اقرأ في هذا المقال
تقترح هذه الدراسة صيغة حسابية للاستضافة الكهروضوئية المثلى ووضع موارد الطاقة الموزعة (DER) لتعزيز مرونة الشبكة الكهربائية، وتشتمل الخوارزمية على مخطط تصنيف فريد للبنية التحتية الحيوية (CI) لإعطاء الأولوية لعقد (CI) لوضع (DER) مع ضمان أقصى استضافة لـ (DER).
أهمية تحسين مرونة الشبكة الكهربائية واستضافة DER
ظهرت هناك العديد من التعريفات لمرونة نظام الطاقة، بما في ذلك تلك التي قدمتها وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) وأنظمة التحكم الصناعية، بالإضافة الى فريق الاستعداد للطوارئ الحاسوبية (ICS-CERT) والمختبرات الفيدرالية مثل المختبر الوطني الطاقة المتجددة (NREL) والمختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (PNNL).
في سياق نظام الطاقة، تشير المرونة إلى قوة النظام ضد الأحداث عالية التأثير وذات التردد المنخفض مثل الكوارث الطبيعية مثل الأعاصير والأعاصير والزلازل والحرائق البرية أو الهجمات الإلكترونية والأنشطة البشرية الجسدية، وفي هذا العمل نشير إلى مثل هذه الأحداث مثل الأحداث المتطرفة، وبشكل أكثر وضوحاً؛ فإنه يمكن تعريف المرونة على أنها قدرة النظام على توقع الظروف المتغيرة والاستعداد لها والتكيف معها.
كذلك تحمل الاضطرابات والاستجابة لها والتعافي منها بسرعة من خلال حلول تقنية وتخطيط مستدام وقابل للتكيف وشامل، لذلك يقيس التعريف المعتمد في هذه الورقة مرونة شبكة التوزيع الكهربائية مثل قدرتها على توفير مصدر طاقة مستمر لواحدة على الأقل من عقد البنية التحتية الحيوية (CI) أثناء حدوث حدث شديد، أو فشل نظام الطاقة حتى أثناء الطقس العادي بسبب التدهور التدريجي لمكونات النظام والعوامل البشرية من بين العديد من العوامل الأخرى.
تأثير الأحداث المتطرفة على مرونة الشبكة الكهربائية
يعتبر التأثير على نظام الطاقة بسبب الأحداث المتطرفة شديد لأنه لا يمكن التنبؤ به في الغالب، كما ويتطور بسرعة كبيرة ويمكن أن يتسبب في حدوث أعطال في عدة مواقع في وقت واحد، لذلك قد يكون من الصعب أيضاً الوصول فعلياً إلى مواقع الأعطال من أجل بدء عملية الاستعادة أثناء تقدم الحدث، لذلك لقد حظي موضوع المرونة باهتمام كبير في مجال أنظمة الطاقة أكثر من أي وقت مضى.
كما أن كل ذلك بسبب الأحداث المناخية القاسية المتكررة وزيادة رقمنة المجتمع وتحويل توقعات المستهلكين وزيادة التعرض للهجمات الإلكترونية والضعف بسبب الاعتماد المتزايد على الغاز الطبيعي للطاقة الكهربائية، ونظراً لأن موارد الطاقة الموزعة (DERs) موزعة عبر شبكة توزيع الطاقة (PDN)؛ فإنه يمكن لأنظمة (DER) المرتبطة بالشبكة أن تشكل شبكة صغيرة أثناء الأحداث المتطرفة وبالتالي تحسين مرونة (PDN).
فيما بعد تم إجراء العديد من الدراسات حول استخدام الشبكات الصغيرة لتعزيز المرونة في (PDN) تركز معظم هذه الدراسات على تطوير خوارزميات إعادة تشكيل النظام لتشكيل شبكات صغيرة أثناء حدث شديد، كما تمت مناقشة بعض هذه الدراسات، بحيث تعد استضافة (DER) والموقع الأمثل لتعزيز المرونة مجلاً مهماً للبحث ولكن القليل من هذا المفهوم تمت دراسته والإبلاغ عنه في الدراسات.
تأثير استخدام التقنيات الحديثة على الشبكة واستضافة (DER)
مع زيادة تغلغل [DER (PV)]؛ فإنه يمكن أن يوفر استخدام تقنية تشكيل الشبكة لـ (DER) المعتمد على العاكس طريقة فعالة لتحسين مرونة (PDN)، وعادةً ما يتم تقييد استضافة (تحجيم) (DER) الأمثل وموقع (DER) من خلال تدفق الطاقة في (PDN) وقياسات الجهد الكهربائي وطاقة الكابلات والحدود الحرارية وكذلك جودة الطاقة، ومع ذلك تذهب هذه الدراسة إلى أبعد من ذلك من خلال النظر في قياسات المرونة كجزء من صياغة التحسين.
