شبكة صغيرة

تحكم بالشبكات الصغيرة

من جهة ثانية، فيما يتعلق بهندسة التحكم في الشبكة الصغيرة، أو أي مشكلة التحكم، هناك طريقتان مختلفتان يمكن تحديدهما: المركزية واللامركزية. يعتمد التحكم المركزي بالكامل على قدر كبير من نفاذية المعلومات بين الوحدات المتضمنة قبل اتخاذ القرار في نقطة واحدة. التنفيذ صعب لأن أنظمة الطاقة المترابطة عادة ما تغطي مواقع جغرافية ممتدة وتتضمن عددًا هائلاً من الوحدات. من ناحية أخرى، في تحكم لامركزي بالكامل، يتم التحكم في كل وحدة بواسطة وحدة التحكم المحلية الخاصة بها دون معرفة حالة الآخرين. يمكن تحقيق حل وسط بين هذين الخطين المتطرفين للتحكم عن طريق مخطط تحكم هرمي يتكون من ثلاثة مستويات تحكم: أولية وثانوية وثالثية.

طبولوجيا شبكات صغيرة

الشبكة الصغيرة AC (التيار المتناوب)

علاوةً على ذلك، يتم ربط مصادر الطاقة ذات إنتاج التيار المتردد بحافلة التيار المتردد من خلال محول التيار المتردد / التيار المتردد والذي سيحول التردد المتغير والجهد المتردد إلى شكل موجة التيار المتردد بتردد آخر عند جهد آخر. بينما تستعمل مصادر الطاقة ذات خرج التيار المستمر محولات التيار المستمر / التيار المتردد للاتصال بناقل التيار المتردد.

الشبكة الصغيرة DC (التيارالمستمر)

وفي هذا السياق، في طوبولوجيا DC microgrid، يتم توصيل مصادر الطاقة ذات خرج التيار المستمر بحافلة DC مباشرة أو عن طريق محولات DC / DC. من ناحية أخرى، يتم توصيل مصادر الطاقة ذات خرج التيار المتردد بحافلة التيار المستمر من خلال محول التيار المتردد / التيار المتردد.

علاوةً على ذلك، هناك حاجة إلى البنى لإدارة تدفق الطاقة من أنواع مختلفة من المصادر إلى الشبكة الكهربائية. وبالتالي، يمكن تصنيف الشبكة المصغرة إلى ثلاث طبولوجيا:

تعريف

ومن ناحية أخرى، يصف مشروع بحثي تابع للاتحاد الأوروبي شبكة ميكروية بأنها تشتمل على أنظمة توزيع ذات جهد منخفض (LV) مع موارد طاقة موزعة (DERs) (توربينات دقيقة، وخلايا وقود، وخلايا ضوئية (PV، وما إلى ذلك)، وأجهزة تخزين الطاقة (بطاريات، حدافة تخزين الطاقة) نظام التخزين والأحمال المرنة. يمكن أن تعمل هذه الأنظمة إما متصلة أو منفصلة عن الشبكة الرئيسية. يمكن أن يوفر تشغيل المصادر الصغيرة في الشبكة فوائد لأداء النظام الكلي، إذا تمت إدارته وتنسيقه بكفاءة.

وعلى صعيد آخر، تعرف Electropedia الشبكة الصغيرة على أنها مجموعة من الأحمال المترابطة وموارد الطاقة الموزعة بحدود كهربائية محددة، والتي تشكل نظام طاقة كهربائية محليًا عند مستويات جهد التوزيع، مما يعني الجهد المنخفض والمتوسط حتى 35 كيلو فولت. تعمل هذه المجموعة من عُقد المستهلك والمنتِج المرتبطة ككيان واحد يمكن التحكم فيه وقادر على العمل إما في وضع متصل بالشبكة أو وضع الجزيرة.

في هذا الإطار، تُعَرِّف مجموعة تبادل شبكة الماكرو التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية الشبكة المصغرة بأنها مجموعة من الأحمال المترابطة وموارد الطاقة الموزعة (DERs) ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح والتي تعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه فيما يتعلق بالشبكة. يمكن لشبكة شبكة ماكروالاتصال وفصلها عن الشبكة لتمكينها من العمل في وضع الاتصال أو وضع الجزيرة.

