تحسين توزيع القدرة غير الفعالة الأمثل الاحتمالي مع موارد الطاقة المتجددة باستخدام خوارزمية هندباء معدلة

يُعد تحسين أداء أنظمة نقل القدرة الكهربائية مهمة جوهرية يمكن تعزيزها عبر التوزيع الأمثل للقدرة غير الفعالة، غير أن التغيرات المستمرة في طلب الحمل وفي القدرة المنتجة من موارد الطاقة المتجددة تزيد من تعقيد حل مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي للقدرة غير الفعالة، لأن الحل لم يعد يتعامل مع قيم ثابتة بل مع تقلبات عشوائية متزامنة في الطلب والإنتاج معًا

ولمعالجة هذا التعقيد قدمت الدراسة المستعرضة هنا خوارزمية هندباء معدلة لتحسين حل مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي مع مراعاة التقلبات الاحتمالية أو التغيرات العشوائية في طلب الحمل وفي القدرة المنتجة من موارد الطاقة المتجددة، بما يجعل الحلول المقترحة أكثر واقعية وقابلية للتطبيق في شبكات تعتمد بمتزايد على مصادر متجددة متقطعة

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

طورت الخوارزمية المعدلة قدرتي الاستكشاف والاستغلال في عملية البحث عن الحل الأمثل بدمج ثلاث منهجيات هي التعلم شبه القائم على المعارضة واستراتيجية حركة طيران وايبول وموازنة مسافة اللياقة، وحُلت مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي على نظام الحافلات الثلاثين لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بهدف خفض مجموع خسائر القدرة المتوقعة وتعزيز مجموع استقرار الجهد المتوقع، وذلك مع دمج موارد الطاقة المتجددة وبدون دمجها للمقارنة بين الحالتين

ومُثلت حالات عدم اليقين في طلب الحمل وفي القدرة المنتجة من الموارد المتجددة باستخدام محاكاة مونت كارلو ومنهج خفض السيناريوهات، إذ وُلد 15 سيناريو لنمذجة الطبيعة الاحتمالية لهذه المتغيرات، وقورن أداء الخوارزمية المقترحة بخوارزميات تحسين معروفة للتحقق من تفوقها في بيئة احتمالية واقعية

ثانيًا: أبرز النتائج

1. أظهرت نتائج المحاكاة أن تطبيق الخوارزمية المقترحة على مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي للقدرة غير الفعالة يمكن أن يخفض مجموع خسائر القدرة المتوقعة ويحسن مجموع استقرار الجهد المتوقع تحسنًا ملحوظًا، ولا سيما مع دمج موارد الطاقة المتجددة في النظام

2. وأسهم دمج المنهجيات الثلاث في الخوارزمية المعدلة في تطوير قدرتي الاستكشاف والاستغلال أثناء البحث، بما مكنها من التعامل بفاعلية مع التقلبات العشوائية المتزامنة في طلب الحمل وإنتاج الطاقة المتجددة عبر السيناريوهات المولدة

3. وبينت النتائج المقارنة أن خوارزمية الهندباء المعدلة كانت الأفضل في حل مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي مقارنة بخوارزميات سرب القطط الرملية وقطعان الغوريلا والبحث التوافقي وتحسين الحوت الأبيض

4. وأكدت المحاكاة على نظام الحافلات الثلاثين أن التحسين الاحتمالي يظل فعالًا في الحالتين مع دمج الموارد المتجددة وبدونه، مع بروز قيمته الأكبر عند دمجها لمواجهة عدم يقينية إنتاجها

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تقدم الدراسة أداة تحسين عملية لمهندسي أنظمة القدرة ومشغلي الشبكات تمكنهم من خفض خسائر القدرة وتعزيز استقرار الجهد في ظل عدم يقينية متزايدة مصدرها طلب الحمل وإنتاج الطاقة المتجددة، وتزداد أهمية هذه الأداة مع توسع الدول في مشروعات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وربطها بالشبكات الوطنية، إذ يصبح التحكم الأمثل في القدرة غير الفعالة شرطًا لاستيعاب هذه الموارد دون الإخلال بجودة الإمداد

وتفيد الدراسة الباحثين في هندسة القدرة الكهربائية وخوارزميات التحسين الذكية بنموذج لتعديل خوارزمية قائمة عبر دمج استراتيجيات بحث متكاملة وتقويمها على نظام قياسي معروف وبمنهجية احتمالية صريحة، بما يفتح الباب أمام تطبيق الخوارزمية المعدلة على شبكات أكبر وأكثر تعقيدًا وعلى مسائل تحسين أخرى في أنظمة الطاقة

وتتصل هذه المسألة باتجاه عالمي متسارع نحو شبكات كهربائية ذكية تعتمد على مصادر متجددة موزعة، إذ لم يعد التحكم في القدرة غير الفعالة والجهد مسألة تشغيلية داخلية فحسب بل شرطًا لاستقرار الشبكة وكفاءتها الاقتصادية وخفض انبعاثاتها، وتحتاج خوارزميات التحسين في هذا السياق إلى سرعة ودقة في التعامل مع سيناريوهات احتمالية متبدلة باستمرار، وهو ما يجعل تطوير خوارزميات أكثر قدرة على الموازنة بين استكشاف فضاء الحلول واستغلال أفضلها توجهًا بحثيًا واعدًا في هندسة القدرة

وخلاصة القول إن خوارزمية الهندباء المعدلة بمنهجياتها الثلاث المدمجة أثبتت تفوقها في حل مسألة التوزيع الأمثل الاحتمالي للقدرة غير الفعالة، مخفضة خسائر القدرة المتوقعة ومعززة استقرار الجهد المتوقع خاصة مع دمج موارد الطاقة المتجددة، بما يدعم تشغيلًا أكفأ وأكثر إحكامًا لشبكات النقل الحديثة