Understanding Synchrophasor Technology

وتمثل أجهزة القياس هذه تقدماً أساسياً في قياس نظام الطاقة، حيث توفر بيانات متزامنة زمنياً وبيانات المرحلة الحالية عن طريق وحدات قياس الفوار (PMUs) وتعتمد النظم التقليدية للجهاز على وحدات طرفية نائية تبلغ كل ثانيتين إلى أربع ثوان، وتُظهر نظرة ثابتة على ظروف الشبكة، وعلى النقيض من ذلك، تُحدث نماذج كهربائية غير مرئية في الترددات تتراوح بين 30 و 120 جهازاً في الثانية.

وينظم أداء وحدات الإزالة وقابليتها للتشغيل المتبادل أسرة المعايير التي وضعتها الشبكة الدولية للتعليم C37.118، حيث تحدد الشبكة الإلكترونية المشتركة بين الوكالات المعنية بالنقل والتبادل البيانات (المعدَّلة لعام 2014) متطلبات الدقة الثابتة والدينامية، بما في ذلك الحد الأقصى للبرمجة المتزامنة (TVE) الذي يبلغ 1 في المائة في الظروف العادية.

ويجمع تزامن المقاييس ليس فقط حجم الفولط أو الحالي بل أيضاً الزاوية المطلقة التي تشير إلى موجة كوسينية غير مقفلة من طراز UTC، وعندما تقارن الزوايا من الحافلات البعيدة جغرافياً، يكشف الفصل العازل عن الإجهاد على النظام ويملي حدود تدفق الطاقة، وبرصد هذه الكميات باستمرار، يمكن لمراكز المراقبة أن تكشف عن عدم الاستقرار الناشئ، وتتعقب أنماط الحرق الآلي.

تعزيز الاستقرار في ظل نظام سينشروفارس

ويجب أن تحافظ شبكات الطاقة الكبيرة على استقرار الزوابق، واستقرار التطاير، واستقرار الترددات في ظل ظروف متزايدة التحدي، تخترق مصادر الطاقة المتجددة، وتقاعد المولدات المتزامنة، ونقل الطاقة على نطاق أوسع، وتوفر شركة سينشروفاسفير البيانات السريعة والمتزامنة اللازمة لتقييم الأبعاد الثلاثة في الوقت الحقيقي، وكثيرا ما تستخدم نفس مجموعة القياسات.

التحلل المنخفض التردد

ويمكن أن تؤدي عمليات التذبذب الكهربائي في المناطق المشتركة بين البلدان النامية، التي تتراوح عادة بين 0.1 و2 هرتز، إلى زيادة في الشبكات المميتة، كما أن معدلات النعامات المتردية التي تخفض بدرجة كبيرة يمكن أن تنمو بعد حدوث اضطراب أو تقييد نقل الطاقة أو تؤدي إلى فصل النظام.

القدرة على التطاير وإدارة الطاقة الاستباقية

ويحدث الانهيار التدريجي لحجم الفولط بعد نقص الطاقة الرجعية، حيث تتيح أجهزة الاستنشاق تحليلاً للحساسية في الوقت الحقيقي عند مستوى التردد عند مستوى التردد عند مستوى الترددات العالية، وذلك بتتبع مدى حدوث تغيرات في حجم الفولط مع حقنات الطاقة الرجعية عبر ممرات النقل.

عدم التواتر ورصد حالات الطوارئ

إن تشرد الجيل المتزامن من الموارد المتجددة القائمة على المحافير يقلل من الاضطرابات الدوارة التي تقاوم تغيرات الترددات الطبيعية، وتتناسب وحدات الإزالة بشكل فريد مع قياس التواتر ومعدل التغير في الترددات العالية الدقة، ويشير الجدول الزمني السريع للاحتياطيات إلى وجود اختلال حاد في حجم الجيل، ويمكن أن يؤدي المنطق القائم على الترددات الحرارية إلى سرعة الاستجابة من نظم تخزين الطاقة بالبطارية.