أنواع الشبكات الصغيرة

IEEE 2030.7

من جانب آخر، إطار تحكم أقل تأثراً بالمرافق هو ذلك من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، IEEE 2030.7. يعتمد المفهوم على 4 مجموعات: أ) التحكم في مستوى الجهاز (مثل التحكم في الجهد والتردد)، ب) التحكم في المنطقة المحلية (مثل اتصالات البيانات)، ج) التحكم الإشرافي (البرمجيات) (مثلًا، تحسين الإرسال التطلعي لموارد التوليد والحمل)، ود) طبقات الشبكة (مثل الاتصال بالمرافق).

حجة ولحج، اليمن

علاوةً على ذلك، تم نشر شبكة صغيرة تتم إدارتها لاسلكيًا في ريف ليس أنجليس، هايتي. يتكون النظام من بنية ثلاثية المستويات مع خدمة مراقبة وتحكم قائمة على السحابة، وبنية تحتية محلية لبوابة مضمنة وشبكة متداخلة من العدادات الذكية اللاسلكية المنتشرة في 52 مبنى.

ومن ناحية أخرى، توربين صغير، خلية وقود، بطارية متعددة، محلل كهربي للهيدروجين، ومصنع نبيذ PV في سونوما، كاليفورنيا.

مبكيتوني، كينيا (Mpeketoni, Kenya)

في هذا الإطار، تمثل الخسارة غير الفنية (NTL) تحديًا كبيرًا عند توفير خدمة كهربائية موثوقة في البلدان النامية، حيث تمثل غالبًا 11-15 ٪ من إجمالي سعة التوليد. قامت محاكاة مكثفة تعتمد على البيانات في 72 يومًا من بيانات العداد اللاسلكي من 430 شبكة ميكروية منزلية منتشرة في ليس أنجليه بالتحقيق في كيفية التمييز بين NTL وإجمالي فقد الطاقة، مما يساعد في اكتشاف سرقة الطاقة.

وعلى صعيد آخر، يستعمل مشروع برنامج الأمم المتحدة الإنمائي «تعزيز الصمود الريفي في اليمن» (ERRY) شبكات شمسية صغيرة مملوكة للمجتمع. يخفض تكاليف الطاقة إلى 2 سنت فقط للساعة (بينما تكلف الكهرباء المولدة بالديزل 42 سنتًا للساعة). فازت بجوائز أشدين للطاقة الإنسانية في سنة 2020.

ومن ناحية أخرى، تم إنشاء مشروع مبكيتوني للكهرباء، وهو نظام شبكة صغيرة يعمل بالديزل على مستوى المجتمع المحلي، في ريف كينيا بالقرب من مبكيتوني . نظرًا لتركيب هذه الشبكات الصغيرة، شهدت مبكيتوني نموًا كبيرًا في بنيتها التحتية. يتضمن هذا النمو زيادة الإنتاجية لكل عامل، بقيم من 100٪ إلى 200٪، وزيادة مستوى الدخل بنسبة 20-70٪ اعتمادًا على المنتج.

من جانب آخر، تم إطلاق برنامج تجريبي لمدة عامين، يسمى Harmon’Yeu، في ربيع عام 2020 لربط 23 منزلاً في حي Ker Pissot والمناطق المحيطة بشبكة صغيرة تم تشغيلها تلقائيًا كشبكة ذكية مع برنامج من شركة إنجي. تم تركيب 64 لوحة شمسية بسعة قصوى تبلغ 23.7 كيلوواط في خمسة منازل وتم تركيب بطارية بسعة تخزين 15 كيلوواط ساعة في منزل واحد. ستة منازل تخزن الطاقة الشمسية الزائدة في سخانات المياه الخاصة بها. نظام ديناميكي يقسم الطاقة التي توفرها الألواح الشمسية وتخزينها في البطارية وسخانات الماء الساخن لنظام 23 منزلاً. يقوم برنامج الشبكة الذكية بتحديث العرض والطلب على الطاقة ديناميكيًا في فواصل زمنية مدتها 5 دقائق، ويقرر ما إذا كان سيتم سحب الطاقة من البطارية أو من الألواح ومتى يتم تخزينها في سخانات الماء الساخن. كان هذا البرنامج التجريبي أول مشروع من نوعه في فرنسا.

