دراسة تدفق الطاقة

دراسة تدفق الطاقة (بالإنجليزية: Power Flow Study) أو دراسة تدفق الحمل (بالإنجليزية: Load Flow Study) أو تحليل تدفق الطاقة (بالإنجليزية: Power Flow Analysis) أو تحليل تدفق الحمل (بالإنجليزية: Load Flow Analysis) في هندسة الطاقة نعبر عن دراسة تدفق الحمل بتحليل عددي لتدفق الطاقة الكهربائية داخل نظام مترابط. يستخدم عادة رموز مبسطة مثل رسم تخطيطي و نظام موحد، ويركز على جوانب مختلفة من متغيرات التيار المتردد، مثل فرق الجهد وزاوية الطور والقدرة الفعالة والقدرة غير الفعالة. ويحلل أيضا أنظمة الطاقة في حال العمليات الثابتة. دراسة تدفق الطاقة أو تدفق الحمل مهمة للتخطيط و التوسع المستقبلي لأنظمة الطاقة، وكذلك في تحديد أفضل تشغيل للنظم القائمة. أما المعلومات الرئيسية التي تم الحصول عليها من دراسة قوة التدفق هو قيمة فرق الجهد وزاوية الطور في كل محطة والقدرة الفعالة والقدرة غير الفعالة التي تتدفق في كل خط. أنظمة الطاقة التجارية عادة ما تكون معقدة للغاية من أجل حساب تدفق الطاقة يدويا. فتحليل الشبكة بُنيت لأغراض خاصة في وقت مبكر بين عامي 1929 و 1960 لتقديم نماذج طبيعية على نطاق المختبر من أنظمة الطاقة .أما الحواسيب الرقمية غيرت الطرق التناظرية على نطاق واسع مع حلول رقمية.
وبالإضافة إلى دراسة قوة التدفق، تؤدي برامج الكمبيوتر الحديثة العمليات الحسابية ذات الصلة مثل: تحليل خطأ دوائر القصر ودراسات الثباتية (في الحالة المرحلية وفي الحالة الثابتة) ووحدة الالتزام والإرسال الاقتصادي. وعلى وجه الخصوص،هنالك بعض البرامج لاستخدام البرمجة الخطية من أجل العثور على مقدار تدفق الطاقة الأمثل والعثور أيضا على الحالات التي تعطي أقل تكلفة لكل كيلووات ساعة ينتج.
دراسة تدفق الحمل لها قيمة خاصة بالنسبة للنظام مع مراكز حمل متعددة مثل مجمع المصفاة. وفي الحقيقة هي عبارة عن دراسة تحليل لقدرة النظام على تزويد كاف للحمل المتصل و مجموع خسائر النظام وجدولتها، فضلا عن الخسائر الخطوط الفردية و جدولتها. ويتم أيضا اختيار قيمة محولات الصنبور لضمان الجهد الصحيح في المواقع الحيوية مثل مراكز التحكم في المحركات. وهناك دراسة اجريت لتدفق الحمل على نظام قائم يقدم رؤية وتوصيات لتشغيل النظام والاستفادة المثلى من إعدادات التحكم للحصول على الحد الأقصى من القدرات، مع التقليل من تكاليف التشغيل. و نتائج هذا التحليل هي من حيث الطاقة النشطة و قوة رد الفعل و حجم وزاوية الطور.

نمذجة النظم الكهربائية

نموذج تدفق الطاقة الكهربائية المترددة هو النموذج المستخدم في الهندسة الكهربائية لتحليل شبكات الكهرباء . يوفر النظام الغير خطي الذي يصف تدفق الطاقة الكهربائية عبر خطوط النقل. النظام غير خطي لأن تدفق الطاقة الكهربائية في مقاومة الاحمال هو عبارة عن مربع الجهد الكهربائي. بسبب العلاقة الغير خطية في النظام الكهربائي , في كثير من الحالات تحليل الشبكة الكهربائية الكبيرة عبر نموذج متردد غير ممكن، فيتم استخدام النظام الخطي (الأقل دقة) كنموذج بديل.
في العادة تحليل النظام الكهربائي ثلاثي الأطور يبسط عن طريق افتراض توازن الاحمال بين الخطوط الثلاثة واستقرار الحالة بدون أي تغير انتقالي في تدفق الطاقة أو الجهد الكهربائي ، وتردد كهربائي ثابت. وللتبسيط أكثر يتم استخدام نظام الوحدة للتعبير عن الجهد الكهربائي و تدفق الطاقة و الاحمال كمعيار يمثل النظام الحقيقي. نظام التمثيل احادي الخط يستخدم كأساس لبناء نظام رياضي للمولدات , الاحمال, وخطوط النقل والتوزيع .

طرق أخرى لتدفق الطاقة

-طريقة غاوس-زايدل: هذه هي أقدم طريقة تم وضعها. وهي تبين معدلات قليلة من التقارب بالمقارنة مع الطرق التكرارية الأخرى ، ولكنها تستخدم الذاكرة قليلا جدا ولا تحتاج إلى حل نظام المصفوفة.
-طريقة تدفق الحمل سريعة الانفصال: هي اختلاف عن نيوتن-رافسون حيث تستغل الفصل التقريبي للتدفقات الفاعلة والمتفاعلة في شبكات الكهرباء بتصرف جيد ، وبالإضافة إلى ذلك تصلح قيمة مصفوفه جاكوبي خلال التكرار من أجل تجنب تحليلات المصفوفة المكلفة . كما يشار إلى "ميل الثابت، انفصال NR". ضمن الخوارزمية، يحصل مقلوب المصفوفة مصفوفه جاكوبي مرة واحدة فقط، وهناك ثلاثة افتراضات. أولا، التوصيلية بين الباصات هو صفر. ثانيا، فإن حجم الجهد للباص هو واحد لكل وحدة. ثالثا، جيب الزاوية لكل مرحلة بين الباصات هو صفر. بهذه الطريقة يمكن إرجاع الجواب في غضون ثوان في حين أن طريقة نيوتن رافسون تأخذ وقتا أطول من ذلك بكثير. هذا مفيد لإدارة الوقت الحقيقي لشبكات الكهرباء.
-طريقة هولومورفيك التضمينة لتدفق الحمل: طريقة تم تطويرها مؤخرا استنادا إلى تقنيات متقدمة من تحليل المركب. طريقة مباشرة وتضمن الحساب الصحيح (المنطوق) للفرع، للخروج من حلول متعددة موجودة في معادلات تدفق الطاقة.