Electrical Power Systems Engineers and Experts

دراسة تدفق القدرة أو تدفق الأحمال / Power Flow or Load Flow
الجزء الثاني
طرق حساب تدفق القدرة Load Flow Calculation Method
تعتبر المعادلات النهائية المستخدمة في حل و حسابات تدفق القدرة معادلات غير خطية، لذا تستخدم الطرق العددية التكرارية للوصول الى الحل النهائي. الحل مبني على طريقتين أساسيتين مشهورتين لدى مهندسي أنظمة القدرة الكهربية هما:
1- طريقة قاوس سيدلMethod Gauss-Seidel
2- و طريقة نيوتن رافسون Newton Raphson Method
لكل من الطريقتين أعلاه العديد من المحاسن و المساوئ، لذا تم اقتراح العديد من الطرق الحسابية الأخرى، ولكن كل الطرق المقترحة مستنتجة و مبنية على الطريقتين أعلاه وتم اقتراح الطرق الأخرى لعدة أسباب منها:
I. تسريع الحل وتقليل الزمن
II. حجز مساحة أقل في ذواكر الأجهزة
III. تحسين تقارب المسألة و الحصول على الحل والخروج من مشكلة التباعد في الحل أو عدم التقارب
Convergence divergence problems
من أكثر المشاكل التي تواجه مسألة ال load flow هي مشكلة تباعد الحل أو عدم تقاربه للدقة المطلوبة. فكما نعلم فإن الحل يعتمد على التكرار، والمعتاد أن أي تكرار جديد ينبغي أن يكون قريباً من القيمة التي قبله وفي كل تكرار جديد يتجه البرنامج نحو الدقة المطلوبة والحل الصحيح، وفي عدد معين من التكرارت- تختلف بحجم المنظومة و تعقيدها و تحميلها ..- يصل البرنامج للحل النهائي.
و لكن أحيانا تعاني المنظومة الكهربية نفسها من العديد من المشاكل مثل الإنخفاض الشديد في الجهد، والتحميل في الخطوط والمحولات والمولدات بقيم قريبة من ال limit، و عدم توفر قدرة رد فعلية reactive power كافية، كل هذه المشاكل تؤدي الى عدم تقارب الحل.
و أكثر الرسائل المزعجة والتي يتضايق منها كثير من المهندسين عند استخدام أحد البرامج المعروفة مثل ETAP, NEPLAN, PSS/E و غيرها هي رسالة عدم تقارب الحل و تكون في كثير من البرامج بالنص الآتي:
Load Flow Calculation did not converge in the specified maximum number of iterations
المشكلة قد تكون في طريقة الحل أو في عدد التكرارات أو في أن الدقة المطلوبة عالية جداً، في مرات قليلة جداً عند تغيير طريقة الحل أو زيادة عدد التكرارات فإن مشكلة عدم التقارب يتم تفاديها لأن المشكلة هنا في طريقة الحل أو من ال parameters الخاصة بها، و لكن في كثير من الأحيان لا يمكن تفادي المشكلة و تظل قائمة لأن المشكلة هنا تتعلق بالمنظومة الكهربية نفسها من انخفاض شديد في الجهد أو تحميل قريب من ال limit أو نقل قدرة لمسافات بعيدة بجهد غير مناسب، و هنا تتدخل خبرة المهندس المتراكمة في محاولة ايجاد الحل.
بعض الخصائص لطريقتي قاوس و نيوتن:
طريقة قاوس تحتاج لزمن بسيط و خطوات قليلة في التكرار الواحد ولكن في المقابل تحتاج الى عدد كبير من التكرارات للوصول للحل بالدقة المطلوبة، و غالباً الحل لا يتقارب اذا كانت القدرة المنقولة قريبة من ال ، limit، و طريقة قاوس لديها المقدرة على التقارب اذا كان حل المنظومة به bad voltage magnitude profile ، أما طريقة نيوتن فلديها مقدرة على التقارب اذا كانت المنظومة بها مشكلة في نقل القدرة و لكنها تفشل في التقارب اذا كانت القيم الاولية للجهد منخفضة، فدائما طريقة نيوتن تعاني من مشكلة poor starting voltage estimate.
في كثير من البرامج يتم الدمج بين الطريقتين للإستفادة من محاسن كل طريقة و لتفادي عيوب الطريقتين، فتبدأ خوارزمية الحل بطريقة قاوس بعدد من التكرارت لتفادي مشكلة ال bad initial voltage و من ثم تتحول الخوارزمية لطريقة نيوتن للوصول الى الحل بالدقة المطلوبة.

م. عبدالرحمن سيف الدين العوض علي

https://m.youtube.com/watch?v=iubgWPHsuWM&feature=youtu.be

High Voltage Spot Inspections at National Grid Energy giant National Grid is using Spot to keep employees safe and ensure uptime at a critical facility.