الشبكات الكهربائية

تعد البنية التحتية للطاقة الكهربائية الآمنة والموثوقة والمرنة والنظيفة عنصراً أساسياً في المجتمع الحديث، بحيث يمكن أن يؤدي الفشل في البنية التحتية للطاقة الكهربائية إلى فقدان الإنتاجية الاقتصادية

في تطور المجتمع الحديث، يعد توفير الطاقة وتوفير الكهرباء النظيفة المستدامة من العوامل الرئيسية من أجل أن تصبح أكثر استقلالية عن موارد الطاقة القائمة على النفط والوقود الأحفوري.

مع استنفاد مصادر الطاقة غير المتجددة والمشكلات البيئية العالمية الخطيرة؛ فقد اجتذبت الخلايا الكهروضوئية، وذلك باعتبارها طاقة نظيفة لا تنضب.

تم توجيه الاهتمام المتزايد مؤخراً نحو تحليل أنظمة الطاقة ثلاثية الطور من حيث مكونات إطار الطور، بحيث يمكن تبرير هذا الاتجاه من خلال الاهتمام الأكبر بالنمذجة التفصيلية لأنظمة التوزيع.

من السنوات القليلة الماضية، أدت المخاوف المتزايدة بشأن الآثار البيئية بسبب استنفاد الوقود الأحفوري إلى التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة لتلبية الطلب العالمي على الطاقة.

يتم تركيب مولدات الطاقة المتجددة بالقرب من مراكز التحميل ويتم تبادل الطاقة الزائدة مع شبكة المرافق، حيث إن الاعتبار التشغيلي الرئيسي لهذه المولدات.

بسبب زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية من قبل العملاء التجاريين والصناعيين والسكنيين، وقد لوحظت أطر عمل كهربائية؛ فقد تمت ملاحظة متطلبات دمج مصادر الطاقة المستدامة في الشبكة الكهربائية.

في (LCC-HVDC) سوف يتسبب خطأ (PTG) من جانب التيار المستمر، أيضاً في حدوث مشكلات في عدم التوازن والاقتران، بحيث يعتبر تحويل (CDM) أداة فعالة لتحليل الظاهرة غير المتماثلة.

من أهم الأهداف التكنولوجية العالمية في هذا القرن تحقيق أنظمة طاقة كهربائية محايدة الكربون، لذلك لن يقلل هذا من التلوث وآثار الاحتباس الحراري.

مع استمرار انتشار الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح ووحدات تخزين الطاقة المنزلية في الأماكن السكنية، يتغير مشهد أنظمة التوزيع بسرعة،

إن الحاجة إلى تحديث الشبكة لتمكينها من تلبية احتياجات المستقبل مقبولة جيداً، وقد أدى ذلك إلى مفهوم الشبكة الذكية كمسار لزيادة ذكاء الشبكة الكهربائية لتلبية متطلبات المستقبل.

مع التوسع المستمر في نطاق نظام الطاقة والوصول على نطاق واسع إلى الطاقة المتجددة مع العشوائية والتقلبات القوية، تواجه إدارة الطاقة والتحكم في التشغيل.

بدافع من الجوانب التكنولوجية والاقتصادية والبيئية، كما يتزايد تكامل موارد الطاقة المتجددة في شبكات الطاقة على مستوى العالم، بحيث ترتبط معظم وحدات الطاقة المتجددة.

في نظام الشبكة الجزئية للتيار المستمر؛ فإنه من المهم جداً تحليل كيفية تدفق الطاقة الكهربائية بين شبكات التيار المتردد والتيار المستمر، وفي الواقع يجب تصميم أنظمة شبكة التيار المستمر.

يجب أن تكون مخططات حماية المنطقة الواسعة أكثر ذكاءً للتعامل مع التحديات الجديدة، حيث أصبح هيكل نظام الطاقة أكثر تعقيداً جنباً إلى جنب مع تطوير الأجيال الموزعة.

الطاقة مورد لا غنى عنه لإنتاجية الإنسان وحياته، وهي أساس مادي مهم للاقتصاد الوطني في أي بلد، ولتجنب الاستغلال المفرط للطاقة الأحفورية مثل الفحم والنفط.

سيؤدي تطوير نظام الطاقة إلى شبكة ذكية إلى إطلاق إمكانات لا يمكن تصورها للاستجابة للتأثيرات البيئية وأهداف كفاءة الطاقة وظروف معيشية أفضل لمجتمعاتنا،

في السنوات الأخيرة، أصبحت أنظمة الطاقة الكهربائية واحدة من أهم البنى التحتية لتنمية أي بلد. قد تكون هذه الأنظمة عرضة لأحداث غير مرغوب فيها مثل فشل المعدات.

فيما يتعلق بتدفق الطاقة ثنائي الاتجاه في شبكات التوزيع مع مرحلات التيار الزائد الهيكلية القائمة على الحلقات (DOCRs) والتي توجد عادة في هذه الشبكات.

في السنوات الأخيرة، كانت هناك تغييرات كبيرة في أنظمة الطاقة، حيث تم استبدال مرافق التوليد المركزية بمصادر طاقة أصغر وأكثر توزيعاً (DERs).

يكتسب تقدير حالة نظام التوزيع (DSSE) اهتماماً متزايداً من صناعة الطاقة الكهربائية وذلك نظراً لدورها الأساسي في إدارة الطاقة للشبكات الذكية،

تعتمد المدن والبلدات والمجتمعات على الكهرباء التي توفرها المرافق للحفاظ على الموارد الأساسية مثل المستشفيات ومحلات البقالة والشرطة ومراكز الإطفاء.

يواجه الاقتصاد العالمي وخاصة الصيني سريع النمو تحديات متعددة عندما يتعلق الأمر بتوليد الطاقة، لا سيما النمو السكاني والضغط الاقتصادي على الطلب على الطاقة.

في الوقت الحاضر، تم تطبيق تكنولوجيا الطاقة الإلكترونية على نطاق واسع في نظام الطاقة، بما في ذلك المجالات الصناعية والزراعية والعامة والمدنية وغيرها من المعدات الكهربائية،

أصبحت الشبكات الكهربائية السكنية منخفضة الجهد (LV) إحدى طليعة البحث والتطوير في الشبكة الذكية بسبب عدد من الابتكارات في جانب الطلب،

مع تكامل طاقة الرياح على نطاق واسع في الشبكة الكهربائية، وبالإضافة إلى إنتاج الطاقة النشط؛ فإن توربينات الرياح مطلوبة لتوفير الخدمات المساعدة،

الشبكات الصغيرة (μ Gs) والشبكات النانوية (nanogrids) عبارة عن شبكات منخفضة النطاق تتضمن تقنيات ناشئة كمحولات طاقة حديثة تتداخل مع كل من موارد الطاقة الموزعة.

تعتبر استراتيجيات إدارة جانب الطلب (DSM)، والتي تعزز الصلة بين توفير تكلفة الطاقة في قطاعات الاستهلاك وموثوقية شبكة الكهرباء (EG).

باعتبارها الجيل التالي من الشبكة، تتمتع الشبكة الكهربائية الذكية بميزة أكبر على شبكة الطاقة التقليدية نظراً لقدرتها المتقدمة على الاتصال،

من خلال الترويج لاتصال شبكة الطاقة الموزعة والمتطلبات الصارمة لجودة طاقة المستخدمين لإمدادات الطاقة الطرفية، تُظهر شبكة توزيع التيار المتردد التقليدية.