تصميم طوبولوجيا قابلة للتكيف والتوسع لشبكة الطاقة الكهربائية العراقية

الباحث

رشا جمال حسين الجراح

المشرف

منار يونس أحمد كشمولة

الجامعة

جامعة الموصل

الكلية / القسم

كلية علوم الحاسوب والرياضيات / علوم الحاسوب

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Network Topology ; Power Grid ; Scalability ; Iraqi Electricity Network

على مدى السنوات القليلة الماضية ، daly العراق Lig ye متتالية دمرت الكثير من البنى التحتية الهامة مما sal إلى تقليل الإنفاق عليها. خاصة البنى التحتية الكهريائية بما في ذلك شبكة الكهرياء العراقية (IEPG) ومكوناتها والتي تعتبر من دوافع هذا العمل. بالاضافة الى أنه لا توجد دراسات تنظر في شبكة IEPG من Gus النمذجة والتحليل. بشكل عام ، تنقسم شبكة TEPG إلى ثلاثة أنواع رئيسية من محطات الطاقة الكهريائية. النوع الاول يعتبر المصدر الرئيسي للطاقة Gilly هو محطات توليد الطاقة (GPS) والثاني هو محطات الجهد العالي الفائق-400 .(U.H.V.S) والنوع الثالث هي محطات الجهد العالي-132 (A.V.S.S) التي تزود محطات توزيع الطاقة والمستهلكين بالكهرياء مباشرة. إلى جانب ذلك ، هناك خطوط نقل تريط بين محطات الطاقة وتنقسم إلى نوعين حسب الفولتية kvs 132 ky 400 . في الآونة الأخيرة ، عانى العراق من نقص حاد في إنتاج الكهرياء وإمداداته للمستهلك. وينفس الوقت ¢ زاد الطلب على الكهرياء بسبب النمو السكاني والاقتصادي. حيث أن الطلب المتزايد على الكهرياء ارتفع من MW 11000 في عام 7٠٠١ إلى MW 16000 في عام YOY بينما ارتفع في عام ٠١١ إلى MW 24500 ووصل مؤخرًا إلى حوالي MW 30000 مع انخفاض في إنتاج الكهرياء في نفس الوقت وهو ما يعتبر من المشاكل الرئيسية في شبكة JEPG وقد أدت هذه المشاكل إلى انقطاعات متكررة في إمدادات الكهرياء وانقطاعات ALIS وجزئية للكهرياء. علاوة على ذلك ، خلال أحداث السنوات القليلة الماضية ، Gal حجم الضرر الذي Gal بالبنية التحتية لشبكة 0 إلى إلقاء الضوءِ على تحديات توليد الكهرياء ونقلها. لذلك ، تم اقتراح عدة نماذج لتطوير شبكة JEPG من أجل رفع مستوى إنتاج الكهرياء لتغطية احتياجات المستهلكين. تعكس هذه النماذج أبرز المشاكل والتحديات التي تواجهها شبكة JEPG على أساس دوري أو سنوي he أثناء الأحداث الطارئة التي تحدث فجأة. تم تسليط الضوء على هذه الاقتراحات العديدة لحل المشاكل التي تعاني منها شبكة EPG على سبيل المثال ، يعكس النموذج 4 مع سيناريوهاته 47 و 42 و 43 إعادة تأهيل محطات الطاقة العاطلة والخارجة عن الخدمة. بينما يشير النموذج 8 مع سيناريوهاته 87 و 2 و 83 إلى توسيع شبكة 18/270 وتطويرها. في الوقت نفسه ، تم اقتراح النموذج C بسيناريوهاته Cl و C2 و 03 لتعزيز خطوط النقل kv 400 وام 132 بين المحطات. أخيرًا ، تم اقتراح نموذج D لإنشاء dre محطات طاقة شمسية تعتمد على الإشعاع الشمسي موزعة في غرب وجنوب العراق. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تحسين أداء شبكة JEPG بطريقة ترقى إلى مستوى طموح الفرد العراقي فيما يتعلق باستهلاك الكهرياء. يتم ذلك من خلال اقتراح تمثيل طويولوجي نظري لمساعدة المهندسين العاملين في هذا المجال على تحليل ودراسة الأداء الكلي لشبكة 1120 من خلال افتراض نماذج واقعية تمثل تحديات لمسؤولي شبكة الطاقة ويتم استخدامها لتقليل المشاكل التي تواجهها الشبكة. كما ذكرنا ، يمكن أن تدعم هذه النماذج اتخاذ قرارات دقيقة حول الشبكة في كثير من الحالات (على سبيل المثال ، فشل المحطة ¢ توسيع الشبكة استبدال المحطة ، إلخ). لذلك ¢ يساهم هذا العمل في نمذجة شبكة 17820 الحالية باستخدام مفاهيم الشبكة المعقدة .