تطوير نظم التحكم الآلي في الطاقة الكهربائية في مجاريغريدز

الدور الحاسم للتحكم في الغوريزم في تحقيق الاستقرار في ميكروغريد

وتمثل المحاجرات الصغيرة تحولاً في النموذج في كيفية توليد الطاقة وتوزيعها واستهلاكها، إذ إن المايكريد هو مجموعة محلية من مصادر الكهرباء والشحنات التي تعمل عادة على ربط الشبكة المركزية التقليدية ومتزامنة معها، ولكن يمكن أن تفصل وتشغل بشكل مستقل كما تقتضيه الظروف المادية أو الاقتصادية، ولا يفي استقرار هذه النظم بل هو مجرد ورود تقنية، بل هو الأساس الذي يرتكز عليه توفير موثوقية الطاقة الحديثة.

إن استقرار الطاقة الجزئية يشير في جوهره إلى قدرة النظام على العودة إلى حالة التشغيل العادية بعد أن يتعرض لاضطرابات جسدية، وهذا ينطوي على الاحتفاظ بثلاثة بارامترات حرجة في حدود مقبولة: التهاب وتواتر وتدفق الطاقة .

وفيما عدا الفيزياء، فإن الآثار الاقتصادية لعدم الاستقرار هائلة، ففيما يتعلق بالمرافق التجارية والصناعية التي تعمل بالزجاجات الصغرى، يمكن أن يعني حدث استقرار واحد انخفاض الإنتاج، أو مخزون مفسد في التخزين البارد، أو فساد البيانات في غرف الخواديم، وكثيرا ما تكون تكلفة عدم الاستقرار مخبأة في أقساط التأمين وفواتير وقود المولدات الاحتياطية، ولكنها تؤدي مباشرة إلى تآكل عائد الاستثمار في منشآت خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الأحجار، وبالتالي فإن عوامل السائل السائل الميكانيكية هي أهم عوامل السائل.

لماذا التحكم المتقدم ليس خياراً طويلاً

فالتحول من مستهلكي الكهرباء السلبيين إلى كيانات مستهلكة تنتج وتستهلك الطاقة - يجعل منهجيات الرقابة التقليدية عتيقة، فالنظم الكهربائية ذات الطابع النسبي المتكامل ذات القدرة العالية على التحكم، مع وجود فعالية في النظم المتتالية والمتغيرة زمنيا، لا يمكن أن تخفى عندما تواجه عدم استقرار غير خطي وشديد في التواتر، كما أن الفيزياء التي تحكم وجود مولد متزامن للكهرباء هي نسبة مئوية من

ولا بد من الحفاظ على استقرار خط الأساس فحسب، بل من أجل تحقيق أقصى قدر من الأداء في الوقت الحقيقي، إذ يجب أن يُدار خوارزمية قوية للتحكم في الوقت نفسه التواتر والفولط، وأن يكفل الانتقال السلس بين الوسائط المترابطة بالشبكات والجزرية، وأن يتيح القدرة على استخدام النظام السود بعد انهيار النظام الكلي، وأن يُفضي إلى الإرسال الاقتصادي لمصادر جيلية مختلفة، وأن يُنتج عن ذلك أن تكون تكاليف تركيبة الطاقة الكهربائية ذاتية.

إن اعتماد رقابة متقدمة لم يعد اختيارياً، بل هو ضرورة تنافسية، إذ أن منتجي الطاقة المستقلين والمشغلين التجاريين الكبار الذين يستثمرون في أحدث أجهزة التحكم بالشبكات الصغرى يشهدون ارتفاعاً كبيراً في الوقت الذي يرتفع فيه استخدام الأصول المتجددة، ويتسع بسرعة الفجوة التكنولوجية بين التشغيل الآلي للتوزيع التقليدي والتحكم الحديث في الأحجار الصغرى، والذين يتخلفون عن ذلك، سيجدون أنفسهم غير قادرين على دمج الحصة المتزايدة من الموارد التي تستخدم في اللاف دون مخاطرة.

التحديات الرئيسية في تصميم نظم مكافحة الروبوت

إن وضع الخوارزميات التي يمكن الوثوق بها في السلامة التشغيلية لحافظة متعددة ملايين الدولارات من أصول الطاقة هو أمر محفوف بالتحديات، وهذه ليست مجرد قيود رياضية نظرية بل هي عقبات هندسية عملية تظهر في العمليات الجارية.

ديناميات النظام غير الخطي والتعقيد النموذجي

فالنظام غير الخطي في جوهره، إذ أن التشبع بالطرقات، والتبديل بالطرق المميتة، والكيمياء المادية لتخزين البطاريات، تستحدث ديناميات لا يمكن استخلاصها بدقة من النماذج المتوازية، ومن المرجح أن يفشل جهاز التحكم الذي يصمم على نموذج مبسط لأماكن الدولة عندما يصل إلى نقطة تشغيل بعيدة عن التوازن الاسمي.