بنية نظم الرصد الواسعة النطاق - الأفريقية

(ب) نظام رصد واسع النطاق (WAMS) يدمج وحدات الإزالة، ومركّزات البيانات في مجال الفواسير، وشبكات الاتصالات، وأدوات التبصر في بنية أساسية قابلة للتقسيم، وتُركَّب وحدات الإزالة في مواقع فرعية مختارة استراتيجياً، وتُجرى قياسات مستمدة من المحركات إلى البلدان النامية المحلية التي تُجمع البيانات الزمانية، وتُعدل قبل إرسالها إلى مجموعة رئيسية من البلدان النامية الرئيسية أو تُحدِّد مركز المراقبة.

ويتوقف قلب النظام على لوحة قياس البصر: فالعرض الجغرافي المكاني للزوايا، وكمية الأشعة فوق البنفسجية وتواترها، والاتجاهات الفولطية، وأجهزة الإنذار بالفصل العازل، وتحوّل هذه العروض آلاف نقاط البيانات إلى إشارات إنذار غير ملائمة، ومن ذلك مثلاً أن " السياج المتزامن " عبر نقطة اتصال ضعيفة معروفة يتحول إلى نماذج للنجاح في العصر الشاذني.

المعايير ونوعية البيانات

ويتوقف اتخاذ القرارات الموثوقة على البيانات الجديرة بالثقة، ويحدد المعهد الأوروبي للإحصاء C37.118.1 اختبارات التوافق بالنسبة لوحدات الإزالة، بما في ذلك حجم الدول الثابتة، والمرحلة، والتواتر، ودقة الصندوق، فضلا عن الامتثال الدينامي للتغيرات في درجاتها وصور الموجات المتحركة، ويدمج معدل قياسات الأخطاء في مجموع أجهزة التحكم في الحشرات الحجم وأخطاء المرحلة في نسبة واحدة من الاكتشافات التلفزيونية تقل عن 1 في المائة خلال عمليات الحماية الدقيقة.

وتتأثر نوعية البيانات أيضاً بقضايا سلسلة القياس مثل أخطاء المحولات في الأجهزة، وعدم وجود خطوط غير خطية للمحولات الرقمية، وخوارزميات تقديرية مرحلية، ويجب أن تقوم المرافق بانتظام ب معايرة وحدات الإزالة والتحقق من نواتجها مقارنة بالقياسات المرجعية.

ويجب حماية مجرى البيانات من التقلبات التي تُجرى على النظام العالمي لتحديد المواقع، مما يمكن أن يُدخل طوابع زائفة وقياسات محرفة للعجلات، كما أن العديد من المرافق تنفذ الآن ساعات زائدة من النظام العالمي لتحديد المواقع وتفحص الشبكة مع مصادر الزمن الذري، وتوفر مبادئ توجيهية لبرمجيات التطابق والتوثيق والالتزام بمعايير البرمجيات الوطنية لحماية الهياكل الأساسية الحيوية

النشرات العالمية الحقيقية

وقد أثبتت فوائد تكنولوجيا المتزامنة انتشارا واسع النطاق في جميع أنحاء العالم، وقد نشرت شركة الهند لتسيير نظام الطاقة الكهربائية (POSOCO) واحدة من أكبر شبكات متزامنة ، حيث قام ما يزيد على 000 1 وحدة من وحدات الإزالة بتوفير رؤية حقيقية عبر الشبكة الوطنية، وقد ساعدت هذه الهياكل الأساسية على الحفاظ على الاستقرار خلال أحداث حادة مثل اضطرابات الشبكة التي تسبب فيها الأعاصير.

وفي أمريكا الشمالية، قام مجلس تنسيق الكهرباء الغربية والترابط الشرقي بتوثيق شبكاتهما على نطاق واسع مع وحدات الإزالة في إطار مبادرات مولها قانون الإنعاش وإعادة الاستثمار الأمريكي لعام 2009، حيث يمكن أن يستخدم نظام رصد التلقيح في الاتحاد بيانات متزامنة لكشف أنماط منخفضة التقلبات فيما بين المناطق، ويرسل تلقائيا تنبيهات إلى منسقي الموثوقية؛ وقد تم ربطه مع ذلك بمؤشرات لتوعية المشغلين في جميع أنحاء المنطقة.

