Pilot Protection for Distribution Feeders Using Active Signature-Harmonic Injection from a Soft Open Point
تقترح هذه الورقة مخطط حماية طيار مدعوم بنقطة الفتح الناعمة (SOP) لمغذيات التوزيع، يستخدم حقن التوافقيات المميزة بتردد 300 هرتز النشط للتمييز بشكل موثوق بين الأعطال الداخلية والخارجية وتحديد الأطوار المعطوبة، متجاوزةً بذلك قيود الحماية التفاضلية التقليدية الناتجة عن خصائص التحكم في نقطة الفتح الناعمة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تنتقل الكهرباء التي تغذي منازلنا وأعمالنا عبر شبكة واسعة ومعقدة من الأسلاك تُعرف باسم شبكة التوزيع. لعقود من الزمن، عملت هذه الشبكة كشارع ذي اتجاه واحد، حيث تتدفق الطاقة باستمرار من محطات طاقة ضخمة وبعيدة إلى الأحياء والمصانع. ومع ذلك، فإن صعود مصادر الطاقة المحلية، مثل الألواح الشمسية على الأسطح وتوربينات الرياح المجتمعية، قد حوّل هذه الشبكات إلى طرق سريعة مزدحمة ذات اتجاهين. فالطاقة الآن تتدفق في اتجاهات متعددة، ويجب على النظام أن يتكيف باستمرار للحفاظ على استمرارية التيار. ولإدارة هذا التعقيد، يستخدم المهندسون جهازًا مرنًا يسمى "النقطة المفتوحة الناعمة" (soft open point). فكر فيها كصمام ذكي وقابل للتعديل يمكنه ربط أقسام مختلفة من الشبكة، موازنًا الحمل ومنظمًا تقلبات الجهد. وبينما توفر هذه التكنولوجيا مرونة كبيرة، إلا أنها تفرض تحديًا جديدًا على أنظمة السلامة المصممة لحماية الشبكة. فعند حدوث عطل، مثل سقوط خط طاقة، تغير النقطة المفتوحة الناعمة طريقة سلوك الكهرباء بطريقة يمكن أن تربك مستشعرات السلامة التقليدية، مما قد يؤدي إلى فشلها في العمل عندما ينبغي لها ذلك، أو تفعيلها بشكل غير ضروري عندما لا ينبغي لها ذلك.
لقد طور باحثون من شركة "غويتشو لشبكة الطاقة المحدودة" وجامعة "هونان" طريقة جديدة لحل هذه المشكلة تحديدًا. فهم يقترحون نظامًا تعمل فيه النقطة المفتوحة الناعمة نفسها كدليل لمستشعرات السلامة، باستخدام تقنية تسمى "حقن التوافقيات النشطة للإشارة" (active signature-harmonic injection). بعبارات بسيطة، عندما يكتشف النظام انخفاضًا في الجهد يشير إلى وجود عطل، تقوم النقطة المفتوحة الناعمة بإضافة إشارة كهربائية محددة وعالية التردد إلى تدفق الطاقة لفترة وجيزة. هذه الإشارة هي توافقية بتردد 300 هرتز، وهو تردد متميز عن الطنين القياسي لشبكة الطاقة الرئيسية. ومن خلال حقن هذه "البصمة" الفريدة، يقوم الجهاز بإنشاء مسار واضح يمكن لمستشعرات السلامة في كلا طرفي الخط المحمي اتباعه. وتبحث المستشعرات عن هذا التردد المحدد وتقيس مدى قوته مقارنة بتيار الطاقة الرئيسي.
يكمن جوهر هذا الاكتشاف في كيفية اختلاف سلوك هذه البصمة اعتمادًا على موقع العطل. فإذا كان العطل داخل القسم المحمي من الخط، تتدفق إشارة البصمة بقوة نحو القطع، مما يخلق فرقًا واضحًا فيما يكتشفه المستشعران في كل طرف؛ حيث يرى أحد المستشعرات الإشارة بوضوح، بينما يرى الآخر القليل جدًا منها. هذا الاختلال يخبر النظام: "المشكلة تكمن هنا تمامًا بيننا". وعلى العكس من ذلك، إذا كان العطل خارج المنطقة المحمية، فإن إشارة البصمة تتدفق عبر الخط وتخرج من الجانب الآخر، لتظهر بطريقة متشابهة ومتوازنة عند كلا المستشعرين. وهذا التشابه يخبر النظام: "المشكلة في مكان آخر؛ لا تقطع التيار". وقد اختبر الباحثون هذه الفكرة باستخدام محاكاة حاسوبية دقيقة تحاكي الظروف الكهربائية في العالم الحقيقي، حيث قاموا بمحاكاة سيناريوهات مختلفة، بما في ذلك أعطال بدون مقاومة، مثل التماس مباشر بين المعدنين، وأعطال بمقاومة قدرها 10 أوم، والتي تمثل سيناريوًا أكثر صعوبة في الكشف عنه ويتضمن الأتربة أو النباتات.
تظهر نتائج هذه المحاكاة أن الطريقة الجديدة تعمل بفعالية حيث تعجز الأنظمة التقليدية. ففي الحالات التي تكون فيها النقطة المفتوحة الناعمة متصلة في نهاية خط أو في منتصفه، غالبًا ما تفشل المستشعرات التقليدية في التمييز بين الحالة الآمنة والحالة الخطرة، خاصة عندما يتضمن العطل مقاومة. ومع ذلك، فإن النهج الجديد حدد موقع العطل بدقة في كل حالة تمت محاكاتها، بما في ذلك الأعطال المقاومة ذات الـ 10 أوم الصعبة. علاوة على ذلك، لم يكتفِ النظام بالعثور على العطل فحسب، بل حدد أيضًا الأسلاك المتضررة بدقة. وسواء كان العطل يتضمن سلكًا واحدًا يلمس الأرض، أو سلكين يلمسان الأرض، أو جميع الأسلاك الثلاثة معًا، فقد حدد النظام الأطوار المتأثرة بدقة. وهذه الدقة أمر بالغ الأهمية لأنها تسمح للشبكة بعزل القسم المتضرر فقط، مع الحفاظ على تشغيل بقية الشبكة بسلاسة.
كما درس الباحثون كيف يغير سلوك النقطة المفتوحة الناعمة المشهد الكهربائي. ووجدوا أنه عندما ينتقل الجهاز إلى وضع الحماية لدعم الشبكة أثناء وقوع عطل، فإنه يغير توقيت وحجم التيارات الكهربائية بطرق تجعل حسابات السلامة القياسية غير موثوقة. ومن خلال الاعتماد على بصمة الـ 300 هرتز المحقونة بدلاً من هذه التيارات القياسية المتغيرة، يتجاوز نظام الحماية الجديد حالة الارتباك هذه. وقد أكدت عمليات المحاكاة أن النظام يمكنه التمييز بين الأعطال الداخلية والخارجية وتحديد الأسلاك المتضررة بدقة لأعطال الخط الواحد، والخط المزدوج، والأطوار الثلاثة. يشير هذا العمل إلى أنه من خلال استخدام النقطة المفتوحة الناعمة بنشاط كشريك في الحماية بدلاً من كونها مجرد مكون سلبي، يمكن للمهندسين الحفاظ على سلامة وموثوقية شبكات الطاقة الحديثة والمرنة حتى مع زيادة تعقيدها. وتخلص الدراسة إلى أن نهج "البصمة النشطة التوافقية" هو وسيلة قابلة للتطبيق وفعالة لضمان بقاء الأنوار مشتعلة، حتى مع تطور الشبكة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.