عدم اليقين المتكافئ والتجديد

(أ) أن سلوك وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة هو أمر بالغ الأهمية، إذ أن التسبب في حدوث تغيرات حادة غير مباشرة مع الأشعة ودرجة الحرارة، وأن قدرة البطاريات تتدهور بمرور الوقت، وتغير ديناميات الشحن/الشحن، وأن الجيل المفاجئ يُعدّل بشكل أساسي، ولا يمكن أن يُفترض أن يكون لنموذج التحكم القوي في النباتات الثابتة؛ بل يجب أن يضمن الاستقرار عبر نطاق محدد من نماذج التباينات المميزة.

القيود على الاتصالات والأمن السيبر - الفيزياء

(ب) أن مخططات الرقابة التي توزع على شبكة اتصالات تتقاسم بيانات الاستشعار والقيادات المولدة للمولدات الموزعة، مما يُحدث أوجه ضعف، ويمكن أن تؤدي الاختلالات، والخسائر في وسائل الحاسوب، وحتى النماذج الإلكترونية المنسَّقة، إلى إفساد إشارة المراقبة ويؤدي إلى حدوث ضرر مادي كارث، وقد أظهرت دودة ستوكسينات السمية السمية السمية كيف يمكن أن يُدمِّرُ الاضطرابات المادية.

Constraints Computational on Embedded hardware

وكثيرا ما تتطلب الخوارزميات المتقدمة حل مشاكل كبيرة في مجال الترميز على فترات دون ثانية، حيث أن أجهزة التحكم المدمجة التي تستخدم عادة في أجهزة تجهيز الإشارات الرقمية الصغرى أو أجهزة تجهيز الصور المجهزة بمقياس للدقائق - قد تكون لديها قدرة محدودة على التزود بالذاكرة، مما يدفع مهندسي عمليات حفظ النظام إلى تحقيق التعقيدات من حيث التكلفة.

A taxonomy of Control Strategies for Microgrids

ولمواجهة هذه التحديات، وضع الباحثون والمهندسون هيكلاً هرمياً من هياكل الرقابة المتطورة، ولا يوجد نهج وحيد هو حلاً للحلول، وكثيراً ما يُعد إطار هجين يجمع بين مواطن قوة الاستراتيجيات المتعددة يحقق أفضل النتائج الميدانية، ويستكشف ما يلي أكثر النماذج تأثيراً التي تشكل حالياً الصناعة.

مفاعلات مكافحة المخدرات والمولدات الافتراضية

The most widely deployed decentralized control method in microgrids is droop control, which mimics the self-regulating behavior of coincidehronous machines. Inverters adjust their frequency and voltage reference setpoints inversely proportional to active and reactive power output, respectively. This allows multiple inverters to share loads without requiring inter-unit communication. However, traditional droopoff control suffer from poor transient response

نموذج المراقبة الافتراضية

وقد أصبحت المراقبة الافتراضية النموذجية حجر الزاوية في إدارة الطاقة الحديثة ذات النطاقات الدقيقة، فخلافاً للتحكم في الأخطاء التي تصحح بعد حدوثها، فإن الفيلق يستخدم نموذجاً دينامياً داخلياً للنظام للتنبؤ بتطوره في المستقبل على أفق مصغر، حيث أن مشكلة التحلل التدريجي المعروفة هي مشكلة تُحل على شبكة الإنترنت لإيجاد تسلسل تحكمي يقلل من الخطأ الافتراضي في التكاليف.

هيكل الرقابة التكيفية

وعندما تنجرف بارامترات النظام بمرور الوقت بسبب المعدات القديمة أو الظروف البيئية المتغيرة، يمكن لجهاز التحكم في الغازات الثابتة أن يفقد الأداء، وتُحدِّد الضوابط الرقابية الافتراضية خصائصه في الوقت الحقيقي للحفاظ على استجابة مُغلقة مُرادة، ويُعد التنفيذ المشترك معيارا نموذجيا لمراقبة الرؤوس المُراجعة، حيث يُجبر النظام الفعلي على تتبع ناتج نموذج مرجعي مختار.

H-Infinity and mi-Synthesis: Guaranteed Robustness

فعندما يحافظ النظام على الاستقرار في ظل أسوأ مزيج من عدم اليقين، فإن نظرية التحكم القوي في خط الطول توفر ضمانات رياضية، حيث أن وضع نظام التحكم في الميكروبات غير معروف في إطار نظام التقلبات البحرية، هو وضع نموذج مصمم على أساس التقلبات الدقيقة، وهو نظام غير معروف، ويستهدف تقليل الزيادة القصوى في حجم المسافات من الاضطرابات إلى النواتج الخاضعة للتنظيم، ويحد من حساسية النظام إلى الاضطرابات الخارجية.