وقد أثبتت المشاريع الأوروبية مثل مبادرة " الشبكة العالمية " (رصد ومراقبة المنطقة الغربية من أجل تعزيز القدرة على نقل الانبعاثات) كيف يمكن للخطط القائمة على المتزامنة أن تزيد من قدرة النقل عبر الحدود دون المساس بالأمن، وفي اليابان، استخدمت شركة طوكيو للطاقة الكهربائية وحدات متعددة المؤشرات لرصد استقرار النظم المشتركة بين 50 Hz و60 Hz بعد الزلزال، مما أدى إلى تحسين الاستجابة للمبادئ التوجيهية المتعلقة بمعايير تبادل الترددات.

إدارة البيانات والتحليل

وتولد وحدة واحدة من وحدات الشرطة تبلغ ٦٠ درجة في الثانية حوالي ١,٥ جي بي من البيانات يوميا، وتنشئ شبكة على نطاق البلد تضم مئات وحدات الإزالة تدفقا مستمرا من الترابيات التي يجب أن تزرع وتخزن وتحلل بمتطلبات منخفضة، وكثيرا ما تُطبق برامج متخصصة مثل أجهزة التخزين المفتوحة، وأجهزة التفتيش الموقعي، وبحيرات الاكتشاف المفاجئة على أساس الاختراق على أساس اختبارات التلفزة على هذه المحركات.

وقد تُستخدم مجموعات التحليلات اللاحقة للحدث في التعلم الآلي لتصنيف أنواع الاضطرابات، والتنبؤ بمسارات التذبذب، وحتى التنبؤ بدقائق عدم الاستقرار في التطاير، ويمكن أن تحدد الخوارزميات التجميعية مجموعات من المولدات المتسقة من بيانات المتزامنة، وتُحدِّد المكافئات الدينامية تلقائياً، على سبيل المثال k-means

فدمج بيانات المتزامنة مع مصادر بيانات أخرى للشبكة - مثل التنبؤات الجوية، وأسعار السوق، وصحة الأصول - يتيح فرصا جديدة للإدارة الكلية للشبكات، وعلى سبيل المثال، يتيح الجمع بين تقديرات تحميل خطوط PMU القائمة على نماذج تقييم حراري دينامية للمشغلين زيادة القدرة على النقل بأمان خلال الظروف الجوية المواتية.

الاعتبارات المتعلقة بالأمن السيبرى

ونظراً لأن بيانات المتزامنة تؤثر على قرارات الرقابة الحرجة، فإن أي حل وسط لنزاهة النظام يمكن أن تترتب عليه عواقب مباشرة في العمليات، حيث تُغير إشارة مزيفة من نوع GPS إشارة احتياطية إلى زوايا الانتقال التي يمر بها جهاز مراقبة المواقع بواسطة عشرات الدرجات، مما يؤدي إلى حدوث إنذارات كاذبة أو إلى إجراءات حماية غير صحيحة، وتشمل تدابير التخفيف استخدام أجهزة استقبال متعددة الترددات في نظام الأفضليات والمقاييس (GNSS)

وبعد انقضاء الوقت، يتم إنفاذ نقل البيانات بشكل آمن من خلال المبادئ التوجيهية 61850-90-5 الصادرة عن اللجنة الانتخابية المستقلة، و7628 التي توصي بإدارة رئيسية للبكيات ومراقبة الدخول على أساس الأدوار، ويعمل العديد من متعهدي النقل الآن على مواءمة شبكاتهم المتزامنة مع معايير لجنة البلدان الأفريقية لمكافحة الاتجار بالبشر، مما يتطلب إجراء إدارة دقيقة للتغيير، ورصد، واختبارات تزامنية دورية، وقد تم إبراز إمكانيات الوصلات الإلكترونية في إطار دراسة عن وحدة الإمداد بالطاقة الحيوية في عام 2017.

