Development of integrated control system for hybrid renewable energy systems using artificial intelligence

Abstract

يتبين من متابعة أحدث الإصدارات من الإحصائيات والتقارير الرسمية العالمية الخاصة بمصادر الطاقة المتجددة ، ان طاقة الرياح والطاقة الشمسية يتصدران معدلات النمو من ناحية الانتاج والاستخدام مقارنة بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى. وكذلك ، فإن قراءة الرسومات البيانية ومقارنة الأرقام لهذه الإحصائيات و التقارير تظهر أيضا تغلب مجموع الطاقة المنتجة والمستخدمة من هذين المصدرين على محصلة الطاقة الناتجة من المصادر الاخرى مجتمعة. ومن ناحية اخرى، فلقد اُستنتِج من مراجعة المئات من أحدث الأبحاث فى مجال الطاقة المتجددة أن استخدام اكثر من مصدر من مصادر الطاقة المتجددة فى منظومات هجين يزيد بشكل ملحوظ الكفاءة الكلية والموثوقية للنظام وخصوصا فى حال تواجد تكامل بين هذه المصادر بعضها البعض. ومن اوضح الأمثلة لذلك علاقة التكامل الموجودة بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح حيث ان إنتاج إحداهما ينشط فى وقت خمول او غياب المصدر الآخر. ولكن ، معظم مصادر الطاقة المتجددة تعتمد فى انتاجها للطاقة على الظروف المحيطة مما يجعلها متغيرة فى كمية انتاج الطاقة . ولذلك ، يوجد العديد من التحديات للتحكم فى أنظمة الطاقة الهجين وذلك من اجل التنسيق بين تلك المصادر بعضها البعض لاستخرج اكبر قدر ممكن من الطاقة ولتحقيق الاستخدام الأمثل من الطاقة المستخلصة اقتصاديا وبيئيا مع الحفاظ على موثوقية النظام لضمان اكتفاء الاحمال بالطاقة المطلوبة على مدار وقت التشغيل. لكل ما تقدم بعاليه ، يقوم هذا البحث بتطوير نظام تحكم متكامل لأنظمة الطاقة المتجددة المهجنة باستخدام الذكاء الاصطناعى. بدأ البحث بعمل مراجعة دقيقة لعدة مئات من الأبحاث الحديثة عن النظم الهجينة من مصادر الطاقة المتجددة . ليس فقط مراجعة ودراسة الأبحاث السابقة ولكن ايضا تم القيام بإجراء حسابات إحصائية وتنقيبية على البيانات لاستخراج القواعد والاستخلاصات التى يمكن إستخدامها فى النظام المقترح . يتكون النظام من ثلاث مصادر للطاقة وهى الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والبطاريات. تم دراسة الأبحاث الحديثة الخاصة بنظم الطاقة الهجينة بعمق لاستخلاص اصلح واكفئ الطرق للتحكم وتحقيق افضل النتائج اقتصاديا وبيئيا. ومن ثم ، تم تطوير نموذج رياضى للمكونات الأساسية للنظام المقترح وهى : نموذج محاكاة لتوربينات الرياح ليكون بديلا للتوربينات فى المنظومة المقترحة ، وكذلك تطوير نموذج عام للطاقة الشمسية ، وايضا نموذج عام للبطاريات. تم تصميم النموذج المحاكى للتوربينات ليكون بديلا للتوربينات فى المنظومة الهجين بناءا على التحكم فى السرعة والعزم لموتور تيار مستمر والذى تم استخدامه كمحرك رئيسي لمولد تزامنى ذو المغنطة الدائمة. المحاكى المقترح لتوبينات الرياح مُلحق بمزايا عديدة ومنها : قاعدة بيانات كبيرة تحتوى على خصائص التوربينات المراد محاكاتها والقيمم المثلى لسرعة الدوران من أجل الحصول على القيمة العظمى للقدرة عند كل سرعة للرياح. ومن ناحية اخرى ، تم تصميم شاشة رسومية مصممة للمستخدم لتسهيل التحكم