التكامل الأمثل لتوليد وتخزين القدرة الكهربائية في شبكات التوزيع

تقدير أهمية توليد وتخزين القدرة الكهربائية في نطاق التوزيع

يعد تكامل وحدات توليد التوزيع (DG) ميزة أساسية في شبكة المرافق الكهربائية الحديثة، كما يمكن النظر في معطيات معينة، مثل كمية وحدات (DG) وحجمها وأفضل موقع وتكوين الناقل وحتى تقنية وحدة (DG) الأكثر ملاءمة لاستخدامها، كما أن هناك مشكلة مركزية وشائعة تتمثل في وضع وتحجيم وحدات (DG)، بحيث يمكن أن يكون للتركيب غير المناسب لوحدات (DG) تأثيرات ضارة على تدفق الطاقة واستقرار الجهد الكهربائي مما قد يتسبب في زيادة خسائر الخط، وبالتالي استنتاج زيادة في التكاليف الاقتصادية.

إلى جانب ذلك؛ فإن تركيب وحدات (DG) هو مشكلة غير خطية، مما يعني أن الزيادة في عدد وحدات (DG)، بحيث لا تؤدي إلى تحسين أداء الشبكة الكهربائية بشكل مباشر، لذلك من الضروري العثور على الموقع الأمثل وحجم وحدات (DG) في شبكات الطاقة لحل أهداف معينة، ولتقليل انبعاثات الكربون قامت معظم الدراسات بدمج وحدات (DG) القائمة على الطاقة المتجددة في شبكات التوزيع.

ومع ذلك؛ فإن مصادر الطاقة المتجددة (RE)، مثل الألواح الكهروضوئية (PV) مصدر الطاقة المتقطع يمثل انتكاسة لتدفق الطاقة المستمر، ولتجنب هذا العيب تم دمج أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) في الشبكة لتخزين الطاقة من وحدات الطاقة المتجددة في أوقات الذروة.

كما يأتي تكامل وحدات (BESS) أيضاً مع تعقيد إضافي وتكلفة إضافية، لذلك هناك حاجة إلى تطبيق خوارزمية تحسين فعالة و التخفيف من تأثير التكلفة، كما تم اقتراح العديد من المنهجيات لحل التكامل الأمثل، مثل الأساليب التحليلية (الطرق الرياضية) وتقنيات (metaheuristic)، لذلك لقد أثرت الطبيعة التوافقية واللامتقاربة المشتركة لمشكلة التعيين والتحجيم على الاستخدام المتكرر للخوارزميات (metaheuristic)، والتي ترجع أساساً إلى وقتها الحسابي.

بينما تم تطوير بعض التقنيات لتقليل تعقيد المشكلة، إلا أنها لا تضمن حلولاً دون المستوى الأمثل، كما يتم استخدامها في الغالب لتصنيف الحالة التقنية الحالية لكل ناقل في شبكة التوزيع الكهربائية، ومن خلال ذلك، تقترح التقنية موقع الحافلة لوحدات (DG)، حيث أن بعض الأمثلة هي مؤشر فقدان الطاقة (PLI) ومؤشر ثبات الجهد (VSI)، ومؤخراً وجد عامل حساسية الفقد (LSF)، بحيث تم أيضاً بحث هذه التقنيات وتحسينها بمرور الوقت.

كما تم تطبيق العديد من تقنيات التحسين لحل مشكلة التكامل الأمثل في شبكات التوزيع وكانت في مساحة متعددة الأهداف، وذلك على الرغم من أن بعض الدراسات الحديثة قد ركزت على هدف واحد (في الغالب تقليل فقدان الطاقة إلى الحد الأدنى)، إلا أن بعض تلك الدراسات تركز بشكل أكبر على النماذج الجديدة ثم التحقق من صحتها من خلال صياغة الموضوعية وتحسينها.

الأعمال ذات الصلة بالتكامل الأمثل وتخزين الطاقة الكهربائية

وفقاً للدراسات؛ فإنه يمكن تصنيف التحسين في تخطيط شبكة التوزيع إلى خوارزميات حتمية وعشوائية، كما يمكن تقسيم الخوارزميات إلى أطر موضوعية واحدة ومتعددة الأهداف، بحيث تم تقديم بعض المساهمات الهامة في تطبيق الخوارزميات العشوائية، مثل الخوارزميات (metaheurism) ولتخطيط شبكة التوزيع..

كما استخدم (GA) لتخصيص وحجم وحدات (BESS) على النحو الأمثل في شبكة توزيع الطاقة المتجددة الحالية، بحيث تم تنفيذ الخوارزمية بحيث يتم تجاهل كل قيد منتهك في الحل خلال كل جيل، مما يجعل الخوارزمية فعالة من الناحية الحسابية، كما تم استخدام نهج التحسين ثنائي المستوى لتخصيص وحدات (DG ، BESS) لتخطيط شبكات التوزيع على النحو الأمثل.