ليس أنجليس، هايتي (Les Anglais, Haiti)

مصنع نبيذ ستون إيدج فارم (Stone Edge Farm Winery)

إيل دي يو (Île d'Yeu)

انظر كذلك

التحكم الأولي

أمثلة

وفي هذا الصدد، توجد مجموعة متنوعة من خوارزميات التحكم المعقدة، مما يجعل من الصعب على مستعملي الشبكات الصغيرة ومستعملي موارد الطاقة الموزعة (DER) تنفيذ إدارة الطاقة وأنظمة التحكم. قد تكون ترقيات الاتصالات وأنظمة معلومات البيانات باهظة الثمن. تحاول بعض المشاريع تبسيط وتقليل تكلفة التحكم عبر المنتجات الجاهزة (مثلًا باستخدام Raspberry Pi).

مزايا

إضافةً إلى ذلك، قد تنتقل الشبكة الصغيرة بين هذين الوضعين بسبب الصيانة المجدولة أو جودة الطاقة المتدهورة أو النقص في الشبكة المضيفة أو الأعطال في الشبكة المحلية أو لأسباب اقتصادية. عن طريق تعديل تدفق الطاقة من خلال مكونات الشبكة الدقيقة، تسهل الشبكات الصغيرة تكامل الطاقة المتجددة، مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح وأجيال خلايا الوقود، دون الحاجة إلى إعادة تصميم نظام التوزيع الوطني. يمكن كذلك دمج طرق التحسين الحديثة في نظام إدارة الطاقة بالشبكة المصغرة لتحسين الكفاءة والاقتصاد والمرونة.

وعلى صعيد آخر، إن الشبكة المصغرة قادرة على العمل في أوضاع متصلة بالشبكة وقائمة بذاتها ومعالجة الانتقال بين الاثنين. في الوضع المتصل بالشبكة، يمكن توفير الخدمات الإضافية من خلال نشاط التداول بين الشبكة الصغيرة والشبكة الرئيسية. توجد مصادر دخل أخرى محتملة. في وضع الجزر، يجب أن تكون الطاقة الحقيقية والتفاعلية المتولدة داخل الشبكة الصغيرة، بما في ذلك تلك التي يوفرها نظام تخزين الطاقة، متوازنة مع طلب الأحمال المحلية. توفر شبكات الماكرو خيارًا لتحقيق التوازن بين الحاجة إلى تقليل انبعاثات الكربون مع الاستمرار في توفير طاقة كهربائية موثوقة في الفترات الزمنية التي لا تتوفر فيها مصادر الطاقة المتجددة. توفر شبكات الماكرو كذلك الأمان من التعرض للصلابة من الطقس القاسي والكوارث الطبيعية من خلال عدم وجود أصول كبيرة وأميال من الأسلاك فوق الأرض والبنية التحتية الكهربائية الأخرى التي تحتاج إلى صيانتها أو إصلاحها بعد مثل هذه الأحداث.

شبكات صغيرة بعيدة عن الشبكة

كذلك، هذه الشبكات الصغيرة لا تتصل أبدًا بشبكة كهربائية، وبدلاً من ذلك تعمل في وضع الجزيرة في جميع الأوقات بسبب المشكلات الاقتصادية أو الموقع الجغرافي. عادةً ما يتم إنشاء شبكة صغيرة «خارج الشبكة» في مناطق بعيدة جدًا عن أي بنية تحتية للنقل والتوزيع، وبالتالي ليس لها اتصال بشبكة المرافق. لقد أظهرت الدراسات أن تشغيل منطقة نائية أو شبكات صغيرة خارج الشبكة للجزر، والتي تهيمن عليها مصادر متجددة، سيقلل من التكلفة الموحدة لإنتاج الكهرباء على مدى حياة مشاريع الشبكات الصغيرة هذه.

من جانب آخر، يمكن توفير مناطق نائية كبيرة بواسطة عدة شبكات صغيرة مستقلة، لكل منها مالك (مُشَغل) مختلف. على الرغم من أن هذه الشبكات الصغيرة مصممة تقليديًا لتكون مكتفية ذاتيًا من الطاقة، إلا أن مصادر طاقة متجددة متغيرة وتنوعاتها غير المتوقعة والحادة يمكن أن تسبب نقصًا غير متوقع في الطاقة أو توليدًا مفرطًا في تلك الشبكات الصغيرة. سيؤدي هذا على الفور إلى انحراف غير مقبول للجهد أو التردد في الشبكات الصغيرة. لمعالجة مثل هذه الحالات، من الممكن ربط مثل هذه الشبكات الصغيرة مؤقتًا بشبكة ميكروية مجاورة مناسبة لتبادل الطاقة وتحسين انحرافات الجهد والتردد. يمكن تحقيق ذلك من خلال مفتاح كهربائي قائم على إلكترونيات الطاقة بعد مزامنة مناسبة أو اتصال من الخلف إلى الخلف لمحولين إلكترونيين للطاقة وبعد التأكد من استقرار النظام الجديد. يمكن تحديد الحاجة إلى ربط الشبكات الصغيرة المجاورة وإيجاد الشبكة الصغيرة المناسبة للاقتران من خلال نهج التحسين أو اتخاذ القرار.

