تحكم ذكي جديد باستخدام تحسين من نوع RBFNN-class لتعزيز الاستقرار في الميكروجريد الهجين المستقل

الحفاظ على الأنوار مضاءة في الأماكن النائية

تبدأ العديد من القرى النائية والجزر والمجتمعات خارج الشبكة في توليد الكهرباء باستخدام مزيج من الألواح الشمسية، وتوربينات الرياح الصغيرة، والبطاريات. لكن الحفاظ على ثبات الإضاءة عند مرور الغيوم أو انحسار الرياح أصعب مما يبدو. يقدم هذا البحث طريقة تحكم "ذكية" جديدة تساعد مثل هذه الشبكات الكهربائية الصغيرة، المسماة ميكروجريدات مستقلة، على توفير كهرباء سلسة وموثوقة مع وميض أقل، وضوضاء كهربائية أقل، واستخدام أفضل للطاقة النظيفة.

كيف يعمل نظام طاقة صغير

تدرس الورقة نظام طاقة مدمج يجمع بين ثلاثة عناصر رئيسية: مصفوفة شمسية، وتوربين رياح، وحزمة بطاريات كبيرة، جميعها مرتبطة على خط تيار مستمر (DC) مشترك. من هذا العمود الفقري المشترك، يُنتج جهاز إلكتروني يسمى العاكس تياراً متردداً ثلاثي الطور (AC) المنتظم الذي تستخدمه المنازل والمعدات. الطاقة الشمسية وطاقة الرياح غير مستقرة بطبيعتها—فالشمس والرياح تتغيران بسرعة—لذلك تتدخل البطارية لتخزين الطاقة الفائضة أو لسد الفجوات. يجب على النظام بأكمله موازنة هذه التدفقات باستمرار بحيث يظل جهد الخط المستمر قريباً من القيمة المستهدفة ويظل التيار المتردد المقدم للحمل نظيفاً وثابتاً.

لماذا يَقصُر التحكم التقليدي

تستخدم المتحكمات التقليدية في مثل هذه الأنظمة إعدادات ثابتة مضبوطة يدوياً. قد تعمل بشكل جيد حول نقطة تشغيل واحدة، لكنها تعاني عندما تتغير الظروف بسرعة: قفزة مفاجئة في الطلب، أو مرور سحب عبر السماء، أو هبات رياح. غالباً ما تسمح هذه الأساليب بتقلبات ملحوظة في الجهد وتنتج أشكال موجية تيار مشوهة يمكن أن تُجهد الأجهزة وتُهدر الطاقة. يمكن للنهج الأكثر تقدماً المبني على المنطق الضبابي أو النماذج التنبؤية المعقدة التكيف بشكل أفضل، لكنها تميل إلى متطلبات حسابية عالية ومجموعات قواعد معقدة، مما يجعل تشغيلها في الزمن الحقيقي على أجهزة ميسورة التكلفة أمراً صعباً.

نهج تحكم ذكي ذو طبقتين

يقترح المؤلفون مخطط تحكم ذو طبقتين يجمع بين شبكة عصبية سريعة الاستجابة ومُحسّن إشرافي أبطأ. تستخدم الطبقة السفلى شبكة عصبية قاعدة دوال شعاعية، وهو نوع من نماذج التعلم الآلي الذي يتفوق في التعامل مع السلوك غير الخطي. تُراقب مدى انحراف جهد التيار المستمر وتيارات العاكس عن القيم المرغوبة، ثم تُعدّل بسرعة أوامر المحول والعاكس لتصحيح هذه الأخطاء. وفوق ذلك، يلعب "خوارزم تحسين Class Topper" دور المدرب. مستوحى من كيفية تعلم الطلاب من الأفضل في الصف، يقوم بشكل دوري بمراجعة أداء النظام — بالنظر إلى انحرافات الجهد ومدى تماثل التيار إلى موجة جيبية — ويعدّل برفق مكاسب التحكم ومعدلات التعلم الرئيسية ضمن حدود آمنة. هذا الفصل بين التعلم السريع والتحسين الأبطأ يحافظ على استجابة النظام دون أن يصبح غير مستقر.

اختبار المتحكم الذكي

لمعرفة مدى فاعلية الطريقة الجديدة، قام الباحثون بمحاكاة ميكروجريد يضم مصفوفة شمسية بقدرة 10 كيلوواط، وتوربين رياح بقدرة 20 كيلوواط، وبطارية بسعة 60 كيلوواط‑ساعة. خضع النظام لتغيرات حادة في ضوء الشمس، وسرعة الرياح، والحمولة، بما في ذلك تغييرات خطوة من حمل منخفض إلى كامل وأحمال غير خطية التي عادةً ما تُدخل ضوضاء كهربائية قوية. مقارنةً بمتحكم تناسبي–تكاملي نموذجي ومتحكم شبكة عصبية أبسط، حافظ المخطط الجديد على جهد التيار المستمر أقرب بكثير إلى الهدف، وتعافى من الاضطرابات بسرعة تقارب الضعف، وقلّص التموجات غير المرغوب فيها. أصبح التيار الكهربائي المقدم إلى الحمل شبه ناعم تماماً، مع بقاء التشويه التوافقي أقل بكثير من حدود جودة الطاقة الشائعة وفق معايير IEEE.

لماذا هذا مهم لميكروجريدات المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة الرئيسية هي أن إطار التحكم الذكي هذا يساعد أنظمة الطاقة الصغيرة المعتمدة على المتجددات على التصرف بشكل أقرب إلى شبكة تقليدية متينة: تبقى الأضواء ثابتة، تعمل المحركات بسلاسة، وتحصل الإلكترونيات الحساسة على حماية أفضل، حتى عندما يتغير الطقس والطلب بسرعة. وبما أن الطريقة خفيفة حسابياً ومكونية، يمكن تنفيذها على متحكمات رقمية عملية وتوسيعها إلى ميكروجريدات أكبر أو متعددة المناطق دون الحاجة لإعادة تدريب من الصفر. باختصار، يُظهر العمل مساراً واعداً نحو أنظمة طاقة محلية أكثر موثوقية وأنظف يمكنها توصيل كهرباء عالية الجودة إلى أماكن بعيدة عن خطوط الطاقة التقليدية.

الاستشهاد: Myla, A., Gorantla, S. A novel intelligent control using RBFNN-class topper optimization for stability enhancement in hybrid standalone microgrid. Sci Rep 16, 14008 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44798-6

الكلمات المفتاحية: الميكروجريد, التحكم في الطاقة المتجددة, متحكم الشبكة العصبية, تخزين طاقة البطارية, جودة الطاقة