الحد من انقطاعات الطاقة في الشبكات المصغرة المتجددة غير المرتبطة بالشبكة باستخدام إدارة الطاقة القائمة على مراعاة المخاطر

الملخص

يمكن أن تتعرض الشبكات المصغرة للطاقة المتجددة غير المرتبطة بالشبكة لانقطاع الطاقة عندما يتجاوز الطلب التوليد المتأثر بالظروف الجوية والطاقة المخزنة. وغالبًا ما تقوم أنظمة إدارة الطاقة البسيطة بخدمة الأحمال القابلة للتنظيم في وقت مبكر جدًا، مما يؤدي إلى ترك احتياطي محدود لتلبية الطلبات الحرجة لاحقًا. تقدم هذه الورقة نظامًا لإدارة الطاقة قائمًا على مراعاة المخاطر، يهدف إلى حماية الأحمال الأساسية من حالات عدم اليقين في صافي الطلب على مدى 24 ساعة.
تستخدم المنهجية التعزيز التدريجي الكمي (Quantile Gradient Boosting)، ومعايرة الفواصل التنبؤية باستخدام المعايرة المطابقة (Conformal Calibration)، وتصحيح الانحياز بطريقة Prequential. وتحول مسارات محاكاة مونت كارلو عدم اليقين في التنبؤ إلى احتياطي تخزين مشروط وفق القيمة المعرضة للخطر (CVaR). كما تُقسّم الأحمال إلى ثلاث فئات: حرجة، ومرنة، وغير حرجة، مع إمكانية إزاحة الطلب المرن لمدة تصل إلى ست ساعات.
تستخدم التجربة 10,356 سجلًا عامًا بالساعة من الشبكة المصغرة Rye في النرويج؛ حيث تتضمن بيانات التدريب 9,515 ساعة، بينما تغطي بيانات الاختبار 841 ساعة غير مشاهدة سابقًا. ويشمل النظام المدروس معدات الطاقة الكهروضوئية، وطاقة الرياح، والبطاريات، والهيدروجين. وتمت مقارنة التحكم القائم على مراعاة المخاطر مع متحكمات الجشع، والاحتياطي الثابت، والحتمية، والتنبؤ المثالي.
حقق التنبؤ الاحتمالي متوسط خطأ مطلق (MAE) قدره 22.18 كيلوواط وتغطية للفاصل التنبؤي بلغت 80.02%. كما خفّض التحكم القائم على مراعاة المخاطر ساعات انقطاع الأحمال الحرجة من 422 إلى 346 ساعة مقارنة بالتحكم الجشع، أي بنسبة تحسن بلغت 18.01%. وانخفضت الطاقة الحرجة غير المخدّمة بنسبة 16.16%. كما أنهى الأسلوب التجربة بفارق ساعتين فقط من ساعات الانقطاع مقارنة بالمتحكم المثالي (Oracle Controller).
وبقيت نسبة خدمة إجمالي الأحمال عند 58.70% بسبب عدم كفاية موارد الطاقة خلال فصل الشتاء. وأظهرت اختبارات الإجهاد تحقيق مكاسب مماثلة عند خفض كفاءة البطارية. وتوضح النتائج أن جدولة الطاقة القائمة على مراعاة المخاطر تساعد على حماية الطلبات الحرجة أثناء فترات ندرة الطاقة، إلا أن إدارة الطاقة لا يمكن أن تكون بديلًا عن توفير قدرة توليد وتخزين كافية.