أيضاً يقلل المستوى الأول من التكاليف الإجمالية باستخدام طريقة التجميع بينما يضمن المستوى الثاني التشغيل المنسق الأمثل للوحدات المتكاملة، بحيث تجدر الإشارة إلى أن التعامل مع أهداف متعددة لا يقل أهمية عن تقنية التحسين المطبقة، كما تم استخدام طريقة الجمع لتحسين انحراف الجهد والوميض وفقد الطاقة وتحميل الخط بشكل متزامن أثناء استخدام المستعمرة الاصطناعية الفوضوية (ABC) لتخصيص وحدات (BESS) وحجمها على النحو الأمثل في شبكة التوزيع.

وعلى الرغم من بساطته وأقل تعقيداً؛ فإنه يمكن القول إن نهج التجميع ليس نهجاً مناسباً للتعامل مع أهداف متعددة في وقت واحد، لذلك طُبق (WOA) لتقليل فقد الطاقة الحقيقي، كما جربت الدراسة طريقتين لتحديد مواقع وحدات (BESS ، DG )وتحجيمها في شبكة توزيع تقليدية ومتكاملة، وهي (PV) من خطوتين وطريقة تحديد الموقع والتحجيم المتزامنة، بحيث تم التحقق من صحة أداء كلتا الطريقتين من خلال مقارنة (WOA) بخوارزمية اليراع وتحسين سرب الجسيمات (PSO).

تطور الدراسات التي ترتبط بتخزين الطاقة الكهربائية

طورت الدراسات السابقة خوارزميات (metaheurism) الهجينة لحل مشكلة التكامل الأمثل في شبكات التوزيع، بحيث اقترح “مرادي وعابديني” خوارزمية هجينة من قطرات الماء الذكية (IWD) و (GA) لتخصيص وحدات (DG) وحجمها على النحو الأمثل في “شبكة ميكروية” لحل أهداف مثل تقليل فقدان الطاقة وتحسين استقرار الجهد وتباين الجهد الكلي.

كما تم تطبيق الخوارزمية المقترحة بطريقة متدرجة حيث يجد (GA) الموقع الأمثل، بينما يجد (IWD) الأحجام المثلى، كما تعامل الباحثون مع الأهداف المتعددة من خلال تعيين أوزان قبل عملية التحسين، وهو ليس حلاً عملياً للغاية في مساحة متعددة الأهداف، ومع ذلك قاموا بتغيير الأوزان لملاحظة التأثير على نتائج المحاكاة.

كذلك تم تهجين (PSO) و (ABC) للحصول على الحجم الأمثل لبنوك المكثف الكهربائي مع تقليل فقد الطاقة وفقدان الطاقة في شبكة توزيع مكونة من (34) عقدة و (69) ناقل، بحيث تم استخدام طريقة التجميع للتعامل مع الأهداف التي قد لا تؤدي إلى نتائج دقيقة، كما أن هناك نطاق هجين خوارزمية البحث المتناسق (HSA) وخوارزمية Firefly) (FA)) في نموذج فوضوي (يُطلق عليه CHSFA) لتعظيم أرباح شركات شبكة التوزيع عن طريق تقليل التكاليف التشغيلية وزيادة الدخل في شبكة التوزيع الكهربائية.

لذلك تستخدم الخوارزمية المقترحة آلية (HSA) للبحث عن أفضل القيم الموضوعية في ذاكرة التناغم وتستخدم آلية (FA) للبحث العشوائي، كما وتم التحقق من صحتها على شبكة توزيع مكونة من (38) ناقلاً وتم الإبلاغ عن تقاربها بشكل أسرع من (HSA)، ونظراً لتكرار العملية مرتين لتحقيق الحل الأمثل؛ فمن المفترض أن (CHSFA) ونظراً لآليتها المعقدة؛ سيكون لها وقت حسابي أعلى من (HSA).

وأخيراً يعتبر التعامل مع الأهداف المتعددة سمة حاسمة في مشكلة التكامل الأمثل في شبكات التوزيع والمعالجة السليمة مرادفة للتطبيق العملي للنتائج، كذلك نهج التخصيص المباشر للوزن (WSA) هو أبسط أشكال التعامل مع أهداف متعددة وقد تم استخدامه في مشكلة التكامل الأمثل، بحيث ابتكر الباحثون سيناريوهات تجميع متعددة الأغراض مختلفة لتحديد مواقع المكثفات ووحدات (DG) وتحجيمها.

كما صاغ الباحثون دراسة فردية وثنائية وثلاثية الأهداف لمقارنة أفضل القيم الموضوعية لكل صيغة، وأنتجت الصيغة الموضوعية الفردية أفضل قيمة لانحراف الجهد الكهربائي وقيمة تكلفة الانبعاثات، بينما أنتجت الأهداف الثلاثة أفضل قيمة لتكلفة التركيب، ومع ذلك يمكن القيام بمزيد من العمل لمقارنة جودة توزيع حلول باريتو، وبالمقابل تم استخدام (TOPSIS) لتحديد الحل الوسط من مجموعة (Pareto) المثلى.