(CN) بالإضافة إلى اقتراح العديد من النماذج التي تم تكييفها مع مشاكل شبكة EPG بالاضافة الى تقديم توصيات ومقترحات للاستفادة منها للنهوض بالواقع الحالي لشبكة JEPG الوطنية. في الآونة الأخيرة ، اتخذ مجال CN اتجاهًا حدينًا وفعالّا مع العديد من التطبيقات في حياتنا. يستخدم CN لتشكيل ظواهر معقدة في النماذج القائمة على الرسم البياني المكونة من العقد والحواف التي تريطها. بالاضافة الى استخدام تحليل الشبكة المعقدة (CNA) باستخدام مقاييس الشبكة مثل days العقدة ، معامل التجميع ، طول المسار ، المركزية ، القرب ٠ البينية ، الكثافة philly ، على سبيل المثال لا الحصر. تعد طويولوجيا الترابطات المعقدة لشبكات الطاقة gas} التحديات التي يمكن مواجهتها في فهم الشبكة أو تحليلها. لذلك تستخدم بعض البلدان حول العالم مفاهيم CN لنمذجة شبكات الطاقة الكهربائية الخاصة بها وتحليلها. في سياق هذا العمل ، تم تصميم شبكة 17707 على شكل ate وحواف باستخدام برنامج sla Gephi على مفاهيم [02). يتم ذلك من خلال تمثيل المحطات الكهريائية كعقد وخطوط النقل التي Lis المحطات على USE حواف. يبلغ عدد العقد والحواف حوالي 7١5 محطة طاقة و 477 خط نقل. يوفر هذا العمل تصورًا احترافيًا لشبكة 117207 التي تم تصميمها sly على توزيع السكان وإحداثيات محطات الطاقة. يمكن اعتماد النماذج المقترحة من قبل المسؤولين والمهندسين المتخصصين في هذا المجال من أجل تصور أداء شبكة 15/70 من منظور إحصائي مختلف وحديث. أيضًا ، يتم تصور وتحليل كل نموذج مقترح مع سيناريوهاته. بعد ذلك تتم مقارنة هذه السيناريوهات المقترحة ضمن كل نموذج لاختيار أفضل سيناريو قد يعطي Sa جذرياً لمشكلة الكهرباء في العراق. بعد التحليل ٠ تم التوصل إلى أن أفضل النتائج في السيناريوهات 43 و 83 و C3 والنموذج (1 بشكل منفصل. Cus يعكس السيناريو AF أعلى القيم من حيث مقاييس الشبكة. على سبيل المثال ، يشمل PVs محطة طاقة ، 4517 خط نقل ، متوسط توزيع الدرجات ١,295 ، معامل التجميع ٠ ٠,١7 القطر 55 . متوسط طول المسار ١8,577 والكثافة .٠,٠0٠05 علاوة على ذلك ، فإن سيناريو 83 هو الأفضل من حيث اتصالاته وعدد محطاته. تظهر هذه النتيجة من قيمة الدرجة المتوسطة وكذلك معامل التجميع والمقاييس الأخرى. اذ انه يشمل ١5٠ محطة طاقة ، ١٠ه خط نقل ، متوسط توزيع الدرجة 7,4١5 ، معامل التجميع ٠,٠١” ، القطر £9 ، متوسط طول المسار ١18,87١ والكثافة .0,.0٠04 إلى جانب ذلك ، يحتوي السيناربو CF على 7١١ محطة طاقة 457٠ خط نقل ، متوسط توزيع الدرجة 7,854 ، معامل التجميع ٠,١75 6 القطر 48 ٠، متوسط طول المسار ١8,5٠7 والكثافة 0,005. أخيرًا ء خصائص النموذج D هي 6 7١5 محطة طاقة ، bs 57 نقل ، متوسط توزيع الدرجات 7,785 ، معامل التجميع ٠,7٠١” ، القطر EA ، متوسط طول المسار 18,551 والكثافة .0,.0٠05 ومع ذلك ٠، فإن هذه النتيجة لجميع السيناريوهات لكل نموذج لا تقلل من أهمية بقية السيناريوهات ضمن نفس النموذج GY تحقيقها lee أمر مهم للغاية للحصول على النتائج المرجوة لتحسين وتطوير أداء شبكة JEPG الوطنية.

