استراتيجية تحكم فعّالة لنظام تخزين الطاقة الهجين (بطارية – مكثف فائق) ضمن شبكة تيار مستمر مصغّرة قائمة على المنظومات الكهروضوئية

الملخص

يشهد اعتماد شبكات الميكروغريد، وخاصة شبكات التيار المستمر(DC)، تسارعًا ملحوظًا مدفوعًا بالتوسع المتزايد في دمج مصادر الطاقة المتجددة مع أنظمة تخزين الطاقة المتقدمة. وتوفر هذه البُنى مزايا تقنية بارزة، من بينها تقليل التشوهات التوافقية (الهارمونيكس) وتعزيز استقرار النظام. ومع ذلك، فإن الطبيعة المتقطعة والعشوائية لمصادر التوليد المتجددة، مثل المصفوفات الكهروضوئية (PV) وتوربينات الرياح، تفرض ضرورة دمج أنظمة تخزين الطاقة لتحسين موثوقية التشغيل، وتعزيز المرونة، ورفع الأداء العام للشبكة. في هذا السياق، تُقدِّم هذه الدراسة تصميمًا ومحاكاةً لبنية شبكة ميكروغريد معزولة تعمل بالتيار المستمر، تتألف من وحدة توليد كهروضوئية، ونظام تخزين هجين للطاقة يجمع بين البطاريات والمكثفات الفائقة، إلى جانب محولات إلكترونيات القدرة وحمل ثابت. كما تم اعتماد استراتيجية لإدارة الطاقة قائمة على متحكم تناسبي– تكاملي (PI) بهدف تنظيم تدفق القدرة، وتحقيق توزيع طاقي فعّال، وضمان استقرار التشغيل في وضع العزلة (islanded mode). ويتضمن هيكل التحكم كذلك تقنيات تتبع نقطة القدرة العظمى (MPPT) لتعظيم استخلاص الطاقة من المنظومة الكهروضوئية، وإدارة حالة الشحن (SOC) لتنسيق عمل وحدات التخزين، بالإضافة إلى استراتيجيات متقدمة للتحكم في المحولات للحفاظ على استقرار جهد ناقل التيار المستمر. علاوة على ذلك، تم توظيف منظومة حماية معتمدة على المرحلات للحد من مخاطر التفريغ العميق للبطاريات. تم تطوير نموذج النظام وتنفيذه باستخدام بيئة MATLAB/Simulink، مما أتاح إجراء تحليل ديناميكي شامل تحت ظروف تشغيل متغيرة. وتُظهر نتائج المحاكاة قدرة النظام المقترح على تلبية متطلبات الحمل بكفاءة، مع الحفاظ على تنظيم الجهد واستقرار التشغيل. وتؤكد هذه النتائج متانة وفعالية استراتيجية إدارة الطاقة المقترحة في مواجهة التحديات المرتبطة بتقلبات مصادر الطاقة المتجددة ضمن شبكات الميكروغريد المعزولة العاملة بالتيار المستمر.