استراتيجيات تصحيح الطاقة الكهربائية النشطة والتعزيز العميق

باستخدام نهج التعلم العميق المعزز الجديد، تتناول هذه الدراسة التحكم التصحيحي للقوة النشطة في أنظمة الطاقة الحديثة، وذلك في محاولة لتقليل التأثير المشترك الناتج عن تكلفة التشغيل وعقوبة التعتيم، كما تركز استراتيجية التصحيح هذه على تقييم جوانب القوة والقدرة على التكيف لعامل التحكم الكهربائي.

أهمية التركيز على استراتيجيات تصحيح الطاقة الكهربائية النشطة

غالباً ما يتطلب التنفيذ المكثف لتكنولوجيا نقل الجهد العالي للغاية وتكامل الطاقة المتجددة أن تعمل شبكات الطاقة في ظل ظروف تبادل الطاقة على نطاق واسع وبعيد المدى، مما يجعل من الصعب للغاية الحفاظ على التشغيل المستقر لأنظمة الطاقة الحديثة.

أما في حالة الحمل الزائد لخط الطاقة، بحيث يصبح من الضروري التخلص من الأحمال الزائدة أو تخفيفها؛ وإلا فقد يحدث فشل متتالي لاحق، ومن ثم يجب إيلاء اهتمام كبير لتحليل تقنيات التحكم التصحيحية الفعالة في الطاقة السريعة والفعالة، وذلك للحفاظ على التشغيل الآمن والمستقر لشبكات الطاقة.

كما تركز طرق التحكم التصحيحية النموذجية بشكل أساسي على إعادة توزيع المولد الكهربائي أو إجراءات فصل الأحمال، حيث يتم تحسين حقن العقدة لضبط تدفق طاقة الخط، ونظراً لتقدم أنظمة الطاقة الحديثة؛ فإنه يمكن إدخال العديد من إجراءات التحكم الإضافية لإصلاح الأحمال الزائدة على الخط، كما يتم استخدام أجهزة نظام نقل التيار المتردد المرن (FACTS) لأداء التحكم التصحيحي.

بالإضافة الى أنه يتم استخدام تبديل طاقة التيار المباشر متعدد الأطراف (MTDC) والمكثفات المتسلسلة (SC) للتخفيف من الأحمال الزائدة على الخط تصوراً لمرونة واعدة، بحيث تعتبر عناصر التحكم في الطوبولوجيا مثل تبديل الإرسال (TS) وتكوينات المحطات الفرعية، كذلك تقنيات فعالة للتحكم في تدفق الطاقة ومن المعروف أنها تؤدي إلى خفض تكلفة الإرسال الاقتصادي وإدارة ازدحام الإرسال.

علاوة على ذلك، كذلك يساعد تطبيق (TS) التصحيحي في الحفاظ على قدرة التوسيع للمولدات، مما يجعل النظام أكثر قوة ومتانة، كما تم إثبات أن إجراءات الهيكل تميل إلى أن تكون موثوقة للتحكم التصحيحي في الحمل الزائد، ووفقاً لذلك يمكن اعتماد تبديل الخط والقضيب كإجراءات تحكم تصحيحية ممكنة إلى جانب التكتيكات التقليدية.

طرق تصنيف طرق التحكم التصحيحية الشائعة في النظام الكهربائي

حالياً يمكن تصنيف طرق التحكم التصحيحية الشائعة الاستخدام إلى طرق قائمة على الحساسية وقائمة على التحسين، بحيث تأخذ الفئة الأولى في الاعتبار عوامل الحساسية لتقدير التأثيرات الناتجة عن بعض التدابير على الخطوط المحملة بشكل زائد وتختار مقاييس عالية الحساسية للتعامل مع الأحمال الزائدة، وعلى الرغم من أنها تبدو فعالة في الحساب وقابلة للتنفيذ بسهولة.

ونتيجة لذلك؛ فإنه غالباً ما يتم الجمع بين الأساليب القائمة على الحساسية وطرق أخرى لتعزيز دقتها، وبالمثل يتم إدخال عوامل الحساسية لاختيار أكثر حافلات تفريغ الحمولة فاعلية لمزيد من التحسين. بالنسبة للطرق القائمة على التحسين، بحيث يتم تحديد إجراءات التحكم التصحيحية بشكل أساسي من خلال تفسير نماذج التحسين.

ومن خلال صياغة مشكلة تبديل الخط التصحيحي المثلى في شكل مشكلة إرضاء القيد؛ فإنه تم اعتماد طرق برمجة القيد والبحث الشجري لإيجاد حل للمشكلة المحددة، بحيث يتم التعبير عن مشكلة التبديل التصحيحي القوي كمشكلة برمجة أعداد صحيحة مختلطة (MIP)، وبالتالي تم اعتماد نهج أمثل قوي للتعامل مع حالات عدم اليقين المصاحبة.

