Προς την ανάπτυξη ενός ενιαίου δείκτη για την αξιολόγηση της ποιότητας ισχύος σε συστήματα κατανεμημένης παραγωγής

Επί του παρόντος, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές αυξάνεται ταχέως σε όλο τον κόσμο ως απάντηση στις τεχνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές εξελίξεις, καθώς και σε πολιτικές και κοινωνικές πρωτοβουλίες. Ωστόσο, η μετάβαση σε ένα σύστημα ενέργειας και καυσίμων που βασίζεται σε ανανεώσιμες πηγές είναι προκλητική.

Η υπερβολική διείσδυση των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής με τις ηλεκτρονικές διεπαφές ισχύος τους στα συστήματα διανομής έχει εισαγάγει διαφορετικά προβλήματα ποιότητας ισχύος σε αυτά τα συστήματα. Τα προβλήματα συνήθως εμφανίζονται όταν το επίπεδο διείσδυσης υπερβαίνει την ικανότητα ενός συστήματος να φιλοξενεί περισσότερες κατανεμημένες μονάδες παραγωγής, κάτι που στη βιβλιογραφία ονομάζεται χωρητικότητα φιλοξενίας. Αυτά τα προβλήματα εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες όπως ο τύπος, η τοποθεσία, η σύνδεση, το επίπεδο τάσης, η διεπαφή, η στρατηγική ελέγχου και το μέγεθος των μονάδων.

Η χωρητικότητα φιλοξενίας αντιστοιχεί στην αξιολόγηση της ετοιμότητας των δικτύων διανομής για αυξανόμενες ποσότητες μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Ο προσδιορισμός της χωρητικότητας φιλοξενίας επιτρέπει στον ενδιαφερόμενο να ποσοτικοποιήσει τον αντίκτυπο των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην απόδοση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ένα σύνολο δεικτών αξιολόγησης. Η επιλογή αυτών των δεικτών εξαρτάται από παράγοντες ενδιαφέροντος όπως η ανισορροπία, το προφίλ τάσης, τα επίπεδα αρμονικής παραμόρφωσης και άλλα μέτρα ποιότητας ισχύος.

Αυτό απαιτεί να εργαστούμε για το πώς να συγκεντρωθούν οι διάφοροι δείκτες σε έναν ενιαίο παγκόσμιο δείκτη, προκειμένου να διασφαλιστεί η συνεπής ανταλλαγή μεταξύ των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της πρακτικής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ποιότητα ισχύος είναι η ικανότητα του δικτύου να αντισταθμίζει ή να απορρίπτει τις διαταραχές. Έτσι, η αξιολόγηση της απόδοσης ποιότητας ισχύος μπορεί να είναι βασικός παράγοντας για έναν τέτοιο ενοποιημένο δείκτη.

Πολλοί τυπικοί δείκτες μετρούν καθεμία από τις διαταραχές ποιότητας ισχύος, αλλά, μέχρι σήμερα, κανένα μεμονωμένο μέτρο δεν μπορεί να υποδείξει τη συνολική ποιότητα ισχύος ενός συστήματος διανομής, ιδιαίτερα παρουσία μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Παρά το γεγονός ότι η εισαγωγή ενός δείκτη για την αξιολόγηση της συνολικής απόδοσης ποιότητας ισχύος ενός συστήματος θα εμπνεύσει νέες εγκαταστάσεις στο σχεδιασμό, την παρακολούθηση και την αξιολόγηση ολοκληρωμένων υβριδικών συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που βασίζονται σε έξυπνα δίκτυα.

Σε αυτή την εργασία, προτείνουμε έναν ενιαίο δείκτη για την αξιολόγηση της ποιότητας ισχύος σε διαφορετικά συστήματα κατανεμημένης παραγωγής χρησιμοποιώντας τη διαδικασία αναλυτικής ιεραρχίας. Ο ενοποιημένος δείκτης προσδιορίζεται με βάση έξι παραμέτρους απόδοσης ποιότητας ισχύος, δηλαδή ολική αρμονική παραμόρφωση τάσης, ολική αρμονική παραμόρφωση ρεύματος, απόκλιση συχνότητας, βαθμολογία πτώσης τάσης, τρεμόπαιγμα τάσης και συντελεστή ισχύος σε διαφορετικούς διαύλους διεπαφής διαφορετικών συστημάτων κατανεμημένης παραγωγής συνδεδεμένων στο δίκτυο . Οι επιλεγμένοι δείκτες αντιπροσωπεύουν μερικά από τα κοινά προβλήματα ποιότητας ισχύος.

