الگوریتم‌های کنترلی که طی پژوهشی ده ساله در دانشکدگان فنی دانشگاه تهران طراحی و پیاده‌سازی شده‌اند، تاب‌آوری شبکه‌های انرژی الکتریکی را در برابر مخاطرات سایبری و طبیعی به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.

 به نقل از دانشگاه تهران، امروزه تأمین تاب‌آوری شبکه‌های انرژی الکتریکی، عاملی ضروری در حفظ پایداری و عملکرد مطمئن و ایمن این شبکه‌ها است، چرا که از یک‌سو ادغام منابع تجدیدپذیر، شبکه‌های انرژی را پیچیده‌تر و از سوی دیگر خطر حوادث بزرگ طبیعی و حملات سایبری احتمال اختلال در عملکرد شبکه‌ها را بیشتر کرده است.

در این راستا، دکتر صادق واعظ‌زاده، استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، با همکاری گروهی از محققان از جمله دکتر محمدصادق اصلاحی و دکتر علیرضا جبارنژاد، دانش‌آموختگان دانشگاه تهران، طی یک دهه پژوهش موفق به طراحی و پیاده‌سازی الگوریتم‌های کنترلی به منظور تأمین و ارتقای تاب‌آوری شبکه‌های انرژی گردید. شبیه‌سازی‌ها نشان داده است که این الگوریتم‌ها، توان بازیابی و انطباق شبکه را در رویارویی با اختلالات فنی، به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

شرط لازم امنیت انرژی و امنیت سایبری

دکتر واعظ‌زاده درباره اهمیت تاب‌آوری در سیستم‌های قدرت گفت: «در دنیای امروز که منابع انرژی تجدیدپذیر و فناوری‌های دیجیتال پیشرفته در حال تبدیل شدن به بخشی از زندگی روزمره ما هستند، اطمینان از تاب‌آوری سیستم‌های قدرت، موضوعی حیاتی است. به عبارت دیگر، شبکه برق می‌باید در رویارویی با انواع مختلف اختلالات، از قبیل رویدادهای طبیعی یا تهدیدات انسان‌ساز مانند حملات سایبری، توانایی مقاومت، بازیابی و انطباق داشته باشد. در همین راستا، برنامه تحقیقاتی گام‌به‌گام و هدف‌مندی در آزمایشگاه کنترل حرکت پیشرفته دانشگاه تهران تدوین شده است که بر حوزه مهم تاب‌آوری سیستم قدرت متمرکز است.»

سرپرست آزمایشگاه سیستم‌های حرکت پیشرفته و تیم تحقیقاتی این پژوهش درباره حوزه‌های کلیدی این مطالعه گفت: «نخستین حوزه کلیدی در این پژوهش، بهبود تاب‌آوری ریزشبکه است. ریزشبکه‌ها، سیستم‌های انرژی محلی هستند که قادرند مستقل از شبکه اصلی کار کنند. این سیستم‌ها با افزایش اهمیت انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر، در حال تبدیل شدن به ساختاری مهم در شبکه‌های قدرت و تأمین انرژی هستند. یکی از اهداف این تیم تحقیقاتی بهبود تاب‌آوری این ریزشبکه‌ها با توسعه سیستم‌های کنترل پیشرفته متمرکز است که می‌توانند اختلالات را شناسایی کرده و از طریق کنترل مبدل‌های الکترونیک قدرت، به آن‌ها پاسخ مناسب داده، زمان اختلال را به حداقل رسانده و پایداری سیستم را تضمین کنند.»

وی افزود: «تیم تحقیقاتی دانشگاه تهران از طریق شبیه‌سازی‌ها و مطالعات تجربی، نشان داد که با استفاده از استراتژی‌های کنترلی نوآورانه، ریزشبکه‌ها می‌توانند بهتر نوسانات ولتاژ و بی‌ثباتی فرکانس را که معمولاً هنگام ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر ظاهر می‌شوند کنترل کنند. با استفاده از این استراتژی‌ها می‌توان ریزشبکه‌های قوی‌تری را ایجاد کرد که قادر به تأمین برق قابل اطمینان، حتی در هنگام رویدادهای شدید آب و هوایی یا خرابی‌های غیرمنتظره سیستم باشند.»

