداً لتوزيع الطاقة.

تكتسب (Microgrids) شعبية بسبب فوائدها الاقتصادية والبيئية إلى جانب فقدان الطاقة المنخفض والبنية التحتية الأصغر، ومع ذلك؛ فإن لديها العديد من التحديات التشغيلية.

يتم إخماد تذبذبات نظام الطاقة من خلال وحدات التحكم المحلية للمولد، مثل المثير والمحافظ والتي تم تصميمها لضمان الاستقرار المحلي فقط للمولد (1-2 هرتز)

تم إثبات أن جميع حالات انقطاع التيار الكهربائي تقريباً ناتجة عن حالات فشل متتالية، والتي يتم تشغيلها في البداية عن طريق اضطرابات فردية أو متعددة في ظروف معينة.

تم تصور الشبكة الذكية الحديثة لتحسين متانة وكفاءة شبكة الطاقة التقليدية مع تقدم إلكترونيات القدرة والحوسبة والتحكم وتقنيات الاتصالات، بحيث يتم تمكينه من خلال أحدث.

يتزايد تغلغل موارد الطاقة الموزعة في الشبكات الكهربائية بشكل مطرد في محاولة للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، بحيث أصبحت المحولات كواجهات بين موارد الطاقة الموزعة والشبكات.

يكون العاكس المستقل ثلاثي الأطوار مطلوباً للحصول على خطأ ماس كهربائي من خلال القدرة على تحقيق استمرارية إمداد الطاقة، وبشكل عام يعمل العاكس في الوضع الذي يتم التحكم فيه حالياً.

نظراً لمزايا مثل كونها نظيفة وآمنة، أصبح توليد الطاقة الكهروضوئية (PV) وسيلة فعالة لحل أزمة الطاقة ومشاكل التلوث البيئي، ومع ذلك؛ فإن العاكس الكهروضوئية لا يتمتع بخصائص القصور الذاتي والتخميد.

اكتسبت أنظمة مراقبة الأحمال الكهربائية غير المتطفلة (NILM) شعبية في السنوات الأخيرة لتوفير المزيد من الطاقة، ولتقليل تكاليف البنية التحتية للاستشعار يراقب (NILM) الأحمال الكهربائية.

تصنف الشبكة الذكية (SG) في سياق شبكة الكهرباء بانها الشبكة التي تهدف جميع الأطراف من خلالها إلى الوصول إلى الهدف العام المتمثل في بيئة إمدادات كهرباء مستدامة واقتصادية وآمنة

لفهم الاستجابة الديناميكية لنظام الطاقة المتكامل الكهروضوئي (PV) للتخميد التذبذبات الكهروميكانيكية عمليا، أولاً تطور هذه الدراسة النموذج الخطي الرياضي لنظام ناقل لا نهائي لآلة واحدة مدمج بواسطة العاكس المرتبط بالشبكة الكهروضوئية

مع الاعتماد السريع لمصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، مثل طاقة الرياح وتوليد الطاقة الشمسية؛ فإن عدم اليقين في توليد الطاقة المتجددة يهدد أمن تشغيل نظام الطاقة.

تتعامل العديد من الأعمال في مجال ديناميكيات نظام الطاقة والحماية والتحكم مع استخدام الكميات السلبية للحماية، كما يعد استخدام التسلسلات غير المتماثلة للحماية الكهربائية في (BPS) مفيداً جداً،

في هذا البحث تم اقتراح تقنية جديدة منخفضة الجهد للركوب (LVRT) للمحولات ثلاثية الطور المتصلة بالشبكة الكهربائية، بحيث تتكون التقنية المقترحة من جزأين أساسيين.

اليوم يتم الحفاظ على استقرار شبكة الطاقة الكهربائية من خلال موازنة الوقت الحقيقي بين التوليد والطلب، كما يتم تحجيم أنظمة تخزين طاقة الشبكة الكهربائية، وذلك لتوفير المرونة لمشغل الشبكة.

كما تم إجراء النمذجة الديناميكية لشبكة ميكروية ذات واجهة محول بما في ذلك الأحمال الثابتة والخطوط وأجهزة (PLL) كخطوة أولى، كذلك تم تحديد وظيفة موضوعية.

بالمجمل المصادر الكهربائية هي تقنية فعالة لإدارة جانب الطلب لترويض تقطع مصادر الطاقة المتجددة، وفي هذا البحث تم تلخيص مبدأ التشغيل وطوبولوجيا الدائرة وطرق التطبيق والتحكم.

إن المشكلات والتحديات التي يطرحها التطور الحالي التصاعدي حيث تستمر أجهزة إلكترونيات القدرة في اختراق نظام الطاقة الكهربائية، بحيث تستحق اهتماماً ذا أولوية قصوى من الباحثين والمهندسين في أنظمة الطاقة

مع ضغط نقص الطاقة الأحفورية وتغير المناخ واحتياجات البيئة، تتطور طاقة الرياح وهي طاقة خضراء ومنخفضة الكربون، وذلك بسرعة هائلة في الصين.

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.

نظراً للتوسع في أسواق الكهرباء المعاد هيكلتها وبالتالي اقتراب تشغيل شبكة الطاقة من هوامش ديناميكية وثابتة؛ فقد تم زيادة احتمال عدم الاستقرار العابر بشكل ملحوظ لتقليل مخاطر عدم الاستقرار العابر.

تتغير طبيعة وخصائص أنظمة التوزيع باستمرار مع زيادة اختراق موارد الطاقة الموزعة، ومع هذا أصبحت الحاجة إلى فحص تفاعل النقل والتوزيع الكهربائي (T&D) أثناء تقييم أمان الجهد أمراً كبيراً.

تعد التذبذبات بين المناطق والفشل المتتالي من أخطر التهديدات لأمن نظام الطاقة الكهربائية، بحيث سيحدث التقسيم غير المنضبط للجزيرة في حالة التذبذب غير المستقر.

يعتبر التخطيط لشبكات التوزيع الكهربائي معقد ويتعلق بتحديث النظام لتلبية الطلب والقيود بأفضل خطة اقتصادية.، بحيث تشمل بدائل التخطيط توسيع المحطات الفرعية وتركيب مرافق المولد الجديد.

يشير مفهوم الشبكة العامة (المحلية) إلى الشبكة الكهربائية التي تتكون من خطوط الاتصال ومحطات التحكم والمحولات والموزعات التي تساعد في إمداد الطاقة من محطة الكهرباء إلى المستهلكين.

يتم دمج مصادر الطاقة المتجددة (RES) على نطاق واسع في توليد الطاقة لتعويض الوقود الأحفوري من أجل تقليل انبعاثات الكربون، وعادة ما يتم دمج توليد الطاقة القائم على (RES) في شبكة الطاقة.

يتم تحديد ومناقشة التحديات المرتبطة بتنفيذ أنظمة حماية الشبكات الكهربائية الصغيرة بالتفصيل، وعلاوة على ذلك؛ فإنه تم إجراء دراسات محاكاة مختلفة لإثبات تحديات حماية الشبكة الصغيرة.

يمكن أن يكون للكوارث الطبيعية غير المتوقعة أو التحديات المادية عواقب مختلفة، بما في ذلك انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع وطويل الأجل على أنظمة القدرة الكهربائية.