مدخل:
هذا المقال يوضح أنواع الأخطاء أو الأحداث أو الهجمات التي يمكن أن يتعرض لها النظام الكهربائي، ثم يذكر باختصار الموثوقية لكي يتم إبراز الفرق بينها وبين مصطلح المرونة الذي ظهر مؤخراً في الأبحاث الهندسية، ثم يتناول المقال الخطوات الهندسية لتطبيق معايير المرونة على النظام الكهربائي، وأخيراً الفرق الرئيسي بين المرونة و الموثوقية.
المتوقع من قراءة هذا المقال هو معرفة رؤوس عناوين عن المصطلحين “موثوقية” و “مرونة”، ونظراً لكبر حجم الموضوعين تم إبراز الفرق بينهم في هذا المقال فقط.
محتوى المقال :
١- أخطاء النظام الكهربائي (Events).
٢- الموثوقية (Reliability).
٣- المرونة (Resilience).
٤- حالة النظام من وجهة نظر الموثوقية (Reliability) والمرونة (Resilience) قبل وخلال وبعد الخطأ.
١- أخطاء النظام الكهربائي (Events):
الأخطاء الممكن حدوثها للنظام الكهربائي كثيرة، ويمكن تقسيم الأخطاء إلى: الأخطاء الفيزيائية (Physical Events)، و السيبرانية (Cyber Events)، وقد يمكن تقسيم الأخطاء التي تحدث للنظام الكهربائي من حيث التكرار إلى: أخطاء كثيرة الحدوث (High Frequency)، وأخطاء قليلة الحدوث (Low Frequency)، وأيضاً يمكن تقسيم الأخطاء من حيث أثرها السلبي على النظام الكهربائي إلى: أخطاء ذات ضرر كبير (High Impact)، وأخطاء ذات ضرر بسيط (Low Impact)، في هذا الجزء من المقال الأخطاء المقصودة هي الأخطاء قليلة الحدوث كثيرة الضرر (High-Impact-Low-Frequency).
الأخطاء من هذا النوع (High-Impact-Low-Frequency) قد تتسبب في ضرر كبير على النظام الكهربائي، ويختلف حجم الضرر على معايير عدة منها: قوة الهجوم سواء كان فيزيائي (Physical Attack)، مثل: الفيضانات والرياح وغيرها ، أو هجوم سيبراني (Cyber Attack) لأغراض متعمدة أو غير متعمدة، في الصورة التالية توضيح أمثله للهجمات المشهورة التي حدثت بين ٢٠٠٣ و ٢٠١٩. وحيث أن الأعداد المرفقة هي أعداد المستهلكين (Consumers) الذين تضرروا من الانقطاع الكهربائي الذي تسبب به الهجوم و (M) يمثل مليون.
٢- الموثوقية (Reliability):
مصطلح موثوقية (Reliability) كبير جداً والجهود لتطوير الموثوقية ملحوظة منذ بداية ظهور الأخطاء في النظام وكانت الجهود تصب على حماية النظام من الأخطاء كثيرة الحدوث قليلة الضرر (Low-Impact) رغم وجود الأخطاء كثيرة الضرر (High-Impact)، ويمكن تعريفها كالتالي:
باللغة العربية:
الموثوقيه ترجّح إلى احتمالية نجاح عمل النظام خلال وقت طويل، وهي أيضاً قدرة النظام على استمرار العمل بكفاءة وإنتاج الطاقه بالوضعه الطبيعي أو قريب من الطبيعي رغم حدوث انقطاعات قليلة في فترات زمنية ممتدة.
باللغة الإنجليزية (في حال عدم وضوح الترجمة) :
Reliability refers to the probability of its satisfactory operation over the long run. It denotes the ability to supply adequate electric service on a nearly continuous basis, with few interruptions over an extended time period
٣- المرونة (Resilience):
مع مرور الوقت وتغير الطقس وعوامل أخرى سياسية مثلاً بدأت تزيد نسبة حدوث الأخطاء كبيرة الضرر وهنا احتاجوا المهندسين إلى تغيير معاير الموثوقية إلى معايير تجعل النظام أكثر صلابة أمام هذه الهجمات نتيجة لذلك توصلوا إلى المرونة، ومن خلال الصورة التالية يتضح عدد تكرار الهجمات في الولايات المتحده الأمريكية من عام (١٩٨٠ إلى ٢٠١٩).
ويمكن تعريف المرونة كالتالي _مع العلم أنه على حد معرفة كاتب هذا المقال أنه لا يوجد تعريف “موحّد” يتم استخدامه عالمياً رغم أن الموثوقية لديها تعريف “موحّد” وعالمي نظراً للأسبقية_ تعريف المرونة هو:
باللغة العربية:
هي قدرة النظام على الصمود أمام الكوارث قليلة الحدوث كبيرة الضرر بكفاءة مع ضمان أقل انقطاع محتمل للطاقة.
