تنسيق أنظمة إدارة الطاقة الكهربائية المنزلية الذكية

أهمية تنسيق أنظمة إدارة الطاقة الكهربائية المنزلية الذكية

يؤدي الاختراق العالي لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية (HEMS) إلى تأثيرات ضارة مثل قمم الارتداد وعدم الاستقرار وحالات الطوارئ في مناطق مختلفة من شبكة التوزيع، ولتجنب هذه التأثيرات وتخفيف إجهاد شبكة الطاقة، تم اقتراح مفهوم تنسيق (HEMS على وجه الخصوص، بحيث يمكن استخدام هذا المفهوم لتحقيق أهداف الشبكة الكهربائية.

وفي المناطق المجاورة مثل تسطيح ملف الحمل المجمع وخفض فواتير الكهرباء وتسهيل تداول الطاقة وتقليل تدفق الطاقة العكسي وإدارة موارد الطاقة الموزعة وتعديل أنماط استهلاك أو توليد المستهلكين، تستعرض هذه الدراسة أحدث التحقيقات في (HEMSs) المنسقة، كما يتم استكشاف الخطوات المطلوبة لتنفيذ هذه الأنظمة والمحاسبة على طوبولوجيا وتقنيات التنسيق بدقة.

كما يتم الإبلاغ عن هذا الاستكشاف بشكل أساسي من خلال تصنيف مناهج التنسيق وفقاً لاستخدامها لخوارزميات التحلل، وعلاوة على ذلك يتم فحص الميزات والمزايا والعيوب الرئيسية للطرق، وعلى وجه التحديد؛ فإنه يتم تحليل خصائص عملية التنسيق والقضايا الرياضية والمتطلبات الأساسية وكذلك اهتمامات المساهمين.

وبعد ذلك، تتم مناقشة وتصنيف تطبيقات محددة لتصميمات التنسيق، ومن خلال تحقيق شامل يشرح هذا العمل ملاحظات مهمة حول الفجوات الحرجة في الدراسات الحالية نحو هيكل تنسيق مفيد للتطبيقات العملية لنظام (HEMS)، وعلى عكس المراجعات الأخرى يركز المسح الحالي على الأطر الفعالة لتحديد الفرص المستقبلية التي تجعل مفهوم (HEMS) المنسق ممكناً.

تنسيق وإدارة الطاقة الكهربائية المنزلية HEMS

تم استخدام طرق وطوبولوجيا مختلفة لتنفيذ التنسيق، حيث يمثل الشكل التالي (1) شبكة منطقة مجاورة ذات أنظمة (HEMS) منسقة، كما يمكن لكل (HEMS) التحكم في عناصر مختلفة مثل الأحمال السكنية والموارد المحلية و (ESSs)، كما يوفر كل مجمع عدة أحياء على المستوى الثانوي لمحول التوزيع، كما أن المُجمِّعون مسؤولون عن تبادل البيانات مع المرافق والأحياء.

ووفقاً لنوع طوبولوجيا التنسيق؛ فإنه يمكن ربط كل حي بمنسق ككيان مستقل، حيث أن المنسق هو المسؤول عن تنسيق (SH) من خلال تبادل بياناتهم مع المجمع، بحيث يتواصل مع (SHs) لقيادة أعمالهم وضمان أهداف الحي، وذلك اعتماداً على هيكل وآلية التنسيق، كما يمكن أن يكون صانع القرار إما (HEMS) أو المنسق أو المجمع أو الأداة المساعدة.

لذلك يتكون الحي من منازل بمستويات مختلفة من المرونة وتفضيلات مميزة وأنواع مختلفة من الأحمال و (DGs، ESSs)، حيث أن الفكرة الرئيسية هي معالجة تحديات الشبكة المحلية باستخدام التنسيق في الحي المستهدف، كما يجب أن تكون خوارزمية التنسيق قابلة للتطبيق ليس فقط على أنظمة التوزيع الحالية، ولكن أيضاً على المستهلكين الذين يرغبون في المشاركة دون صعوبة.

إلى جانب ذلك، يجب أن تكون استراتيجية التنسيق مناسبة لأصحاب المساكن العادية الذين يقررون ترقية منازلهم إلى منازل ذكية، كما يجب أن تتعاون (HEMS) مثل أعضاء الفريق لتحقيق الأهداف الفردية والجماعية، ولتوضيح فكرة (HEMS) المنسقة؛ فإنه يتم تقديم مثالين، كما تم تقديم عملية تنسيق يتلقى فيها نظام (HEMS) سعر الكهرباء من المجمع ويحسن جداول أصوله ويرسل النتائج إلى المجمع.

وبالتالي، يحسب المُجمِّع ملف تعريف الحمل المُجمَّع ويرسله مرة أخرى إلى المستهلكين بمعلومات أخرى مطلوبة، وبعد ذلك يقوم المستهلكون بتحسين ملفهم الشخصي مرة أخرى لتسوية الطلب الكلي للحمل وحفظ نتائج التكلفة السابقة، وفي هذا المثال لم يتم أخذ المنسق الخارجي في الاعتبار، وبالتالي المُجمِّع ينسق (SHs) مباشرة.