وعلاوة على ذلك؛ فإنه يتم أيضاً استخدام طرق تجريبية معينة للحصول على الحلول المثلى، وعلى الرغم من أن الأساليب القائمة على التحسين يمكن أن تتكيف بسهولة مع القيود المعقدة لأنظمة الطاقة؛ إلا أنها قد تكون باهظة الثمن من الناحية الحسابية، بحيث تم طرح نهج قائم على الشبكة العصبية للوظيفة الشعاعية (RBFN) لتحقيق التخفيف الناجح للحمل الكهربائي الزائد للخط.

أسلوب التعلم المعزز بالرسوم البيانية المبنية على المحاكاة

في الآونة الأخيرة، برز التعلم المعزز كحل رائع لمعالجة مشاكل صنع القرار المعقدة بسبب قدرته الملحوظة على ذلك، وأثناء إجراء التحكم التصحيحي لأنظمة الطاقة الكبيرة المعرضة لوقوع حوادث غير متوقعة من خلال إعادة إرسال المولد والتعديلات الطوبولوجية؛ فإن هناك العديد من القضايا الحاسمة التي يجب معالجتها:

• التغييرات الطوبولوجية بسبب الأحداث العشوائية.

• أبعاد عالية من مساحة العمل الطوبولوجية.

• شرط الاستقرار العالي.

ولحل المشكلات المذكورة أعلاه؛ فإنه تم تطوير طريقة التعلم المعزز للانتباه (SGA-RL) القائمة على المحاكاة في هذه الدراسة، كما وتظهر بنيتها في الشكل التالي (1)، وفي هذه البنية يتم تقديم (GATs) لفهم تمثيل حالة شبكة الطاقة وتقوية قدرة التعميم للوكيل للاستشعار المناسب للتغيرات الطوبولوجية غير المتوقعة، وبعد ذلك يتم استخدام طريقة (MCTS) للحد من مساحة العمل.

وأخيراً تمت صياغة آلية تدريب موجهة بالمكافآت واستراتيجية نشر إجراءات طويلة الأجل لتحقيق تعلم إستراتيجية تحكم تصحيحية فعالة وتطبيقها المستقر على التوالي، ولمنع نظام الطاقة من تحدي القيود؛ فإنه يتم أيضاً تثبيت آلية إنذار مبكر، أي عندما تتجاوز نسبة الحمل الكهربائي الأقصى في المحاكاة العتبة المحددة مسبقاً (Ω)، على سبيل المثال (0.98) يتم تشغيل الوكيل لاتخاذ قرارات التحكم لحماية النظام بطريقة وقائية وتصحيحية.

شبكات الاهتمام بالرسم البياني (gats)

تُستخدم الشبكات العصبية “للرسم البياني” (GNNs) لاستخراج الميزات من حالات شبكة الكهرباء، بحيث يتم تحويل القدرة إلى بيانات بنية الرسم البياني، كما يمكن تشكيل مصفوفة الجوار (A) بناءً على التوصيلات بين معدات الطاقة، أي نهايات النواقل والمولدات والأحمال، بحيث تتشكل مصفوفة الميزة (X) من خلال الجمع بين السمات المشتركة والفريدة من نوعها للمعدات المختلفة.

حيث أن:

(POR ، QOR): تشير إلى تدفق الطاقة النشط وتدفق الطاقة التفاعلي عند أصل خط النقل.

(PEX ، QEX): تمثل تدفق الطاقة النشط وتدفق الطاقة التفاعلية في أقصى خط النقل.

(PL ، QL): الاستهلاك النشط القيمة وقيمة الاستهلاك التفاعلي للحمل الكهربائي.

(PG ، QG): تشير إلى خرج الطاقة النشط وخرج الطاقة التفاعلية للمولد.

(BORBEX ، BL ، BG): إلى التفرعات المتصلة لمعدات الطاقة المذكورة أعلاه في المحطة الفرعية.

(Presisp): هو مقدار إعادة إرسال المولد، كما ويشير إلى نسبة تحميل خط النقل.

بحث شجرة مونت كارلو (mcts)

في أنظمة الطاقة واسعة النطاق، يوجد عدد كبير من الإجراءات التصحيحية المتاحة بسبب التحفظ والجمع بين التعديلات الطوبولوجية، وعلى سبيل المثال إذا كان هناك حافلتان على شريط ناقل، وعند توصيل عناصر (n) بالمحطة الفرعية؛ فسيكون هناك (2n − 1) من الإجراءات الممكنة، وهي مساحة العمل الضخمة تجعل وكيل (DQN) مزدوج المبارزة صعباً أو مستحيلاً تدريبه.

بالنهاية للحفاظ على استقرار التشغيل لعوارض الطاقة الحديثة المعقدة في ظل العديد من الأحداث غير المتوقعة والقيود العملية؛ فقد تم اقتراح طريقة (SGA-RL) لأداء التحكم التصحيحي الفعال للسلسلة الزمنية، كما تم تطوير الأساليب ذات الصلة لتعزيز متانة وفعالية وكلاء التحكم، بما في ذلك (GATs) لتعميم أفضل على الطوبولوجيا و (MCTS) لتقليل مساحة العمل الضخمة واستراتيجية الاستكشاف التفاضلي الموجهة بالمكافآت لتقييم العمل العميق واستراتيجية نشر العمل على المدى الطويل تأثيرات تحكم شاملة.