سائقو الخدمات الاقتصادية والتنظيمية

وقد تعززت حالة الأعمال المتعلقة بمتزامنات المقاييس من خلال الولايات التنظيمية وتحسينات الموثوقية التي يمكن إثباتها، ففي الولايات المتحدة، يمكن أن تُوفر معيار " نيستر " (NRC-002) بعض الكيانات لتركيب معدات رصد الاضطرابات، التي كثيراً ما تشمل وحدات الإزالة.() وييسر الأمر رقم 764 الخاص باسترداد التكاليف للاستثمارات في أدوات الرصد والوعي العام في الوقت الحقيقي.

وقد انخفضت أسعار وحدة الحد من الفقر انخفاضا كبيرا من عشرات الآلاف من الدولارات قبل عقد إلى بضعة آلاف اليوم، مما جعل النشر مجديا اقتصاديا حتى بالنسبة للمرافق الأصغر، مما أدى إلى انخفاض عدد الدقائق التي تتخطى الشبكة، وتحسين استخدام الأصول، وتأجيل الاستثمار في خطوط النقل الجديدة، مما يؤدي إلى زيادة العائد على الاستثمار، وقدرت دراسة تحليلية للتكاليف والفوائد من جانب معهد بحوث الطاقة الكهربائية أن شبكة متزامنة بين الولايات المتحدة على الصعيد الوطني قد تؤدي إلى مكاسب صافية قدرها ١,٥ بليون دولار.

الاتجاهات المستقبلية

ومن المنتظر أن تصبح أجهزة التحلل الثلاثية الجيل التالي من نظم إدارة الشبكة، فالتكامل مع المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلي لن يتيح فقط التعرف على النمط بل أيضاً إجراءات التحاليل الاصطناعية - التي تزاول إجراءات المراقبة في الوقت الحقيقي للحفاظ على هوامش الاستقرار.

وسيؤدي حساب الحد الأدنى عند مستوى الإحلال إلى تجهيز البيانات الأولية من جانب وحدة التفتيش المشتركة، وخصائص استخراجها، ولا ينقل سوى الأحداث ذات الصلة إلى مركز المراقبة، مما يقلل من الطلب على النطاق الترددي، وهذا أمر هام بصفة خاصة مع ازدياد عدد وحدات الإزالة؛ ويمكن أن يقلل تجهيز الحواف من حجم البيانات بنسبة 90 في المائة أو أكثر مع الحفاظ على المعلومات اللازمة للرصد في منطقة واسعة، ومع تزايد وتيرة توزيع موارد الطاقة الموزعة، ستوفر نظما متزايدة للرصد السريع للبيانات.

كما أن المعايير آخذة في التطور لدعم وحدات الإزالة ذات معدلات الإبلاغ الأعلى (مثل 240 عينة في الثانية) وتدفقات مباشرة من نقطة إلى نقطة لتطبيقات درجة الحماية، كما أن تقارب تكنولوجيا المتزامنة مع مخططات التشغيل الآلي القائمة على الاستبدال 61850 باوند سيزيد من تبسيط التكامل ويفتح وظائف جديدة للحماية في المناطق الواسعة النطاق يمكن أن تعزل أجزاء مغلفة بسرعتها واختيارها، وذلك مثلا باستخدام مخطط حماية متزامنة غير مسبوقة.

خاتمة

وقد انتقلت أجهزة إعادة التأشير من مختبرات البحوث إلى اللب التشغيلي لشبكات الطاقة الواسعة النطاق في جميع أنحاء العالم، ومن خلال إجراء قياسات سريعة ودقيقة ومتزامنة، فإنها تعطي مشغلي النظم الوعي بالحالة اللازمة لكشف حالات انعدام الاستقرار والتخفيف من حدتها قبل تصعيدها، وتستمر التركيبة المستمرة من أجهزة PMU، والمحللات ذات البيانات الكبيرة، وبروتوكولات الاتصالات الآمنة في تحويل الرؤية إلى مضاهاة للواقع