كما يختلف تنفيذ وتطبيقات آليات التنسيق (HEMS) بين البلدان بسبب لوائحها وسياسات التسعير والظروف الجوية وتوافر الطاقة المتجددة وأنماط الاستهلاك وهياكل أنظمة الطاقة، كذلك تطبيقات تنسيق (HEMS) متنوعة، بحيث يمكن أن يساعد مفهوم التنسيق في التخفيف من الآثار السلبية مثل فترات الارتداد وعدم الاستقرار وحالات الطوارئ دون استثمارات أو تطورات كبيرة.

كما يؤدي إلى تحقيق أهداف الحي وحل التحديات المحلية، كذلك يمكن استخدام مفهوم التنسيق لتسوية ملف الحمل المجمّع للجوار وخفض فواتير الكهرباء للمستهلكين وتسهيل تداول الطاقة بين (SHs) وتقليل تدفق الطاقة العكسي وإدارة موارد الطاقة الموزعة وتعديل أنماط استهلاك أو توليد المستهلكين، وفي الواقع كانت هذه الفوائد هي الهدف من العديد من الدراسات البحثية، والتي أجريت على أنظمة الإدارة البيئية المنسقة والأنانية في الشبكة الذكية.

كما يقدم الجدول التالي (1) لمحة عامة عن هذه الدراسات، بالإضافة إلى ذلك عكست العديد من الأعمال المتعلقة بنظام (HEMS) مسائل مهمة تتعلق بمصادر الطاقة المختلفة ومعايير عدم اليقين المتنوعة وطرق الجدولة المختلفة وراحة المستهلك ونماذج التحميل والموضوعية المتعددة. قدم الشكل التالي (3) نظرة عامة على نماذج (HEMS) الحالية من خلال تمثيلها وفقاً لست فئات رئيسية.

خطوات التنسيق (HEMS)

يلخص الشكل التالي (4) الخطوات المطلوبة للتنسيق بين (SHs)، كما تحدد طوبولوجيا التنسيق كيفية تواصل الوكلاء مع بعضهم البعض وكيف يشاركون البيانات في المجتمع، ومن هو المسؤول عن اتخاذ القرارات، كما يشرح أسلوب التنسيق كيفية تنسيق الوكلاء وتحقيق أهداف الفريق والأهداف الفردية في نفس الوقت.

كما تبحث مرحلة التحسين عن الطريقة المثلى لتنسيق (SHs)، بحيث يستهدف (DSM) تقنيات تحسين كفاءة الطاقة في (SHS)، كما يهدف (DR) إلى تغيير ملف تعريف الحمل من وجهة نظر المجمع من أجل تحقيق التوازن بين العرض والطلب.

طوبولوجيا التنسيق لـ (HEMS)

لتنسيق (SHs)؛ فإن الخطوة الأساسية هي اختيار طوبولوجيا التنسيق، كما توضح طوبولوجيا التنسيق الاتصال بين اللاعبين (HEMS، المنسق، المجمع ، والمرافق) في منطقة الحي، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يحدد نظام تحكم مركزي أو لامركزي من حيث صانع القرار، كما يجب أن تكون طوبولوجيا التنسيق متوافقة مع لوائح المرافق وبنية الأحياء، بحيث يمكن تصنيف طوبولوجيا التنسيق إلى سبع فئات، وذلك مع مراعاة:

• النطاق المركزي.

• موزعة أو (Star-Connection) (مع منسق).

• لامركزية أو موزعة بالكامل (بدون منسق).

• موزعة جزئياً (مع منسق).

• حلقة الاتصال.

• اتصال عشوائي.

• الاتصال المطلوب.

كما يوضح الشكل التالي (5) بنية هذه الطوبولوجيا وعلاقاتها وصانعي القرار، كما وتجدر الإشارة إلى أن اختيار الهيكل يمكن أن يؤثر على تقنية التنسيق المستخدمة، على سبيل المثال معدل التقارب، وبشكل عام تنقسم الطوبولوجيا إلى مركزية ولا مركزية، بحيث يوضح الشكل التالي (6) طوبولوجيا التنسيق المشتركة المفصلة فيما يلي.

وأخيراً يؤدي الوجود المتزايد لنظم (HEMS) الأنانية في المناطق المجاورة إلى تأثيرات غير مرغوب فيها مثل ارتداد الذروة وعدم الاستقرار والحالات الطارئة، كما يوصى بمفهوم أنظمة (HEMS) المنسقة لتجنب هذه التأثيرات وتحقيق الأهداف المحلية مثل تسطيح ملفات تعريف الأحمال المجمعة المجاورة وتقليل فواتير الكهرباء للمستهلكين، كذلك التطبيقات الأخرى لتنسيق (HEMS) تسهل تداول الطاقة وتقليل تدفق الطاقة العكسي وإدارة موارد الطاقة الموزعة وتعديل أنماط استهلاك أو توليد المستهلكين.