طاقة متجددة تقارير الطاقة المتجددة تقارير الكهرباء كهرباء

التحكم في جهد الشبكات الذكية لتحقيق أمن الكهرباء.. دراسة مصرية جديدة

داليا الهمشري

2024-01-10

0 854

المحاضر ببرامج الطاقة المستدامة بجامعة هليوبوليس الدكتور هادي حبيب

تُعَد تقنيات الشبكات الذكية أهم الحلول التي طُرحت -مؤخرًا- لتحسين كفاءة الطاقة وتعزيز أمن شبكات الكهرباء وتحقيق الاستغلال الأمثل لمصادر الطاقة المتجددة.

وتوصّلت دراسة مصرية جديدة -اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة- إلى تقنية للتحكم بجهد هذه الشبكات في ظروف مختلفة من خلال تطبيق مستويات التحكم الثانوية والثلاثية في الجهد.

وتعتمد فكرة الشبكات الذكية على ضمان استمرار توليد الكهرباء ونقلها، وتحسين كفاءتها من خلال استخدام عدد من تقنيات الاتصال الحديثة مثل العدادات الذكية وأنظمة المراقبة سكادا وغيرهما.

وتعمل على جمع معلومات هائلة عن أنماط التوليد في محطات الكهرباء، ولا سيما المُنتجة من مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح؛ نظرًا إلى عدم موثوقيتها التي قد تتسبب في تذبذب معدلات التوليد.

كما تعمل الشبكات الذكية على جمع معلومات حول أنماط الاستهلاك لدى الأفراد والمؤسسات، وتعديل أداء شبكة الكهرباء بما يتناسب مع راحة العملاء.

تعزيز كفاءة الشبكة

أوضح المحاضر ببرامج الطاقة المستدامة بجامعة هليوبوليس ورئيس الفرع المصري للإلكترونيات الصناعية التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدكتور هادي حبيب فايق، أن الشبكات الذكية تهدف إلى تحديث نظام نقل الطاقة الكهربائية.

وأضاف حبيب -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة- أن الشبكة الذكية تجعل بإمكان النظام مراقبة وحماية عناصره المترابطة بشكل فعال وتحسين أداء الشبكة بشكل تلقائي.

كما توفر الشبكة الذكية مصدرًا للطاقة بأعلى جودة من حيث الجهد والتردد في ظروف التشغيل المختلفة؛ إذ ترتبط قوة التغير في الجهد بالتغير في القدرة المفاعلة (القوة المسؤولة عن توليد الطاقة وسريانها).

رسم توضيحي لآلية عملية الشبكات الذكية - الصورة من موقع باورتكنولوجي

ضمان أمن الكهرباء

قال الدكتور هادي حبيب إن الدراسات قد أثبتت أن العديد من حالات انقطاع التيار الكهربائي بجميع أنحاء العالم (في فرنسا، وإيطاليا، واليابان، وبريطانيا العظمى، والولايات المتحدة الأميركية وغيرها) قد ارتبطت بشكل مباشر بظواهر عدم استقرار الجهد.

كما كشفت الدراسات -التي أُجريت حول هذه المشكلة- عن أن السبب الرئيس في انقطاع الكهرباء يتمثل بعدم قدرة الشبكة على سحب القدرة المفاعلة الكافية لتلبية المتطلبات في ظروف التشغيل المختلفة.

وأضاف حبيب أن التحكم في الجهد يتكون من 3 مستويات: التحكم الأساسي في الجهد، والتحكم الثانوي في الجهد، والتحكم الثلاثي في الجهد.

وتابع أن الهدف الرئيس من الدراسة التي أجراها هو ضمان الأمن والتشغيل الأمثل للنظام من حيث التحكم في الجهد في ظروف مختلفة من خلال تطبيق مستويات التحكم الثانوية والثلاثية في الجهد.

تقنيات التحكم في الشبكة

كشف المحاضر ببرامج الطاقة المستدامة بجامعة هليوبوليس عن أنه تحكم في الجهد الثانوي من خلال موضع التحكم في كل منطقة (pilot bus)، وهو المكان ذو الحساسية الأعلى لتغيرات القدرة المفاعلة في المنطقة.

وأوضح -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن تنفيذ تنظيم الجهد التلقائي الهرمي في العديد من أنظمة نقل القدرة يتم باستعمال القدرة المفاعلة للمولدات التي يتم التحكم فيها بشبكات النقل.