Over the past few years, Iraq has encountered successive wars that have destroyed much of the important infrastructures and have led to a reduction in spending on them. Especially the electrical infrastructure including the Iraqi Electricity Power Grid network (IEPG) and its components which is considered one of the motivations of this work. Moreover, there are no studies that consider the IEPG network in terms of modeling and analysis. In general, the IEPG network divides into three main types of electric power stations. The main source of power is Generation Power Stations (G.P.S) and the second is Ultra High Voltage Stations_400 (U.H.V.S). The third is High Voltage Substations_132 (H.V.S.S) which supplies the consumers with electricity directly. Finally, there are transmission lines connecting these stations (400 kv and 132 kv). Recently, Iraq has suffered from a severe shortage of electricity production and consumer supply. At the same time, the demand for electricity has increased due to population and economic growth. Whereas, the demand for electricity is increased from 11000 MW in 2007 to 16000 MW in 2013. While it has increased in 2018 to 24500 MW and has recently reached about 30000 MW with a low in electricity production simultaneously which is considered the main problem in the IEPG network. These problems have led to frequent interruptions in the supply of electricity and the occurrence of complete and partial shutdowns. As mentioned, during the events of the past few years, the scale of damage to the infrastructure of the IEPG network has put challenges of electricity generation and transmission into the limelight. Therefore, several models for the IEPG network development have been proposed in order to raise the level of electricity production to cover the needs of consumers. These models reflect the most prominent problems that the IEPG network faces on a periodic or annual basis, or during emergency events that occur suddenly. For instance, Model A with its scenarios A1, A2 and A3 reflect the rehabilitation of the idle power stations. While the Model B with its scenarios B1, B2 and B3 refer to expand and develop the IEPG network. At the same time, Model C with its scenarios C1, C2 and C3 are proposed for reinforcement of transmission lines 400 kv and 132 kv among stations. Finally, Model D is suggested for constructing several solar power stations based on solar radiation distributed in the western and south of Iraq. The main objective of this work is to improve the performance of the IEPG network in a way that lives up to the Iraqi individual's ambition in terms of electricity consumption. This is done by suggesting a theoretical topological representation to help engineers working in this field to analyze and study the overall IEPG network performance by assuming real-life models that represent challenges to the power grid administrators. Therefore, this work contributes to the modeling of the current IEPG network using Complex Network (CN) concepts. Also, presenting recommendations and proposals to benefit from them to advance the current reality of the national IEPG network. Recently, the field of CN has taken a modern and efficient direction with various applications in our life. CN are used to form complex phenomena in graph-based models composed of nodes and the edges connecting them. As well as the use of Complex Network Analysis (CNA) by using network metrics such as node degree, clustering coefficient, path length, centrality, closeness, betweenness, density and diameter, to mention a few. The topology of the complex interconnections of power grids is one of the problems that can be encountered in understanding or analyzing the network. Therefore some countries around the world use CN concepts to model and analyze their electric power grid networks. In the context of this work, the IEPG network is modeled in the form of nodes and edges using Gephi software based on the CN concepts. This is done by representing the power stations as nodes and the transmission lines connecting the stations as edges. The number of nodes and edges are about 315 power stations and 432 transmission lines. This work provides a professional visualization of the IEPG network that has been modeled based on the population distribution and coordinates of power stations. The proposed models can be adopted by officials and engineers specialized in this field in order to visualize the IEPG network performance from a different and modern statistical perspective. Also, each proposed model with its scenarios are visualized and analyzed. After that, these proposed scenarios within each one model are compared to choose the best scenario that might give a radical solution to the electricity problem in Iraq. After analyzing, the best results have been concluded in the scenarios A3, B3, C3 and Model D separately. Whereas, Scenario A3 reflects the highest values in terms of network metrics. For instance, it includes 320 power stations, 447 transmission lines, average degree distribution is 2.794, clustering coefficient is 0.223, the diameter is 46, the average path length is 18.532 and the density is 0.009. Moreover, Scenario B3 is the best in terms of its connections and its number of stations. Such as, 350 power stations, 510 transmission lines, average degree distribution is 2.914, clustering coefficient is 0.203, the diameter is 49, the average path length is 18.821 and the density is 0.008. Besides, Scenario C3 has 310 power stations, 443 transmission lines, average degree distribution is 2.858, clustering coefficient is 0.225, the diameter is 48, the average path length is 18.402 and the density is 0.009. Finally, the properties of Model D is 315 power stations, 436 transmission lines, average degree distribution is 2.786, clustering coefficient is 0.202, the diameter is 48, the average path length is 18.557 and the density is 0.009. However, this result of all the scenarios for each model does not diminish the importance of the rest of the scenarios within the same model as achieving them together is very important to obtain the desired results for improving and developing the national IEPG network performance.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب