اضطراب التحكم التنبؤي للعاكس المتصل بالشبكة الكهربائية

تقترح هذه الدراسة تحكماً تنبئياً نموذجياً قائماً على مراقب الاضطراب (MPC) لعاكس متصل بالشبكة بدون مستشعر الجهد الكهربائي مع مرشح حثي سعوي (LCL)، بحيث تم تصميم مقدر الحالة الكاملة ومراقب جهد الشبكة الكهربائية لتقليل عدد أجهزة الاستشعار المستخدمة.

تحليل اضطراب التحكم التنبؤي للعاكس المتصل بالشبكة الكهربائية

في الآونة الأخيرة، اجتذب التحكم بدون استشعار جهد الشبكة الكهربائية الكثير من الاهتمام لربط مصادر الطاقة المتجددة (RESs) بشبكة المرافق، كما أن الغرض الأساسي من قياسات جهد الشبكة هو استخراج زاوية طور الشبكة لمزامنة العاكس مع شبكة المرافق، ومع ذلك؛ فإن طريقة قياس جهد الشبكة التقليدية تتحمل تكلفة عالية للأجهزة وهي معقدة نسبياً نظراً للعديد من أجهزة الاستشعار المطلوبة عند استخدامها.

وللتغلب على هذا التحدي؛ فإنه يمكن استخدام تقدير جهد الشبكة لتحديد زاوية طور الشبكة، وعلاوة على ذلك يمكن للتحكم في الجهد غير المستشعر أن يخفف من الضوضاء الكهربائية وفشل مستشعرات الجهد الكهربائي، وفي تطبيقات العاكس المتصلة بالشبكة (GCI)؛ فإنه يمكن تخفيف توافقيات التبديل الناتجة عن العاكس بواسطة محث (L) أو مكثف محث (LC) أو مرشح محث-مكثف-محث (LCL).

كما يتم استخدام مرشح (LCL) على نطاق واسع لأنه يمكن أن يخفف من توافقيات تبديل تعديل عرض النبضة عالية التردد (PWM) وتقليل الحجم الكلي للمحث الكهربائي وتكلفة الأجهزة مقارنةً بالمرشحين (L ، LC)، ومع ذلك؛ فإن الخصائص المنخفضة التخميد لمرشح (LCL) الناتجة عن تردد طنين المرشح، بحيث تمثل عقبة تمنع الاستخدام العملي الأوسع لمرشحات (LCL).

كذلك يمكن أن ينشأ عدم استقرار النظام إذا تم تصميم وحدة التحكم الكهربائي بشكل غير صحيح، وعلاوة على ذلك؛ فإن معظم التحكم الحالي في (GCI) مبني على أساس نموذج رياضي، وبالتالي يتأثر أداء التحكم الحالي بشكوك معلمة (LCL) وتغير مقاومة الشبكة الكهربائية.

دراسات تقدير جهد الشبكة الكهربائية واستخراج زاوية الطور

في العديد من الدراسات السابقة، تم استخدام قانون التكيف لتقدير جهد الشبكة واستخراج زاوية طور الشبكة، وعلى وجه الخصوص تم تطوير شبكة عصبية تكيفية لتقدير جهد الشبكة، مما يسمح باستخراج حجم ومرحلة جهد الشبكة الأساسي باستخدام مرشح كهربائي متكيف، كما تضمن هذه الطريقة إمكانية الحصول على جهد الشبكة بدقة عالية.

ومع ذلك استخدمت هذه الدراسة مرشح (L)، علاوة على ذلك وفي أعمال أخرى؛ فإنه يتم استخدام التحكم في التيار التنبؤي، كما ويتم استخدام طريقة الانحدار التكيفي لتقدير جهد الشبكة، بحيث تبحث دراسة أخرى في التحكم غير المستشعر للتكيف مع التردد الكهربائي للشبكة والجهد، حيث يتم تقدير جهد الشبكة ومكونات التوافقيات في نفس الوقت.