Η διεργασία αναλυτικής ιεραρχίας ως δομημένο εργαλείο λήψης αποφάσεων για την οργάνωση διαφορετικών χαρακτηριστικών χρησιμοποιείται για την εφαρμογή ενός σχήματος ιεράρχησης για την επίτευξη της πιο εφικτής λύσης και την παροχή ενός ολοκληρωμένου πλαισίου για την ποσοτικοποίηση της σημασίας (βαρών) των εξεταζόμενων κριτηρίων ποιότητας ισχύος σε διαφορετικά σενάρια. Η διαδικασία αναλυτικής ιεραρχίας έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως η απλότητα, η προσαρμοστικότητα και η διαφάνεια. Ωστόσο, έχει επίσης ορισμένα μειονεκτήματα, όπως η αλληλεξάρτηση μεταξύ στόχων και εναλλακτικών λύσεων και η ανάγκη ανάθεσης βαρών για σύγκριση κατά ζεύγη με βάση τη διαθεσιμότητα δεδομένων ή την εμπειρία του σχεδιαστή για να κριθεί ποια επιλογή πρέπει να προτιμηθεί.

Η ιδέα πίσω από αυτό είναι να αξιολογηθεί η συνολική απόδοση ποιότητας ισχύος διαφορετικών υβριδικών έξυπνων συστημάτων κατανεμημένης παραγωγής που συνδέονται με το δίκτυο, λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο των διαύλων διασύνδεσης και με τη σειρά τους τις προτεραιότητές τους. Αυτό μπορεί να βοηθήσει στη διερεύνηση των επιπτώσεων των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής στην απόδοση ποιότητας ισχύος ενός συστήματος με συγκεκριμένο, μετρήσιμο και πρακτικό τρόπο. Απλώς, ένας δίαυλος που έχει χαμηλό δείκτη ποιότητας ισχύος μπορεί να αναγνωριστεί εύκολα και επομένως η συνολική ποιότητα ισχύος του συστήματος μπορεί να αξιολογηθεί ανάλογα με τη συγκέντρωση των δεικτών των λεωφορείων. Επιπλέον, διερευνούμε τις επιπτώσεις της αντιστάθμισης άεργου ισχύος, του αρμονικού μετριασμού και των σφαλμάτων στον προτεινόμενο ενοποιημένο δείκτη.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο υβριδισμός των συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι ένας ουσιαστικός τρόπος για την αύξηση της χρήσης και τη βελτίωση των επιπέδων ποιότητας ισχύος στα συστήματα διανομής. Επίσης, με βάση τα προτεινόμενα αποτελέσματα ενοποιημένου δείκτη, για τα συστήματα αντιστάθμισης που χρησιμοποιούν τα αρμονικά φίλτρα, επιτυγχάνονται καλύτερες τιμές του δείκτη στα διαφορετικά συστήματα αλλά με διαφορετικούς βαθμούς αποτελεσματικότητας. Ωστόσο, υπό τις συνθήκες σφάλματος, οι τιμές των δεικτών αυξήθηκαν σημαντικά, γεγονός που υποδεικνύει τη σοβαρότητα των σφαλμάτων στη λειτουργία των συστημάτων ισχύος και την ανάγκη χρήσης προηγμένων αντισταθμιστών για την αποφυγή τέτοιων ελλείψεων.

Τέλος, εάν δεν αξιολογηθούν σωστά, τα συστήματα κατανεμημένης παραγωγής μπορούν να προκαλέσουν διαφορετικά προβλήματα ποιότητας ισχύος στα συστήματα διανομής. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να αξιολογηθούν αυτά τα ζητήματα και να προχωρήσουμε προς την εφαρμογή ενός παγκόσμιου δείκτη ποιότητας ενέργειας για τη διατήρηση της ποιότητας ισχύος των έξυπνων συστημάτων διανομής συνδεδεμένων στο δίκτυο εντός αποδεκτών ορίων μακροπρόθεσμα, ιδιαίτερα στον σχεδιασμό νέων εγκαταστάσεων κατανεμημένης παραγωγής στα σύγχρονα συστήματα ισχύος.

Αυτά τα σημεία περιγράφονται και συζητούνται στο άρθρο με τίτλο A Unified Index for Power Quality Evaluation in Distributed Generation Systems, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Energy . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Shady Abdel Aleem, από το Ανώτατο Ινστιτούτο Μηχανικής της 15ης Μαΐου, τους Ghada Elbasuony και Ahmed Ibrahim από το Πανεπιστήμιο του Καΐρου και τον Adel Sharaf από την Sharaf Energy Systems.