أدوات النمذجة

وفي هذا السياق، لتخطيط وتركيب الشبكات الصغيرة بشكل صحيح، هناك حاجة إلى النمذجة الهندسية. توجد أدوات محاكاة وأدوات تحسين متعددة لنمذجة التأثيرات الاقتصادية والكهربائية للشبكات الصغيرة. من أدوات التحسين الاقتصادي المستعملة على نطاق واسع نموذج اعتماد العملاء لموارد الطاقة الموزعة (DER-CAM) من مختبر لورانس بيركلي الوطني. آخر هو Homer Energy، الذي صممه في الأصل المختبر الوطني للطاقة المتجددة. هناك كذلك بعض أدوات تصميم تدفق الطاقة والكهرباء التي توجه مطوري الشبكات الصغيرة. صمم مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني أداة GridLAB-D المتاحة للجمهور، كما صمم معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) OpenDSS. الأداة الأوروبية التي يمكن استخدامها في محاكاة الطلب على الكهرباء والتبريد والتدفئة ومعالجة الحرارة هي EnergyPLAN من جامعة آلبورغ في الدنمارك. تم نشر أداة تخطيط الشبكة مفتوحة المصدر OnSSET للتحقيق في الشبكات الصغيرة باستخدام تحليل ثلاثي المستويات يبدأ بالأنماط الأصلية للتسوية (تمت دراسة الحالة باستخدام بوليفيا).

طاقة متجددة

• Vehicle-to-grid (V2G)
• طاقة الرياح
• طاقة كهرمائية

شبكات المجتمع الصغيرة

من جهة ثانية، يمكن للشبكات الصغيرة المجتمعية أن تخدم آلاف العملاء وتدعم تغلغل الطاقة المحلية (الكهرباء والتدفئة والتبريد). في الشبكة الصغيرة للمجتمع، قد تحتوي بعض المنازل على بعض المصادر المتجددة التي يمكنها تلبية طلبهم وكذلك طلب جيرانهم داخل نفس المجتمع. قد تحتوي الشبكة الصغيرة للمجتمع كذلك على مخازن طاقة مركزية أو موزعة متعددة. يمكن أن تكون هذه الشبكات الصغيرة في شكل شبكة ميكروية للتيار المتردد والتيار المستمر مقترنة ببعضها البعض من خلال محول إلكتروني ثنائي الاتجاه للطاقة.

بيئة الحرم الجامعي/الشبكات الصغيرة المؤسسية

علاوةً على ذلك، ينصب تركيز الشبكات الصغيرة في الحرم الجامعي على تجميع الجيل الحالي في الموقع لدعم الأحمال المتعددة الموجودة في منطقة جغرافية ضيقة حيث يمكن للمالك إدارتها بسهولة.

تخزين الطاقة

ومن جهة أخرى، هذه هي النقطة في الدائرة الكهربائية حيث يتم توصيل شبكة صغيرة بالشبكة الرئيسية. تسمى شبكة الماكرو التي لا تحتوي على PCC شبكات صغيرة معزولة والتي عادة ما تكون موجودة في المواقع البعيدة (مثلًا، المجتمعات النائية أو المواقع الصناعية البعيدة) حيث لا يكون التوصيل البيني مع الشبكة الرئيسية ممكنًا بسبب القيود التقنية أو الاقتصادية.