كما تحدد هذه الدراسة عملية مرونة (PDN) من خلال إعطاء الأولوية (CI)، كما أنه من المهم منع فقدان الخدمات الحيوية مثل الخدمات الطبية والإنقاذ من الحرائق وما إلى ذلك، لذا من الأهمية بمكان إعطاء الأولوية لعقد (CI) هذه عند تعزيز مرونة (PDN)، بحيث تعطي الخوارزمية المقترحة في هذه الورقة الأولوية لعناصر (CI) في النظام عند استضافة (DERs)، بحيث يعتبر تحديد أولويات (CI) في الغالب قراراً معرفياً في الدراسات.
الأعمال ذات الصلة بمرونة الشبكة الكهربائية
اكتسبت الدراسات حول مرونة (PDN) الكثير من الاهتمام مؤخراً، كما ويرجع ذلك جزئياً إلى تكرار حدوث أحداث الطقس المتطرفة، ومع العدد المتزايد من (DERs) المتصلة بالشبكة على مغذيات التوزيع؛ فإن هناك دراسات تركز على الاستفادة من (DERs) لتعزيز مرونة الشبكة أثناء الطقس القاسي، كما أنه يمكن تقسيم طرق تعزيز المرونة هذه إلى قسمين، وذلك بناءً على وقت العمل.
كما إنها تصلب أو تستعد في الإجراءات التصحيحية قبل الحدث أو الاستعادة في الحدث، بحيث تركز الدراسات على تطوير خوارزميات الاستعادة وإعادة التكوين، كما يقترح الباحثون مخططاً للإصلاح الذاتي للنظام عن طريق تقسيم الشبكة الكهربائية إلى شبكات صغيرة ذاتية التزويد.
كذلك تم تطوير نموذج تقييم الأثر ونموذج الاستعادة الأمثل لـ (PDN) مع (DERs) باستخدام محاكاة مونت كارلو غير المتسلسلة لحدث احتمالي متطرف نموذجي، كما تم تقديم نموذج جدولة مثالي للشبكات الصغيرة لتعزيز المرونة أثناء الانقطاع، بحيث يتم تحليل انتشار الشبكات المصغرة المتصلة بالشبكة لتحقيق مستوى أعلى من المرونة على نطاق واسع.
التنسيب الأمثل لتقنية (DER) المرتبطة بتحسين مرونة الشبكة الكهربائية
يمكن اعتبار التنسيب المناسب لـ (DER) بمثابة تقنية تصلب الشبكة في مرحلة ما قبل الحدث، ولا يوجد سوى عدد قليل من الدراسات السابقة التي تم إجراؤها حول وضع (DER) الاستراتيجي والتحجيم لتعزيز المرونة، كما يتم تقديم مراجعة شاملة حول الأساليب المختلفة لتخزين الطاقة الأمثل وتخصيص الشبكات الصغيرة لمواجهة الظروف المناخية القاسية.
لذلك تتم مراجعة أحدث المعلومات في هذا الصدد ويتم جدولة ملخص في الجدول التالي، بحيث تتضمن حسابات استضافة (DER) العامة قيوداً مادية للنظام مثل حدود جهد تدفق الطاقة وحدود التوليد والحدود الحرارية لـ (PDN)، وهي واحدة من الأوراق الأولى التي تدمج قيود المرونة في خوارزميات استضافة (DER)، حيث تم استخدام البرمجة الخطية المختلطة ذات الأعداد الصحيحة للحصول على الحجم الأمثل وتحديد موقع الشبكات الصغيرة في خط نقل الطاقة لتعظيم مرونة النظام الكهربائي.
كما قدمت الأبحاث أيضاً إستراتيجية للتخصيص الأمثل للتوليد الموزع لتقليل التكلفة والانبعاثات وتحسين مرونة خط النقل، بحيث تم اقتراح مخطط الحجم الأمثل وتحديد المواقع لتخزين الطاقة والطاقة الكهروضوئية وزيادة قابلية الوصول وإمكانية الوصول إلى الطاقة في مواجهة الحدث المتطرف، وعلى غرار الدراسات السابقة؛ فإنه يشمل هدف التحسين عامل التكلفة الاقتصادية.
في النهاية لم تدمج أي دراسة حتى الان مشكلة قدرة الاستضافة الكهروضوئية كنهج شامل لتحسين مرونة مغذي التوزيع الكهربائي، كما تم اقتراح العديد من خوارزميات الاستضافة الكهروضوئية الفردية في الأبحاث لاحقاً، والتي لم تتم صياغتها لتحسين مرونة مغذي التوزيع، وعادةً ما تزيد خوارزميات الاستضافة الكهروضوئية بشكل تكراري أو متسلسل من أحجام (PV) على العقد حيث يتم توصيل (PVs)، لذا كان الاختلاف هنا بأنه تم تقديم نهجاً لحساسية الجهد لزيادة الكهروضوئية عبر العقد الكهروضوئية المثلى لأقصى سعة استضافة (PV).
