جهاز إلكتروني لتسريع التنبّؤ باستقرار الطاقة الكهربائية بالذكاء الاصطناعي

• 200 جزء من الثانية للمحاكاة في الأعطال مقارنة بـ 35 سابقاً

أبوظبي: عبد الرحمن سعيد

طور فريق بحثي من «جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا» في أبوظبي جهازاً إلكترونياً متكاملاً، من حيث التصميم والبناء، يعمل على تسريع عملية التنبّؤ باستقرار نظام الطاقة الكهربائية وزيادة دقتها، عبر بناء نموذج موحد للتنبّؤ، باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي، لضمان دقة التنبّؤ باستقرار شبكة العبور وسرعته، عند حدوث أي تعطل في نظام الطاقة، بعمليات محاكاة قصيرة، تصل إلى 200 جزء من الثانية، مقارنة بـ 30 إلى 35 ثانية، سجّلت سابقاً، ما سيسمح بأداء مهام مختلفة، كالمراقبة السريعة للطوارئ، والتعامل مع المولدات وخطوط النقل وتوقعات أعطال المحولات بكفاءة.

وتعاون الفريق البحثي، تحت إشراف الدكتور محمد المرسي​​، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر، مع شركة أبوظبي للنقل والتوزيع «ترانسكو»، والشركة الكندية «مانيتوبا هيدرو إنترناشونال»، وضم الفريق شفيق قمر الزمان، مهندس باحث، والدكتور يونس اصبيح، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه، والدكتور خالد البسيوني، أستاذ علوم الكمبيوتر.

وأوضح الفريق أن عملية نقل الكهرباء من محطات توليد الطاقة إلى منازلنا أو شركاتنا، ليست دائماً سلسة، حيث يواجه مشغّلو الشبكة مهمة معقدة، تتمثل في موازنة كميات الكهرباء التي تغذّى في الشبكة، مقابل كميات الكهرباء المستهلكة، حفاظاً على استقرار منظومة توزيع الطاقة. وأصبح هذا التوازن أكثر صعوبة في ظل دخول المزيد من مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى شبكات التغذية.

وبيّن الفريق أن الحفاظ على التوازن بين عمليتي توليد الطاقة واستهلاكها، أمر معقد للغاية، لا سيما لدى تركيب مصادر جديدة متقطعة للطاقة، كالطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح. ويمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة في شبكات الطاقة الناتجة عن تقلّبات الأحمال أو التقطع في موارد الطاقة المتجددة، إلى الإخلال بالتشغيل الآمن لنظام الطاقة، وكذلك تتعرض الشبكات بشكل متكرر لأعطال وفشل في المعدات، سواء مؤقتاً أو دوئماً، ما قد يؤدي إلى زيادة عدم استقرار النظام، إذا لم تتخذ إجراءات المراقبة والتحكم في الوقت المناسب، ما يجعل تزويد مشغّلي الشبكة بالأدوات اللازمة، أمراً ضرورياً للحفاظ على تشغيلها المستقر، وضمان قدرتها على مواجهة الأعطال والمشاكل المختلفة.

وقال الدكتور محمد المرسي «تخضع استجابة نظام الطاقة لمجموعة من المعادلات التفاضلية والجبرية غير الخطية، التي تصف سلوك المولّدات وأنظمة التحكم والأحمال المرتبطة بها، فضلاً عن توصيف مولّدات الطاقة المتجددة، وأجهزة نقل التيار المتردد وتتباطأ المولّدات في المحطة بما في ذلك المولّدات الدوّارة عند زيادة الحمل الإجمالي لنظام الطاقة بصورة مفاجأة، ما يستدعي حل المعادلات الرياضية التفاضلية والجبرية، لتحديد مقدار القوة المطلوبة لإعادة مولد الطاقة بالمحطة إلى حالة مستقرة».

وأضاف: حين يمر نظام الطاقة بتغيرات صغيرة، يمكن للنموذج الرياضي تحديدها خطياً حول نقطة التوازن من أجل دراسة استقرار النظام، إلا أن حدوث أي اضطراب شديد في هذه العملية، قد يؤدي إلى تغيير في مولّدات الطاقة، بما يتجاوز قدرة النموذج الخطي على وصف الديناميكيات غير الخطية، ومن ثمّ حل النموذج عددياً عبر المحاكاة.

وتُستخدم محاكاة المجال الزمني، للمساعدة على حل هذه التحديات الأكثر تعقيداً، كما أنها تصف بدقة سلوك شبكة عبور الطاقة، فضلاً عن تحملها لأعباء حسابية كبيرة عند تطبيقها على أنظمة حقيقية، تتطلب أطر عمل مناسبة، لتقييم الأمان الديناميكي والتحكم فيه بشكل آني.

وطور الفريق شبكة عصبية، بالاستناد إلى مجموعة من استجابات شبكة العبور التي شوهدت عبر كامل نظام الطاقة، وبناء على مجموعة واسعة من بيانات أوضاع التشغيل، ويوفر هذا النموذج تنبّؤاً سريعاً ودقيقاً بحال استقرار شبكة العبور عند تعطل نظام الطاقة، وفي حال عدم استقرار النظام، يحدّث نموذج التنبّؤ مشغل نظام الطاقة بإجراء عمليات التحكم اللازمة.

وقال الدكتور سرور العريفي، مهندس تخطيط أول بشركة "ترانسكو" وعضو في فريق المشروع: إن نجاح الفريق في تصميم الجهاز، إنجاز نوعي، وبفضل هذا الجهاز يمكننا الآن تقييم استقرار أنظمتنا للطاقة، بما يشمل جميع الشبكات الداخلية، عبر عمليات محاكاة قصيرة. ونأمل أن يصبح هذا الجهاز وسيلة مركزية لمشغلي الأنظمة لدينا.