منذ بدء إنشاء محطات توليد الكهرباء حتى الآن، وبالرغم من تطور جميع الأجزاء الرئيسية والفرعية التي تسهم في نقل الكهرباء مثل أجهزة التوليد وخطوط النقل، لا تزال الأعطال سواء ًعطل جزئي أو كامل مستمره في الظهور، و يعود ذلك إلى عدة أسباب منها ازدياد الطلب والإحتياج إلى الكهرباء، مما دفع الشركات إلى رفع مستوى الإنتاج واستغلال المحطات بشكل كبير وملحوظ، وأيضاً الإحتياج إلى خطوط نقل طويله وذات استيعاب عالي ، ومؤخرا استخدام مصادر طاقة غير منتظمة الإنتاج مثل مصادر الطاقة المتجددة كتوربينات الرياح.
يتم استعادة النظام الكهربائي بالكامل خلال عدة خطوات، وجميع الخطوات تحتاج إلى دقه ومتابعة من الفريق الخاص بإدارة المنشأه نفسها ومساندة حاسوبية لوغارثميه لحساب فعالية الخطط المتاحه للاستعادة، ونستطيع تقسيم عملية استعادة النظام إلى ثلاثة مراحل رئيسية وهي: الاستعداد لاستعادة النظام ، استعادة النظام ، بدء التوزيع للمستخدمين، هذه الخطوات تتم من خلال انظمة رياضية وبرامج حاسوبية تحدد للمهندسين والمشغلين الخطط الفعالة لاستعادة النظام بأمان وبشكل سريع، وعند حصول المهندسين على الخطط من خلال البرامج يستطيعون إختيار أحد الخطط بناءً على متغيرات و قدرة النظام والشبكة الكهربائية، وهذا الفيديو يبسط المفهوم لكي يتم فهمه بشكل أبسط وأعم:
في هذا المقال نستطيع أن نقول أن الباحثين حول العالم جميعهم لم يستطيعوا حتى الآن خلق نظام حاسوبي كامل ولوغاريثمات تستطيع استعادة النظام تلقائياً بعد العطل سواءً جزئي أو كامل، لأن الإحتياج إلى العنصر البشري _حتى الآن_ في أخذ القرار الأخير جزءً لا يتجزأ، و التركيز والتدقيق الحاسوبي والبشري خلال عملية استعادة الطاقة أمر مهم، والسبب في ذلك أنه خلال استعادة الطاقة يتم البدء في جمع البيانات من كافة المراكز المتوفرة في الشبكة لكي يتم من خلالها إنتاج خطط سريعة وفعالة وآمنة عبر الحاسب واعتماد الخطة من مسؤول الفريق لكي يتسنى للفريق البدء في المهمة، وتزداد صعوبة استعادة النظام مع ازدياد حجمه وفي الصورة المرفقة “الخارطة الكهربائية” لغرب الهند توضح تعقيد الشبكه وتداخلها:
المرحلة الأولى والثانية تكمن في ترتيب _من حيث الأولوليه_ وتشغيل مصادر الطاقة التي تستطيع توليد الكهرباء الكافي دون الإحتياج إلى طاقة خارجية لكي يتم تشغيل مصادر أخرى معتمدة على غيرها، ثم يتم اختيار خطوط النقل التي تستطيع نقل الكهرباء بين المصادر بدون ضرر ميكانيكي أو آخر مثل إرتفاع درجة الحرارة، وأيضا هنا يتم إستعادة الأحمال المهمة مثل المستشفيات ومراكز الدولة الأمنية والمطارات وغيرها.
و يتم اختيار الأحمال دون غيرها بطريقة “تقسيم المحطة الرئيسية إلى محطات فرعية” عبر فتح القواطع الرئيسية وعندها نملك ما يسمى بالجزر أو المحطات فرعية، هنا يكون أسهل للفريق أن يستعيد النظام من استعادة النظام كامل في آن واحد، ولكن قبل الفصل يجب على الفريق والحاسب معا الوصول إلى مخطط يفصل المحطة الرئيسية إلى أجزاء أو محطات فرعية بحيث يكون في في كل جزء جهاز توليد لا يعتمد على طاقة خارجية (لكي ينتج الطاقة إلى المصادر التي تعمتد على مصادر داخلية) ويتم ذلك لجميع المحطات الفرعية بشكل متوازي، أيضا كلما كانت المسافات بين المحطات الفرعيه أقصر كلما زادة عملية استعادة النظام موثوقية وفعالية وأمان.
المرحلة الثالثة تبدأ بعد التأكد من تشغيل جميع مصادر الطاقه (المعتمدة على غيرها والغير معتمدة) وبعد تشغيل الأحمال المهمة، حيث يتم نشر الطاقة مع مراعات الموازنة بين الطاقة المنتجة والطاقة المطلوبة من الأحمال الأخرى قبل ربط المحطات بالأحمال، لكي لا يتم التأثير على التردد والجهد وعندها نستطيع أن نقول أنه تم استعادة النظام بالكامل ويمكن تمثيل المراحل وأقسامها والوقت النموذجي المستغرق في فلوشارت:
أمور يجب على المهندسين مراعاتها مثل أن الفشل في الموازنة بين الحمل والإنتاج قد يتسبب في عطل آخر وأكبر مما يضع شركة الإنتاج في موقع حرج، لأنها سلسلة من الأعطال تنتهي في عطل كامل قد يتسبب في قطع الكهرباء عن مدينة أو نطاق بأكمله، وفي حال إصابة النظام بعطل كهربائي كامل سوف تتأثر الأحمال المهمة وتبدأ ظاهرة كهربائية تسمى (الحمل البارد) وهو أن الأحمال لا يمكن تشغيلها إلى بعد فترة معتبرة قد تمتد من دقائق إلى ساعات، فلو افترضنا أن المستشفى لا يملك مولد طاقه يكفي لإنتاج الكهرباء لكامل فترة إنقطاع الكهرباء قد يسبب في خسارات بشرية لا قدر الله تعالى، وأيضاً خسارة إقتصادية تؤثر مباشرة على الشركة بأسباب صيانة وتغيير وتعويض.
للمهتمين في أنظمة الطاقه والتحكم، هنالك أوراق علمية تجمع فيها دراسات حول استعادة النظام وبعضها يشرح عناصر النظام الكهربائي وكيفية عمله، قراءتها حتما تضيف إلى معلومات القارئ وترتيبها حسب تاريخ نشرها تصاعديا:
A smart power system restoration based on the merger of two different strategies
A Comprehensive Literature Review Report on Basic Issues of Power System Restoration Planning
Review on optimization methodologies in transmission network reconfiguration of power systems for grid resilience
وأخيراً هذا الكتاب أيضا يسهم في زيادة الفهم
Power system control under cascading failures: understanding, mitigation, and system restoration