مكافحة النظام اللامركزي والمتعدد الأطراف

ويخلق المتحكمون المركزيون نقطة فشل واحدة، إذ أن البنايات اللامركزية تُسند إلى كل وحدة من وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة، وهي التي لا تتخذ القرارات المحلية إلا على قياسات الجيران، وتُستخدم فيها هذه النظم المتعددة الأطقم كعامل تقاربي معتمد بصورة متزايدة، وذلك للوصول إلى اتفاق عالمي بشأن الإرسال الاقتصادي أو إعادة التواتر دون أن يكون لها متحكم رئيسي، وعلى سبيل المثال، للحفاظ على تردد النظام عند 60 هرتز،

إدماج التعلم في مجال الآلات في قوانين الرقابة المادية

إن توزيع الحدود بين نظرية التحكم وعلم البيانات غير واضح، مما يؤدي إلى ظهور شبكات عصبية مستمدة من معلومات الفيزياء، وإلى وجود نظم للتحكم في عمليات إعادة التدعيم العميقة، حيث يمكن لأجهزة التحكم في الشبكة الجديدة " المجمع الأسود " أن تتعلم سياسة مثلى لإدارة نظام تخزين البطاريات عن طريق اللعب بملايين ألعاب تجارة الطاقة المحاكاة ضد نموذج سوقي، غير أنه بدون قيود مادية تجسد في عملية الاكتشاف غير مأمون.

ويستلزم النشر العملي للأجهزة الرقابية القائمة على التعلم الآلي إيلاء اهتمام دقيق لنوعية البيانات وتعميم النماذج، وقد يكون عامل البحث والتطوير والتدريب على البيانات الصيفية تصرفاً خاطئاً خلال عاصفة الشتاء إذا لم تكن أنماط الطقس ممثلة تمثيلاً جيداً، كما أن التعلم في مجال النقل ورسم النطاقات يبرزان تقنيات سد هذه الفجوة، ولكنهما يضيفان تعقيداً إلى عملية التثبت، وبالنسبة للعديد من الممارسين يفضلون وضع خطة هجينية تُعالج فيها المباني.

النشر العملي والتحديات المتعلقة بالتوحيد القياسي

(أ) ترجمة خوارزميات متقدمة من محاكاة للشبكة MATLAB إلى جهاز مراقبة مدمج مبسط في إطار نظام فرعي هو نظام غير ضار للشبكة، ويجب أن تكون أجهزة التحكم في البرمجيات ذات الصبغة الدقيقة مجهزة آلياً وتجميعها لنظم تشغيلية ذاتية الزمن تضمن فترات التنفيذ المحددة، أما بالنسبة لمشغلي الأسطول، فإن القدرة على التشغيل المتبادل بين البائعين من مختلف البائعين(47).

كما أن الامتثال لمدونات الشبكة المحلية شرط قانوني يحدد تصميم الرقابة، وفي الولايات المتحدة، فإن معايير موثوقية NERC ] (مثلاً، التركيز المتوقع على التركيز المتوقع على التركيز المتوقع في مشروع الحد من الفقر - 04) تفرض ردوداً محددة على الوقت يجب على المتحكم أن يفي بها، وكثيراً ما توجد معايير مماثلة في أوروبا (الشبكة الأوروبية لمشغلين في مجال تحديد فترات الامتثال القصوى للبرمجيات، إضافة أسواق آسيا)

الاتجاهات المستقبلية: من الميسر إلى الميكروجين المستقلين

إن الأفق الذي تتحكم فيه الضواحي الدقيقة يتجه نحو الاستقلال الذاتي الكامل، وتخلق التكنولوجيا المزدوجة الرقمية نسخة افتراضية عالية الجودة من الحاجات الدقيقة المادية التي يجري تحديثها باستمرار مع بيانات الاستشعار، ويمكن لهذا التوأم أن يدير آلاف سيناريوهات " ما إذا كان " بالتوازي، ويحد من قضايا الاستقرار المحتملة - مثل الارتداد الضار - قبل أن تظهر في الواقع.

وثمة اتجاه مثير آخر هو تطبيق الصيانة التنبؤية القائمة على البيانات ] المتكاملة مع السيطرة، ومن خلال تحليل التدفقات الدقيقة في ناتج المحارم، يمكن للمراقب أن يكشف عن علامات مبكرة على الشيخوخة أو تدهور الـ IGBT، واستبدال العناصر الاستباقية، مما يحول دون حدوث إخفاقات غير متوقعة يمكن أن تؤدي إلى زعزعة استقرار المركب المجهري.

ومع استمرار خليط الطاقة العالمي تحوله غير القابل للاختراق نحو مصادر الطاقة المتجددة، سيكون هيكل الرقابة هو السمة الحاسمة التي تحدد ما إذا كان المايكريد يشكل إضافة هشة أو نظاما قويا ومستقلا للطاقة قادر على تجاوز الشبكة القديمة، أما بالنسبة للصناعات التي تهيمن على الأصول، فإن الرسالة واضحة: فقيمة مورد الطاقة الموزعة ليست في قدرتها على الاستثمار، بل في نوعية التحكم في الألغوريوم.