باللغة الإنجليزية (في حال عدم وضوح الترجمة) :
The power system resilience is the ability of this system to withstand disasters (low-frequency high-impact incidents) efficiently while ensuring the least possible interruption in the supply of electricity
يمكن تمثيل المرونة بعدة منحنيات، والمنحنى التالي يشكل المراحل الخاصة بالمرونة بداية من قبل حدوث الخطأ على النظام الكهربائي وحتى يتم استعادة النظام كلياً بعد الخطأ، نقاط يمكن ملاحظتها في المنحنى: (١) عند حدوث الخطأ، أداء النظام (System Performance) ينخفض بشكل ملحوظ (٢) استعادة النظام ينقسم إلى عدة خطوات لقوة الضرر على النظام الكهربائي.
في حالة عدم وضوح المنحنى السابق آمل أن المنحنى التالي يكون أكثر وضوحاً:
٤- حالة النظام من وجهة نظر الموثوقية (Reliability) والمرونة (Resilience) قبل وخلال وبعد الخطأ.
- الموثوقية: (حاله آمنة – حالة تحذير – حالة طوارئ – حالة قصوى – حالة الاستعادة).
- المرونة: (حالة طبيعية – حالة إدارة استباقية – حالة قوة – حالة محاولة النجاة – حالة إصلاح).
الصورة التالية باتجاه اليميين للموثوقية، والأخرى للمرونة:
أخيراً
الموضوع عن الموثوقية والمرونة لا حدود له، والمكتوب في المقال لا يحد من الموضوع، ولكن رغبة الكاتب في إيضاح ما يمكن الالتباس فيه من قبل المهندسين.
المراجع – ينصح الكاتب بقراءتها لمن لديه الرغبة بالاطلاع :
[1] S. Hosseini, K. Barker, and J. E. Ramirez-Marquez, ‘A review of definitions and measures of system resilience’, Reliab. Eng. Syst. Saf., vol. 145, pp. 47–61, Jan. 2016, doi: 10.1016/j.ress.2015.08.006.
[2] Y. Lin, ‘A review of key strategies in realizing power system resilience’, Glob. Energy Interconnect., vol. 1, no. 1, p. 9, 2018.
[3] H. Haggi, R. R. nejad, M. Song, and W. Sun, ‘A Review of Smart Grid Restoration to Enhance Cyber-Physical System Resilience’, in 2019 IEEE Innovative Smart Grid Technologies – Asia (ISGT Asia), May 2019, pp. 4008–4013. doi: 10.1109/ISGT-Asia.2019.8881730.
[4] D. K. Mishra, M. J. Ghadi, A. Azizivahed, L. Li, and J. Zhang, ‘A review on resilience studies in active distribution systems’, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 135, p. 110201, Jan. 2021, doi: 10.1016/j.rser.2020.110201.
[5] Y. Chi, Y. Xu, C. Hu, and S. Feng, ‘A State-of-the-Art Literature Survey of Power Distribution System Resilience Assessment’, in 2018 IEEE Power Energy Society General Meeting (PESGM), Aug. 2018, pp. 1–5. doi: 10.1109/PESGM.2018.8586495.
[6] J. Jasiūnas, P. D. Lund, and J. Mikkola, ‘Energy system resilience – A review’, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 150, p. 111476, Oct. 2021, doi: 10.1016/j.rser.2021.111476.
[7] B. Chen, J. Wang, X. Lu, C. Chen, and S. Zhao, ‘Networked Microgrids for Grid Resilience, Robustness, and Efficiency: A Review’, IEEE Trans. Smart Grid, vol. 12, no. 1, pp. 18–32, Jan. 2021, doi: 10.1109/TSG.2020.3010570.
[8] N. Bhusal, M. Abdelmalak, M. Kamruzzaman, and M. Benidris, ‘Power System Resilience: Current Practices, Challenges, and Future Directions’, IEEE Access, vol. 8, pp. 18064–18086, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2968586.
[9] Y. Wang, Q. Chen, T. Hong, and C. Kang, ‘Review of Smart Meter Data Analytics: Applications, Methodologies, and Challenges’, IEEE Trans. Smart Grid, vol. 10, no. 3, pp. 3125–3148, May 2019, doi: 10.1109/TSG.2018.2818167.
[10] S. Afzal, H. Mokhlis, H. A. Illias, N. N. Mansor, and H. Shareef, ‘State‐of‐the‐art review on power system resilience and assessment techniques’, IET Gener. Transm. Distrib., vol. 14, no. 25, pp. 6107–6121, Dec. 2020, doi: 10.1049/iet-gtd.2020.0531.
[11] A. Gholami, T. Shekari, M. H. Amirioun, F. Aminifar, M. H. Amini, and A. Sargolzaei, ‘Toward a Consensus on the Definition and Taxonomy of Power System Resilience’, IEEE Access, vol. 6, pp. 32035–32053, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2845378.