مزايا وتحديات الشبكات الصغيرة

وفي هذا السياق، في microgrid، يكون تخزين الطاقة قادرًا على أداء وظائف متعددة، مثل ضمان جودة الطاقة، بما في ذلك تنظيم التردد والجهد، وتنعيم إخراج مصادر الطاقة المتجددة، وتوفير الطاقة الاحتياطية للنظام ولعب دور حاسم في تحسين التكلفة. وهي تشمل جميع التقنيات الكيميائية والكهربائية والضغطية والجاذبية والحدافة وتخزين الحرارة. عندما تتوفر مخازن طاقة متعددة ذات سعات مختلفة في شبكة ميكروية، فمن المفضل تنسيق الشحن والتفريغ بحيث لا يتم تفريغ تخزين الطاقة الأصغر بشكل أسرع من تلك ذات السعات الأكبر. في شبكة الماكرو، يكون تخزين الطاقة قادرًا على أداء وظائف متعددة، مثل ضمان جودة الطاقة، بما في ذلك تنظيم التردد والجهد، وتنعيم إخراج مصادر الطاقة المتجددة، وتوفير الطاقة الاحتياطية للنظام ولعب دور حاسم في تحسين التكلفة. وهي تشمل جميع التقنيات الكيميائية والكهربائية والضغطية والجاذبية والحدافة وتخزين الحرارة. عندما تتوفر مخازن طاقة متعددة ذات سعات مختلفة في شبكة ميكروية، فمن المفضل تنسيق الشحن والتفريغ بحيث لا يتم تفريغ تخزين الطاقة الأصغر بشكل أسرع من تلك ذات السعات الأكبر. وبالمثل، يُفضل ألا يتم شحن البطارية الأصغر حجمًا بالكامل قبل أصحاب السعات الأكبر. يمكن تحقيق ذلك من خلال التحكم المنسق في تخزين الطاقة بناءً على حالة الشحن الخاصة بهم. إذا تم استخدام أنظمة تخزين طاقة متعددة (ربما تعمل على تقنيات مختلفة) ويتم التحكم فيها بواسطة وحدة إشراف فريدة (نظام إدارة الطاقة - EMS)، يمكن أن يضمن التحكم الهرمي القائم على بنية رئيسية / تابعة أفضل العمليات، لا سيما في وضع الجزيرة.

نقطة التوصيل المشتركة (PCC)

شبكات صغيرة للقاعدة العسكرية

من جانب آخر، يتم نشر هذه الشبكات الصغيرة بشكل نشط مع التركيز على كل من الأمن المادي والسيبراني للمنشآت العسكرية من أجل ضمان قوة موثوقة دون الاعتماد على الشبكة الكبيرة.

وفي هذا الصدد، تنضج هذه الأنواع من الشبكات الصغيرة بسرعة في أمريكا الشمالية وشرق آسيا؛ ومع ذلك، فإن عدم وجود معايير معروفة لهذه الأنواع من الشبكات الصغيرة يحد منها على مستوى العالم. الأسباب الرئيسية لتركيب شبكة ميكروية صناعية هي أمن مزود الطاقة وموثوقيتها. هناك الكثير من عمليات التصنيع التي قد يؤدي فيها انقطاع التيار الكهربائي إلى خسائر كبيرة في الإيرادات ووقت بدء طويل. يمكن تصميم الشبكات الصناعية الصغيرة لتزويد الاقتصاد الدائري (شبه) بعمليات صناعية خالية من الانبعاثات، ويمكن أن تدمج توليد الحرارة والطاقة (CHP)، التي يتم تغذيتها من قبل كل من المصادر المتجددة ومعالجة النفايات؛ يمكن استخدام تخزين الطاقة فضلًا عن ذلك لتحسين عمليات هذه الأنظمة الفرعية.

شبكات صغيرة تجارية وصناعية (C&I)

لتحقيق الاستقرار في الجهد والتردد

علاوةً على ذلك، لتقديم إمكانية التوصيل والتشغيل لـ DERs ومشاركة القوة النشطة والمتفاعلة بينها بشكل صحيح، ويفضل، دون أي روابط اتصال

ومن جهة أخرى، للتخفيف من التيارات المتداولة التي يمكن أن تسبب ظاهرة التيار الزائد في الأجهزة الإلكترونية الكهربائية

من جهة ثانية، يوفر عنصر التحكم الأساسي نقاط الضبط لوحدة تحكم أقل وهي حلقات التحكم في الجهد والتيار لـ DERs. يشار إلى حلقات (loops) التحكم الداخلية هذه عادةً باسم التحكم ذي المستوى الصفري.

