استراتيجية مُحسَّنة للتحكم في تردد الشبكة الكهربائية

أهمية وجود استراتيجية مُحسَّنة للتحكم في تردد الشبكة الكهربائية

مع زيادة الأحمال غير الخطية والمحولات الإلكترونية للطاقة في الشبكة الكهربائية، أصبحت مشكلة جودة الطاقة قضية حيوية في البحث الحالي حول شبكة التوزيع الذكية، وذلك كواحد من منظمات جودة الطاقة، بحيث لا يمكن لـ (APF) فقط إدراك قمع التيار التوافقي ولكن أيضاً إكمال تعديل الوقت الحقيقي للقدرة التفاعلية.

كما أظهرت العديد من الأبحاث أن فعالية التعويض التوافقي لـ (APF)، والتي تعتمد بشكل أساسي على أداء التحكم في حلقة التيار الداخلي، كما تم اقتراح العديد من استراتيجيات التحكم الحالية لـ (APF)، ونظراً لهيكل التحكم البسيط والاستجابة السريعة، يتم تطبيق جهاز التحكم في التباطؤ الحالي على نطاق واسع لاشتقاق إشارات التبديل من خلال مقارنة نطاق تخلفيه ثابت مع خطأ تتبع التيار الكهربائي في التعويض التوافقي.

ومع ذلك، يتم إدخال تردد تعديل متغير في (APF)، مما يؤدي إلى صعوبة تصميم مرشحات الإخراج لقمع الرنين غير المرغوب فيه، كما يتم استخدام وحدة تحكم (PI) في أنظمة إحداثيات دوران متزامنة متعددة باستخدام (PLL)، بحيث يمكن تحويل المكونات التوافقية المحددة لتيار الحمل إلى متغيرات تيار مستمر في عملية التحكم.

لذلك يمكن تتبع متغيرات التيار المستمر بدون خطأ ثابت بواسطة وحدة تحكم (PI)، ومع ذلك؛ فإن مرونة التحكم في (PI) غير مرضية، وهي محدودة للتطبيق في بعض الأحمال مع التوافقيات الخاصة، وذلك استناداً إلى مبدأ النموذج الداخلي.

بحيث يمكن للتحكم المتكرر تتبع الإشارة الدورية بدون خطأ ثابت، مما قد يجعل النظام يتمتع بأداء تتبع بحالة مستقرة مُرضية، ونظراً لأن الكسب العالي في الترددات التوافقية المتعددة المتكاملة يتم الحصول عليها عن طريق التأخير الزمني؛ فإن استجابة الحالة الديناميكية الضعيفة تصبح عيباً لا مفر منه، وكطريقة تحكم رقمية ذات كفاءة عالية، يتم تطبيق التحكم في النبضات على نطاق واسع في الحلقة الداخلية الحالية لـ (APF) نظراً لتوصيفها الرياضي الواضح ودقة التتبع العالية والاستجابة الديناميكية السريعة.

حالياً تركز الأبحاث الخاصة بالتحكم في الضربات بشكل أساسي على تحسين خوارزمية التنبؤ الحالي للأوامر واستراتيجية التحكم في تتبع الأوامر الحالية؛ فيما يتعلق بالتنبؤ الحالي للأمر، تم اعتماد خوارزمية للتنبؤ بالاستقراء، والتي تأخذ مباشرة الأمر الحالي في فترة أخذ العينات الحالية كقيمة التنبؤ، وعلى الرغم من أن سرعة الحساب سريعة بدون تنبؤ حقيقي، إلا أن تنبؤ الاستقراء يمكن أن يتسبب في زيادة خطأ التنبؤ وتقليل دقة التحكم الديناميكي، خاصة عندما يتقلب الحمل بشكل متكرر.

نموذج مكافئ من ثلاث مراحل APF ومبدأ التحكم

النموذج الرياضي المكافئ من ثلاث مراحل (APF): لتجنب التلوث التوافقي في تيار جانب الشبكة، يشتق (APF) التيار المقابل لإزالة المكونات التوافقية للحمل الكهربائي، وذلك كما يظهر الشكل التالي (1) لطوبولوجيا (APF) ثلاثية الطور وهيكل التحكم الكلي، حيث يكون لدينا جهد الشبكة، (uo) هو جهد الخرج و (ic) هو تيار الخرج لـ (APF)، وهو تيار جانب الشبكة و (iL) هو تيار الحمل غير الخطي.

تجاهل المقاومة الطفيلية للمحث، مع الاتجاه المرجعي لكل متغير في الشكل (1)؛ فإن النموذج الرياضي المكافئ لـ (APF) في المجال الزمني الموصوف بواسطة المعادلة التفاضلية هو:

ومن خلال تقدير المعادلة السابقة؛ فإنه يمكن الحصول على:

حيث أن (Ts) هي فترة أخذ العينات لوحدة التحكم (للتبسيط، سيتم حذف الرمز x في التحليل التالي).