استاد دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، ضمن اشاره به بهبود مقاومت فنی سیستم‌های قدرت به عنوان هدف دیگر این پژوهش گفت: «راهکار این تیم تحقیقاتی برای تقویت تاب‌آوری فنی سیستم‌های قدرت، ارائه و بهینه‌سازی روش‌های کنترلی پیشرفته و هوشمند مبدل‌های متصل به شبکه است؛ به ویژه مبدل‌های الکترونیک قدرت که برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه استفاده می‌شوند. این مبدل‌ها در مدیریت تولید انرژی از منابعی همچون صفحات خورشیدی و توربین‌های بادی و نیز در مدیریت مصرف، بسیار مهم، اما در مقابل اختلالات فنی آسیب‌پذیر هستند. در این پژوهش، الگوریتم‌هایی برای کنترل مبدل طراحی، شبیه‌سازی و در آزمایشگاه به صورت عملی بررسی شد. این الگوریتم‌ها پایداری و تاب‌آوری سیستم را افزایش می‌دهد و به شبکه اجازه می‌دهد حتی در صورت بروز مشکلات فنی مانند اتصال کوتاه یا تغییرات ناگهانی در انرژی ورودی، بار یا پارامترهای سیستم، عملکرد قابل‌قبول خود را داشته باشد.»

عضو هیأت علمی گروه قدرت دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، درباره سومین نقطه تمرکز این پژوهش توضیح داد: «با ظهور شبکه‌های هوشمند و دیجیتالی شدن سیستم‌های انرژی، امنیت سایبری به بخشی جدایی‌ناپذیر تاب‌آوری سیستم‌های قدرت تبدیل شده است. امروزه هکرها می‌توانند زیرساخت‌های انرژی را هدف قرار دهند و کل سیستم را مختل کنند. از این رو توسعه الگوریتم‌های کنترلی که قابلیت شناسایی و دفاع در برابر چنین حملاتی را داشته باشند، ضروری است. در این زمینه، تحقیقات این تیم بر ادغام امنیت سایبری در سیستم‌های کنترل ریزشبکه‌ها و شبکه‌های بزرگ قدرت متمرکز بوده است.»

وی درباره رفتار الگوریتم‌های طراحی‌شده در این پژوهش برای مقابله با حملات سایبری گفت: «با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته، چارچوبی برای تشخیص رفتار غیرعادی در سیستم، مانند دسترسی غیرمجاز یا الگوهای غیرعادی ایجاد شد که به عنوان یک لایه محافظ عمل می‌کند و هرگونه تهدید سایبری را قبل از اینکه بر شبکه تأثیر بگذارد شناسایی و خنثی می‌کند. این الگوریتم نیز در محیط شبیه‌سازی و هم به‌صورت عملی در سطح آزمایشگاهی، موفق عمل کرد.»

کمک به ایجاد یک زیرساخت انرژی پایدارتر و قابل اعتمادتر برای مدیریت تهدیدات

پروژه تاب‌آوری شبکه انرژی، با در نظر داشتن ضرورت‌های واقعی و در پاسخ به نیازهای بخش انرژی ایران و دغدغه استقلال و امنیت در این حوزه تعریف شده است. دکتر واعظ‌زاده ضمن اشاره به این نکته گفت: «هدف این تیم تحقیقاتی، کمک به ایجاد یک زیرساخت انرژی پایدارتر و قابل اعتمادتر است که بتواند تهدیدات فنی و سایبری را بهتر مدیریت کند.»

وی در پایان با تأکید بر لزوم تمرکز تحقیقات آینده بر توسعه سیستم‌های انرژی هوشمندتر و ایمن‌تر گفت: «گام‌های بعدی این پژوهش شامل توسعه امنیت سایبری با در نظر گرفتن ماهیت همواره در حال تحول تهدیدات سایبری، و همچنین کاوش راه‌هایی برای بهینه‌سازی بیشتر ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه خواهد بود. هدف درازمدت این مطالعه، تضمین تاب‌آوری سیستم‌های قدرت نه‌تنها در برابر چالش‌های امروز، بلکه در رویارویی با عدم قطعیت‌های فردا است.»