السيطرة الثلاثية

في هذا الإطار، في حالات الطوارئ مثل انقطاع التيار الكهربائي، يمكن للتحكم من الدرجة الثالثة إدارة مجموعة من الشبكات الصغيرة المترابطة لتشكيل ما يسمى «مجموعة الشبكات الصغيرة»، والتي تعمل كمحطة طاقة افتراضية لمواصلة تزويد الأحمال الحرجة. خلال هذه المواقف، يجب أن تختار وحدة التحكم المركزية إحدى الشبكات الصغيرة لتكون الركود (أي الرئيسي) والباقي كحافلات PV وتحميل بحسب خوارزمية محددة مسبقًا والظروف الحالية للنظام (أي الطلب والتوليد). في هذه الحالة، يجب أن يكون التحكم في الوقت الفعلي أو على الأقل بمعدل عينات مرتفع.

وعلى صعيد آخر، التحكم الثلاثي هو مستوى التحكم الأخير (والأبطأ)، والذي يأخذ في الاعتبار المخاوف الاقتصادية في التشغيل الأمثل للشبكة الصغيرة (وقت أخذ العينات من دقائق إلى ساعات)، ويدير تدفق الطاقة بين الشبكة الصغيرة والشبكة الرئيسية. غالبًا ما يتضمن هذا المستوى التنبؤ بالطقس، وتعرفة الشبكة، والأحمال في الساعات أو اليوم التالي لتصميم خطة إرسال مولد تحقق وفورات اقتصادية. يمكن أن توفر التقنيات الأكثر تقدمًا كذلك تحكمًا شاملاً في شبكة ميكروية باستخدام تقنيات التعلم الآلي مثل التعلم المعزز العميق.

الشبكة الصغيرة الهجينة

إضافةً إلى ذلك، تحتوي الشبكة المصغرة الهجينة على طوبولوجيا لكل من إخراج التيار المتردد والتيار المستمر. علاوةً على ذلك، يتم توصيل حافلات AC و DC ببعضها البعض من خلال محول ثنائي الاتجاه، مما يسمح بتدفق الطاقة في كلا الاتجاهين بين الناقلين.

المكونات الأساسية في الشبكة الصغيرة

الاستهلاك

من جهة ثانية، في الشبكة المصغرة، يشير الاستهلاك ببساطة إلى العناصر التي تستهلك الكهرباء والحرارة والتبريد، والتي تتراوح من أجهزة فردية إلى أنظمة الإضاءة والتدفئة في المباني والمراكز التجارية وما إلى ذلك. في حالة الأحمال التي يمكن التحكم فيها، يمكن تعديل استهلاك الكهرباء بحسب مطالب الشبكة.

المركز الأساسي في الشبكة الصغيرة

وفي هذا السياق، تقدم الشبكة الصغيرة أنواعًا مختلفة من مصادر التوليد التي تغذي المستعمل بالكهرباء والتدفئة والتبريد. تنقسم هذه المصادر إلى مجموعتين رئيسيتين - مصادر الطاقة الحرارية (مثلًا، الغاز الطبيعي أو مولدات الغاز الحيوي أو الحرارة والطاقة المدمجة الصغيرة) ومصادر توليد الطاقة المتجددة (مثل توربينات الرياح والطاقة الشمسية).

التحديات

إضافةً إلى ذلك، تدفقات الطاقة ثنائية الاتجاه: يمكن أن يؤدي وجود وحدات التوليد الموزعة (DG) في الشبكة عند مستويات الجهد المنخفض إلى تدفقات عكسية للطاقة قد تؤدي إلى تعقيدات في تنسيق الحماية وأنماط تدفق الطاقة غير المرغوب فيها وتوزيع تيار الأعطال والتحكم في الجهد.

وفي هذا الصدد، مشكلات الاستقرار: قد تؤدي التفاعلات بين نظام التحكم لوحدات DG إلى تذبذبات محلية، مما يتطلب تحليلًا شاملاً لاستقرار الاضطرابات الصغيرة. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي أنشطة الانتقال بين أوضاع التشغيل المتصلة بالشبكة والانفصال عن الشبكة (القائمة بذاتها) في شبكة صغيرة إلى عدم استقرار عابر. أظهرت الدراسات الحديثة أن واجهة الشبكة الدقيقة للتيار المباشر (DC) يمكن أن تؤدي إلى هيكل تحكم أبسط بشكل ملحوظ، وتوزيع أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وقدرة حمل أعلى للتيار لنفس تصنيفات الخط.

وفي السياق ذاته، النمذجة: الكثير من خصائص المخططات التقليدية مثل انتشار الظروف المتوازنة ثلاثية الطور، وخطوط النقل الاستقرائي في المقام الأول، وأحمال الطاقة الثابتة، لا تنطبق بالضرورة على الشبكات الصغيرة، وبالتالي، تحتاج النماذج إلى المراجعة.

