عمل أستاذ جامعة ولاية أريزونا لتحقيق الاستقرار في الشبكة يؤتي ثماره

عندما يتم إدخال تقنيات جديدة في شبكة الطاقة ، هناك دائمًا فرصة لتعطيل النظام ، وربما يؤدي ذلك إلى انقطاع التيار الكهربائي.

كان إيجاد طرق للتعامل مع التأثير على الشبكة الناجم عن دمج الطاقة المتجددة هو محور أبحاث فيجاي فيتال منذ ما يقرب من 20 عامًا. وهو أستاذ هندسة أنظمة الطاقة في برنامج فولتون في جامعة ولاية أريزونا في تيمبي.

يُنسب إلى IEEE Life Fellow العمل على أفضل السبل لعزل أجزاء من شبكة الطاقة لمنع الشبكة بأكملها من الانهيار.

كان جزءًا من فرقة عمل IEEE التي أصدرت في عام 2020 تقريرًا يصف كيفية استخدام المعدات لتخزين الطاقة ونقل الطاقة عبر مسافات طويلة ودمج الطاقة المتجددة يمكن أن يؤثر على استقرار نظام الطاقة. وأوصى التقرير بطرق لتوصيف وتعريف المشكلة.

حصل مقال كتبه على أساس التقرير على جائزة ورقة جائزة IEEE Power & Energy Society لعام 2022.

قال إن الجائزة كانت “مفاجأة سارة” ، على الرغم من “أننا اعتقدنا أن الوثيقة جاءت بشكل جيد للغاية”.

من الآلات المتزامنة إلى إلكترونيات الطاقة سريعة الاستجابة

كان هذا المقال تحديثًا لمقال صدر عام 2004 شارك فيتال في تأليفه كعضو في فريق عمل مشترك تم تشكيله من قبل IEEE Power & Energy Society و CIGRE ، وهي جمعية دولية لمتخصصي أنظمة الطاقة ، ومقرها في باريس.

تناول “تعريف وتصنيف استقرار نظام الطاقة” الأنظمة التي كانت تهيمن عليها في ذلك الوقت الآلات المتزامنة – المحركات والمولدات – وضوابطها. بحلول عام 2016 ، تم إدخال إلكترونيات الطاقة سريعة المفعول إلى الشبكة ، واختلفت خصائصها عن الآلات الدوارة المستخدمة منذ ما يقرب من عقد من الزمان.

يقول فيتال: “تطلبت هذه القضايا إعادة تقييم الطريقة التي حددنا بها وصنفنا الاستقرار في عام 2004”.

قام هو وآخرون من لجنة الأداء الديناميكي لنظام الطاقة PES ولجنة دراسة CIGRE التابعة لمجلس الأنظمة الكبيرة بتشكيل فريق عمل في عام 2016 لتحديث وثيقة عام 2004.

في “تعريف وتصنيف استقرار نظام الطاقة: تمت إعادة النظر فيه وتوسيع نطاقه” ، لاحظت اللجنة أن تكنولوجيا التوليد بين المحول وأجهزة الحمل والنقل يتم دمجها بشكل متزايد ، مما يتسبب في أن تصبح الاستجابة الديناميكية لأنظمة الطاقة أكثر اعتمادًا على الاستجابة السريعة المعقدة الأجهزة الإلكترونية السلطة. تشمل الأجهزة حلول التخزين الكهروكيميائية ، وخطوط التيار المباشر عالية الجهد لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة ، وأجهزة نظام نقل التيار المتردد المرنة للمساعدة في استقرار الشبكة ، وواجهات محول الطاقة الإلكترونية التي تدمج الطاقة المتجددة.

يقول فيتال: “تتمتع الآلة المتزامنة بميزة واحدة كبيرة”. لديها هذه القدرة الطبيعية على تقديم الدعم من حيث الطاقة الحركية للقصور الذاتي ، في حين أن توربينات الرياح والأنظمة الشمسية الكهروضوئية لا تمتلك هذه القدرة بطبيعتها.

“الأنظمة المتجددة ليس لديها القصور الذاتي في أنظمتها للحفاظ على الأشياء تدور. يؤدي هذا إلى إنشاء مجموعة جديدة كاملة من مشكلات الاستقرار ، ومشكلات الأداء ، والخصائص التي لم تتم رؤيتها في النظام عندما كانت تهيمن عليه بشكل أساسي المولدات المتزامنة “.

حصل فيجاي فيتال على جائزة Kundur Power System Dynamics and Control لعام 2018 من Saifur Rahman ، رئيس جمعية IEEE للطاقة والطاقة.PES

أدوات جديدة والمزيد من المهندسين

يقول فيتال إن دمج التقنيات الجديدة في الشبكة ليس هو المشكلة الوحيدة. كما يقول ، هناك حاجة أيضًا إلى أدوات تحليلية أفضل والمزيد من مهندسي القوة.

يقول إن الشبكات الكهربائية في الولايات المتحدة وأوروبا مترابطة ، ويتطلب تخطيطها وتشغيلها أدوات جديدة.

يقول: “إن مشكلة الحوسبة للتعامل مع هذه الأنظمة الكبيرة هائلة”. “نحن بحاجة إلى تقنيات حسابية فعالة.”

يُظهر التحليل القطعي اليوم فقط ما إذا كان نظام الطاقة متسامحًا لتحديد الأعطال والمخاطر ويعمل بأمان. يقول فيتال إن الأدوات الاحتمالية بحاجة إلى التطوير لتقديم تقديرات أكثر واقعية للمخاطر.

مصدر قلق آخر لديه هو نقص العمالة المعلقة.

يقول: “العديد من المهندسين الذين لديهم قدر هائل من الخبرة وشعور ممتاز بكيفية عمل الأنظمة إما قريبون من التقاعد أو تقاعدوا”. “هناك ذاكرة نظام تختفي بسرعة.”

اهتمام مبكر بهندسة الطاقة

تعمل هندسة الطاقة في عائلة فيتال. كان جده لأمه كبير المهندسين في محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في كارناتاكا بالهند ، حيث نشأ فيتال. أثناء دراسته للحصول على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية من كلية الهندسة في BMS ، في بنغالور ، أخذ فيتال دورة اختيارية في تحليل نظام الطاقة. أثار اهتمامه بهندسة الطاقة.

بعد عامين من تخرجه في عام 1977 ، حصل على درجة الماجستير في EE من المعهد الهندي للتكنولوجيا ، كانبور. كان مصدر إلهامه للعمل على قضايا استقرار نظام الطاقة من قبل مستشار يجري البحث في المنطقة.

انتقل فيتال إلى الولايات المتحدة لمتابعة الدكتوراه. في EE في جامعة ولاية أيوا ، في أميس. بعد تخرجه في عام 1982 ، قبل منصبًا في الجامعة كعضو هيئة تدريس. قام بتدريس هندسة الطاقة هناك لمدة 22 عامًا ، مع استراحة في 1993 و 1994 للعمل كمدير برنامج أنظمة الطاقة لقسم الأنظمة الكهربائية والاتصالات في مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، في واشنطن العاصمة. جائزة الباحث.

غادر ولاية أيوا في 2005 لينضم إلى ولاية أريزونا ، حيث عمل مديرًا لمركز أبحاث هندسة أنظمة الطاقة. في عام 2019 ، تم تعيينه أستاذًا حاكمًا ، وهو أعلى منصب في هيئة التدريس.

يقول إنه لم يكن أبدًا مهتمًا بالحصول على وظيفة في الصناعة.

يقول: “أحب العمل مع الطلاب”. “العمل مع الشباب يعيد شحن بطارياتي”.