ومع إدخال محطات توليد الطاقة المعتمدة على مصادر الطاقة المتجددة، أصبح في شبكة النقل مشاركون محتملون جدد في تنظيم الجهد يحلون جزئيًا محل مولدات الكهرباء التقليدية الكبيرة.

وأشار حبيب إلى أن هذه الدراسة تقترح تقنيات التحكم المعتمدة علي سمات الشبكات الذكية للتحكم الأمثل في الجهد تحت العديد من الظروف في الشبكات المختلفة.

وطُبقت التقنيات المقترحة للتحكم في الجهد والقوة المفاعلة على شبكات نظام نقل القدرة ذات المنطقة الواحدة (bus system IEEE 14)، وشبكة كهرباء تتكون 100% من مصادر الطاقة المتجددة، وشبكة متعددة المناطق (bus system IEEE 39)، وشبكة نقل الكهرباء المصرية على مستويات الجهد العالي 500/220 كيلو فولت.

دمج مصادر الطاقة المتجددة

يقول الدكتور هادي حبيب إن في نظام نقل القدرة ذات المنطقة الواحدة (bus system IEEE 14) يُطبق التحكم الثانوي للجهد باستخدام المتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID)، الذي يُضبط باستعمال الخوارزميات الجينية، والشبكة العصبية، ووحدات قياس Phasor.

وأضاف أنه أنشأ -كذلك- نموذج شبكة تعتمد على مصادر الطاقة المتجددة بنسبة 100% لتطبيق التحكم في الجهد الكهربي والقدرة المفاعلة عليها مع مراعاة كود ربط مصادر الطاقة المتجددة بالشبكة الخاص بالبلدان التي تعتمد على نسبة عالية من مصادر الطاقة المتجددة.

وفي نظام نقل القدرة متعدد المناطق (system bus IEEE 39) قسّم حبيب الشبكة إلى مناطق عن طريقة نظرية الرسم البياني للتقسيم لتطبيق التحكم الثانوي للجهد باستعمال المتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) الذي ضُبط باستعمال الخوارزميات الجينية، الشبكة العصبية ووحدات قياس Phasor.

وتابع حبيب أنه مثل الشبكة المصرية على أساس البيانات الفعلية المتوافرة لمحطات توليد الطاقة وخطوط النقل والمحولات والمفاعلات والمكثفات والأحمال.

ويوضح التصميم التالي، من إعداد منصة الطاقة المتخصصة، آلية عمل الشبكات الذكية:

صورة توضيحية لآلية عمل الشبكات الذكية

تدفق الكهرباء الأمثل

أوضح الباحث المصري أنه دمج -في دراسته- محطات الطاقة المتجددة في شبكة الكهرباء المصرية مع الاستعانة بالأكواد المصرية لربط الأنواع المختلفة من مصادر الطاقة المتجددة بالشبكة.

وأشار إلى أنه من أجل تنفيذ نظام التحكم الثانوي في الجهد على الشبكة المصرية؛ فإنه طبّق نظام القياس الواسع بأقل سعر.

كما قدّم تقنية جديدة لتحديد أنسب موضع تحكم في كل منطقة pilot buses، وطبق تدفق الطاقة الأمثل لتحقيق الحد الأقصى من احتياطي القدرة المفاعلة بناءً على ظروف التشغيل المختلفة.

بالإضافة إلى حساب معاملات المتحكمات PIDs في التحكم الثانوي للجهد لتقليل الخطأ بين قيم الجهد المثلى الناتجة عن تدفق الطاقة الأمثل وقيم الجهد المقاسة.

وقد أظهرت النتائج أن الذكاء الاصطناعي المُتمثل في الخوارزمية الجينية المستندة إلى الشبكة العصبية والمنطق الضبابي (Fuzzy Logic) يمكن أن يُستعمل لتحقيق التحكم الأمثل في الجهد الثانوي على أساس تحسين نظام نقل الطاقة في ظروف التشغيل المختلفة.

كما أثبتت النتائج أن مزارع الرياح ومحطات الطاقة الكهروضوئية يمكن أن تدعم السيطرة على الجهد عن طريق التحكم في القدرة المفاعلة.

وتحققت النتائج من تطبيق التحكم الثانوي في الجهد على الشبكة المصرية بهدف زيادة احتياطي القدرة المفاعلة.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..