أسلوب التحكم الكهربائي النموذجي لمحول النقطة المحايدة

تحليل أسلوب التحكم الكهربائي النموذجي لمحول النقطة المحايدة

اجتذبت محولات مصدر الجهد الكهربائي “متعدد المستويات” (VSCs) الكثير من الاهتمام وهي مقبولة على نطاق واسع لتطبيقات الطاقة العالية ذات الجهد المتوسط على مدى العقود الثلاثة الماضية، وفي الوقت نفسه أدت هياكل الطاقة الجديدة والإنجازات الأخيرة من حيث التحكم إلى توسيع تطبيقات (VSCs) متعددة المستويات لتحويل الطاقة المتجددة والمحركات وغيرها.

كما تتمتع (VSCs) متعددة المستويات بعدد من الميزات الجذابة بالمقارنة مع (VSCs) ذات المستويين مثل الأداء التوافقي الأفضل، كما أن الفولتية التشغيلية الأعلى مع تصنيفات الجهاز نفسها، وذلك من حيث ضغوط تبديل أقل (dv / dt) وصغر حجم محولات الواجهة وعناصر مرشح الإخراج.

كما تمت دراسة العديد من الطوبولوجيا متعددة المستويات في الدراسة من بينها، كما يتم تصنيف المحول المحايد (NPC) والمكثف الطائر (FC) ومحول H-bridge) (CHB)) المتتالي في “المحولات الكلاسيكية” متعددة المستويات، كما أن بعض العيوب المتأصلة تحد من تطبيقاتها، وبالنسبة لمحول (NPC) الذي يعمل عند عدد كبير من مستويات الجهد الكهربائي، لذلك؛ فإن موازنة الفولتية لمكثفات (DC-link) وعدد صمامات الثنائيات هي قضيتان رئيسيتان.

وفي الوقت نفسه؛ فإن الخسائر غير المتكافئة بين أجهزة التبديل ستعيق أيضاً تطبيقها، وبالنسبة لطوبولوجيا (FC) وتتدهور موثوقية المحول من خلال الزيادة المفرطة في عدد المكثفات، وأيضاً؛ فإن التحكم في موازنة الفولتية للمكثفات يجعل تنفيذ وحدة التحكم أكثر تكلفة من الناحية الحسابية، إلى جانب ذلك تتطلب طوبولوجيا (CHB) مصادر التيار المستمر المعزولة التي يوفرها المحول ذو الطور الضخم والمكلف، مما يزيد من حجم وتكلفة نظام المحول الكهربائي.

كما تم تطوير عدد كبير من المتغيرات والمحولات المتقدمة متعددة المستويات في الدراسات، وذلك للتخفيف من العيوب المتأصلة المذكورة أعلاه، على سبيل المثال تم اقتراح (NPC) النشط من ثلاثة مستويات للقضاء على توزيع فاقد الطاقة غير المتكافئ في (NPC)، كما يوفر هذا الهيكل مساراً يمكن التحكم فيه للتيار المحايد عن طريق استبدال الثنائيات المثبتة بمفاتيح لقط، مما يحقق التوزيع المتماثل لفقد الطاقة بين مكونات التبديل.

ومن بين المحولات الكهربائية متعددة المستويات المتقدمة، تلفت الانتباه إلى طوبولوجيا من أربعة مستويات تم الإبلاغ عنها حديثاً تسمى (محول-NNPC) من النوع (T) تم تقديم هذا الهيكل لأول مرة، كما وتم توضيح تكوين الدائرة في الشكل التالي (1) ظهرت طوبولوجيا (NNPC) من النوع (T) كمحول متعدد المستويات واعد في “تطبيقات الجهد المتوسط” ​​عالية الطاقة نظراً لنسبة أقل من الأجهزة مقارنة مع الهياكل الأخرى الموجودة بأربعة مستويات.

مبدأ التشغيل والنموذج الرياضي لمحول T-Type NNPC

مبدأ تشغيل العاكس (T-Type NNPC): يوضح الشكل السابق (1) هيكل طوبولوجيا عاكس (NNPC) ثلاثي الأطوار من النوع (T)، حيث إن العاكس (NNPC) من النوع (T) عبارة عن مزيج من عاكس من النوع (T) وطوبولوجيا (FC)، بحيث تحتوي الأرجل ثلاثية الطور لعاكس (NNPC) من النوع (T) على نفس الهيكل الذي يتكون من اثنين من (FCs) وستة أجهزة تبديل.