مبدأ استراتيجية السيطرة على النبضات: من الناحية المثالية، إذا كان من الممكن تتبع تيار الأمر في فترة أخذ العينات؛ فيمكن الحفاظ على أداء التعويض التوافقي المتوقع أي:

يمكن الاستدلال أن تيار الإخراج الفعلي لـ (APF) سيتخلف عن تيار الأمر المقابل لفترتين من العينات، لذلك في استراتيجية التحكم في النبضات التقليدية؛ فإنه يجب التنبؤ بتيار الأمر بفترتين لأخذ العينات مقدماً (يجب توقع فترتي أخذ العينات (i ∗ c (k + 2) في kTs− (k + 1) Ts)، حيث أن الغرض من هذا التوقع هو التأكد من أن الهدف المتعقب للتيار الناتج في الفترة الحالية هو الأمر الحالي في نفس الفترة، حيث أن جهد الأمر العملي الذي تم تحميله عند [(k + 1) Ts].

وبناءً على المناقشة أعلاه، يظهر التسلسل الزمني للتحكم التقليدي في النبض في الشكل التالي (2).

هيكل التحكم العام: في الشكل السابق (1)، يتكون هيكل التحكم العام لـ (APF) من استخراج التيار التوافقي وتنبؤ تيار الأمر واستراتيجية التحكم في النبضات في الحلقة الداخلية الحالية ووحدة التحكم في الجهد الجانبي للتيار المستمر، وفي قسم التنبؤ الحالي للأوامر؛ فإنه يتم توقع الأمر الحالي [i ∗ c (k + 2)] باستخدام التيار التوافقي [i ∗ c (k)] للحمل في فترة أخذ العينات الحالية.

كما أنه يتم حساب جهد إخراج الأمر [u ∗ o (k)] من خلال استراتيجية التحكم في ضربات ميتة ويتم إنشاء إشارات التبديل بواسطة قسم (SPWM)، بحيث يمكن لجهاز التحكم (PI) أن يثبّت الجهد الجانبي للتيار المستمر، كما ويخرج تيار التحكم [iΔp (k)]، والذي يضاف إلى قسم استخراج التيار التوافقي.

تحسين التنبؤ المتكرر الحالي للقيادة الكهربائية

حدود خوارزمية التنبؤ المتكرر الحالية للأمر التقليدي: عندما يكون الحمل غير الخطي في حالة مستقرة؛ فإن التيار التوافقي [i ∗ c (k)ٍ] التيار المتوقع [i c (k + 2)] والخطأ بين [i ∗ c (k + 2)] والتيار التوافقي الفعلي عند [(k + 2)] سوف يكون الخبر دورياً، لذلك يمكن اعتماد التحكم المتكرر لإزالة هذا الخطأ، كما يمكن رؤية هيكل استخراج التيار التوافقي وخوارزمية التنبؤ المتكرر الحالية في نظام إحداثيات (abc) في الشكل (3).

لذلك يتكون التنبؤ المتكرر من تراكم الأخطاء وتعويض الرصاص، بحيث يتم إرسال خطأ التنبؤ [e (k)] إلى تراكم الأخطاء، وبعد تعويض الرصاص؛ فإنه يتم حساب مكون التصحيح (H) وإضافته إلى التيار التوافقي [i ∗ c (k)] فترتا عينات مقدماً لتحقيق نتيجة التنبؤ [i ∗ c (k +2)] قريبة من القيمة الفعلية.

خوارزمية التنبؤ السريع التكرار لقيادة التيار ضد تذبذب تردد الشبكة: كما في الشكل السابق (3)؛ فإنه يتم تطبيق استخراج تيار متناسق يعتمد على تحويل (abc / dq)، وبالنسبة لنظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك، لا يوجد (3) ومضاعفاته المتكاملة تطلب تياراً متناسقاً، بالإضافة إلى ذلك لا يتم اعتبار التوافقيات ذات الترتيب الزوجي في مثل هذا النظام، وللأسباب المذكورة أعلاه؛ فإن ترتيب المكونات التوافقية للحمل غير الخطي هو [6k ± 1 (k = 1، 2،3 ….)].

وبالنسبة لتيار التسلسل الموجب ذي الترتيب (n)، وبعد تحويل (abc / dq)؛ سيصبح ترتيب المكونات على محوري (d) و [q (n -1)]، وبالطريقة نفسها بالنسبة لتيار التسلسل السلبي ذي الترتيب (n)، وذلك بعد التحويل سيصبح ترتيب المكونات على محوري (d) و [q (n + 1)].

ومن التحليل أعلاه في نظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك؛ سيتم تحويل المكون التوافقي [(n -order (n∈ 6k ± 1)] إلى ترتيب زوجي بعد تحويل (abc / dq)، بحيث يتم عرض مراسلات التردد الكهربائي بين نظام إحداثيات (abc) و (dq) في الجدول التالي.

لذلك، سيتم تقليل فترة تراكم الأخطاء إلى النصف إذا تم نقل التنبؤ المتكرر إلى نظام إحداثيات (dq)، وفي الوقت نفسه، سيتم تقليل (N) إلى (N / 2)، بحيث يمكن تصحيح قيمة التنبؤ مرتين في دورة شبكة طاقة واحدة، مما يجعل خوارزمية التنبؤ المقترحة تحقق دقة تنبؤ أعلى من تلك التقليدية، وهذا يعني أن سرعة التصحيح لقيمة التنبؤ تصبح أسرع، بحيث يظهر هيكل خوارزمية التنبؤ السريع التكرار المقترحة في الشكل التالي (4).