وعلى صعيد آخر، القصور الذاتي المنخفض: تُظهر شبكات الماكرو خاصية القصور الذاتي المنخفضة التي تجعلها مختلفة عن أنظمة الطاقة السائبة، حيث يضمن عدد كبير من المولدات المتزامنة خمولًا كبيرًا نسبيًا. تكون هذه الظاهرة أكثر وضوحًا إذا كانت هناك نسبة كبيرة من وحدات DG ذات الواجهة الإلكترونية في الشبكة الدقيقة. يمكن أن يؤدي القصور الذاتي المنخفض في النظام إلى انحرافات شديدة في التردد في عملية وضع الجزيرة إذا لم يتم تنفيذ آلية تحكم مناسبة. تعمل المولدات المتزامنة بنفس تردد الشبكة، مما يوفر تأثيرًا طبيعيًا للتخميد على التغيرات المفاجئة في التردد. المحولات المزامنة هي محولات تحاكي المولدات المتزامنة لتوفير التحكم في التردد. تشمل الخيارات الأخرى التحكم في تخزين طاقة البطارية أو دولاب الموازنة لموازنة التردد.

إضافةً إلى ذلك، عدم اليقين: يتضمن تشغيل الشبكات الصغيرة معالجة قدر كبير من عدم اليقين، وهو أمر يعتمد عليه التشغيل الاقتصادي والموثوق للشبكات الصغيرة. يعد ملف تعريف الحمل والطقس شكلين من عوامل عدم اليقين التي تجعل هذا التنسيق أكثر صعوبة في الشبكات الصغيرة المعزولة، حيث يتطلب التوازن بين العرض والطلب الحرج ومعدلات فشل المكونات الأعلى عادةً حل مشكلة مقترنة بقوة على مدى أفق زمني طويل. إن عدم اليقين هذا أعلى من تلك الموجودة في أنظمة الطاقة السائبة، بسبب انخفاض عدد الأحمال والاختلافات شديدة الارتباط لموارد الطاقة المتاحة (تأثير المتوسط محدود للغاية).

وفي السياق ذاته، تقدم Microgrids ودمج وحدات DER بشكل عام عددًا من التحديات التشغيلية التي يجب معالجتها في تصميم أنظمة التحكم والحماية، من أجل ضمان عدم تأثر المستويات الحالية من الموثوقية بدرجة كبيرة، والفوائد المحتملة تم تسخير وحدات التوليد الموزع (DG) بالكامل. تنشأ بعض هذه التحديات من الافتراضات المطبقة عادةً على أنظمة التوزيع التقليدية التي لم تعد صالحة، في حين أن البعض الآخر هو نتيجة لقضايا الاستقرار التي كانت تُلاحظ سابقًا فقط على مستوى نظام النقل. تشمل أكثر التحديات ذات الصلة في حماية الشبكات الصغيرة والتحكم فيها ما يلي:

التحكم الأساسي

تم تصميم عنصر التحكم الأساسي لتلبية المتطلبات التالية:

طاقة متجددة بنسبة 100%

• توليد مشترك (combined heat and power—CHP)
• استجابة الطلب
• توليد متوزع
• توليد الكهرباء
• شبكة كهربائية
• تخزين الطاقة
• حدافة تخزين الطاقة
• شبكة كهربائية
• انفصال عن الشبكة
• توليد مصغر للطاقة
• Peak shaving
• لوح ضوئي
• تجارة الطاقة المتجددة

التحكم الثانوي

وفي هذا السياق، عادةً ما يكون التحكم الثانوي من ثوانٍ إلى دقائق وقت أخذ العينات (أي أبطأ من السابق) مما يبرر الديناميكيات المنفصلة لحلقات التحكم الأولية والثانوية ويسهل تصميماتها الفردية. يتم تحديد نقطة الضبط للتحكم الأولي عن طريق التحكم الثانوي، حيث تقوم، بصفتها وحدة تحكم مركزية، باستعادة جهد الشبكة الدقيقة والتردد وتعويض الانحرافات التي تسببها الاختلافات في الأحمال أو المصادر المتجددة. يمكن كذلك تصميم التحكم الثانوي لتلبية متطلبات جودة القدرة، مثلًا، موازنة الجهد في الحافلات الحرجة.