كما يتكون جانب التيار المستمر من عاكس (NNPC) من النوع (T) من مصدرين للجهد بتصنيف (Vdc / 2)، ويتم توصيل طرف الخرج ثلاثي الطور بجانب التحميل في التوصيل النجمي، كما هو موضح في الشكل السابق عن طريق تنظيم الفولتية (FC) لـ (Cj1 و Cj2 (j = a ، b ، c)) إلى ثلث إجمالي جهد ناقل التيار المستمر (Vdc / 3)، بحيث يمكن أن يولد عاكس (NNPC) من النوع (T) أربعة أنواع من الفولتية الناتجة عند محطة الطور، وفي الوقت نفسه تشترك جميع أشباه موصلات الطاقة الستة في إجهاد جهد متطابق يساوي (Vdc / 3).

كما يوضح الجدول التالي (2) المراسلات بين مستوى الخرج ومتجه الجهد وحالات التبديل ومتجه التبديل لعاكس (NNPC) من النوع (T)، بحيث يمكن تحقيق متجهات جهد الخرج الأربعة، وهي (−Vdc / 2 و Vdc / 6 و Vdc / 6 و Vdc / 2)، وذلك من ست مجموعات مختلفة من حالات التبديل، كما يتم تعريف هذه الفولتية على أنها الجهد عند طرف خرج الطور فيما يتعلق بنقطة المنتصف للتيار المستمر (o)، كما يمكن التعبير عن متجه الجهد |(Vjo) بمستوى الإخراج (Nj) كـ:

كما هو مذكور في الجدول السابق، لا يحتوي مستوى المخرجات (0 ، 3) على حالات تبديل زائدة بينما يحتوي كلا المستويين (1 ، 2) على حالتي تبديل زائدين عن الحاجة، وبالنسبة لمستوى الإخراج (1) يمكن أن يوفر كل من متجه التبديل (1A [000111]) و (1 B [101001] −Vdc / 6) عند طرف خرج الطور مع توليفات تحويل مميزة.

وبالمثل بالنسبة لمستوى الإخراج (2)؛ فإنه يمكن لكل من متجه التبديل (2A [010110] و 2 B [100011]) توفير (Vdc / 6) عند طرف خرج المرحلة، على الرغم من أن نواقل التحويل الزائدة عن الحاجة تقدم مساهمة متطابقة في جهد الخرج، إلا أنها توفر مسارات تيار مختلفة تؤثر على الفولتية (FCs) فيما يتعلق بإشارة تيار الطور، نتيجة لذلك تعد طريقة (CVB) ضرورية هنا لتحديد حالات التبديل المرغوبة بهدف موازنة الفولتية (FCs) يتم عرض مبدأ وتنفيذ معيار (CVB).

النموذج الرياضي للعاكس (T-Type NNPC): في نهج (FCS-MPC)، كما يتم استخدام نموذج الوقت المنفصل للحصول على المخرجات المتوقعة لمتغيرات التحكم، لغرض تنفيذ نهج (OVL-MPC) المقترح، بحيث تم شرح نموذج رياضي منفصل لتيارات الحمل ثلاثية الطور في هذا القسم الفرعي، وفي هذا التصميم يتم التعبير عن النموذج التنبئي من خلال المتغيرات المقاسة ومعلمات النظام ومستويات الجهد المتاحة للمحول.

ومن خلال تطبيق قانون الجهد كيرشوف (KVL) على دائرة العاكس (NNPC) من النوع (T) الموضحة في الشكل السابق (1)، كما يتم اشتقاق السلوكيات الديناميكية للجهود ثلاثية الطور وتيارات الحمل:

حيث أن:

(Vao ، Vbo ، Vco): هي الفولتية الخرجية ثلاثية الطور.

(R ، L): هي مقاومة الحمل والحث.

(ia ، ib ، ic): هي تيارات الحمل في الطور.

(a,b,c): على التوالي.

(Vno): هو الجهد بين الحمل المحايد ونقطة المنتصف للتيار المستمر، وهو ما يسمى جهد الوضع المشترك.

وبافتراض أن المرحلة الثلاث من العاكس (NNPC) من النوع (T)، حيث أن لها نفس المعطيات في جانب التحميل؛ فإن مجموع تيارات الحمل ثلاثية الطور يساوي صفراً، وذلك من خلال الجمع بين (2) والتحليل أعلاه، كما يمكن اشتقاق جهد النموذج المشترك (Vno).

كما يتم تقديم (MPC) على مستوى الجهد الأمثل الذي يتميز بعبء الحساب المنخفض لمحول (NNPC) رباعي المستويات من النوع (T) في هذا البحث، كما أن الميزة الأكثر بروزاً لمحول (4L T-type NNPC) هي نسبة أقل من المكونات مقارنةً بالطوبولوجيا الأربعة الموجودة الأخر، كما يتم فحص أداء التحكم من حيث تتبع تيارات الحمل وموازنة الفولتية (FCs) في عاكس (NNPC) من النوع (T) في هذا التصميم، بينما يتم أيضاً النظر في التعقيد الحسابي.