وعلى وجه الخصوص تم تطوير نموذج النظام في إطار ثابت، وبالتالي لا يتأثر مراقب الحالة الكاملة بالتردد الكهربائي، وفي المقابل تم تقديم مخططاً غير مستشعر للجهد الشبكي قائم على المراقب والذي يقدر في نفس الوقت كلاً من التسلسلات الإيجابية والسلبية في ظل حالة الشبكة غير المتوازنة، ونتيجة لذلك يتم تحقيق مرجع تتبع سريع.

النموذج الرياضي الخاص بوصف اضطراب التحكم التنبؤي

يوضح الشكل التالي (1)، (L1 ، L2) وهي محاثات المرشح والتي يتم الإشارة إلى مقاومتها الطفيلية بواسطة (R1 ، R2) على التوالي و (Cf) هو مكثف المرشح، بحيث يمثل (VDC ،Lg) مصدر الجهد ومحاثة الشبكة غير المؤكدة على التوالي، وفي هذا البحث يتم قياس تيار جانب الشبكة والجهد (VDC) فقط، كما ويتم تحويل التيارات على جانب الشبكة إلى قيم (d-q) للإطار المرجعي المتزامن (SRF).

لذلك تم تصميم وحدة التحكم في النموذج التنبئي والمراقب الكامل وتقدير جهد الشبكة ومراقب الاضطراب القوي بناءً على نموذج إطار (d-q)، وعلاوة على ذلك يتم تقدير الجهد لاستخراج زاوية طور الشبكة للتزامن من العاكس إلى جهد الشبكة الكهربائية.

ومن خلال الشكل؛ فإنه يمكن إعطاء معادلات فضاء الحالة لنظام العاكس في (SRF) على النحو التالي:

حيث أن (x = [iq2id2iq1id1vqcvdc] T ،u = [vqinvdin] T ،e = [eqed] T)، وذلك مع (i2 ،i1 ،vc ،vin ،e) كونها تيار جانب الشبكة، تيار جانب العاكس، جهد مكثف، تحكم المدخلات والجهد غير المعروف للشبكة  على التوالي، كما أن الهدف من التحكم هو التأكد من أن تيارات جانب الشبكة (iq2 id2) تقترب من القيم المرغوبة (iqo2 ido2) بأكبر قدر ممكن في ظل وجود شكوك في المعلمة ومقاومة الشبكة.

تقدير الحالة الكاملة وتصميم مراقب الضوضاء في الشبكات

في ظل وجود شكوك في معلمة (LCL)؛ فإنه لا يمكن استخدام مقدر الجهد الكامل والشبكة (FSGV) المقدم في العمل السابق، وهكذا في هذا القسم فقد تم تصميم مراقب الاضطراب المجمع بناءً على مقدر (FSGV)، بحيث سيقدر مراقب الاضطراب المجمع تأثيرات عدم اليقين في معلمة (LCL) وتغيرات مقاومة الشبكة لإزالة خطأ تقدير (FSGV) للحالة المستقرة، أولاً يتم وصف إجراء تصميم مقدر (FSGV).

كما أن تقدير جهد الشبكة والحالة الكاملة من المفترض أن يكون عنده جهد الشبكة غير المعروف في المعادلة التالية ثابت، أي:

يمكن دمج معادلتين في شكل واحد، بحيث يمكن الحصول على علاقات جديدة على النحو التالي:

حيث أن:

كما تم تصميم تقديرات الجهد الكامل والشبكة بناءً على القياس [y (k)] على شكل:

حيث تمثل [x ^ (k) و e ^ (k)] الحالة المقدرة ومراقب جهد الشبكة على التوالي، وعلاوة على ذلك؛ فإن كل من (Lx) و (Le) هما مكاسب المراقب، كذلك يمكن تصميم مراقب الاضطراب المتكتل، بحيث لا يمكن تنفيذ مقدر (FSGV) في وجود شكوك في المعلمات، كما يجب إعادة كتابة مقدر (FSGV) باستخدام النموذج الاسمي والاضطراب المجمع على النحو التالي:

وأخيراً قدمت هذه الدراسة مخطط تحكم تنبؤي نموذجي قوي قائم على مراقب للاضطراب لعاكس غير مستشعر للجهد الشبكي يعمل بدون قياسات جهد الشبكة، كما تم إثبات أن مخطط التحكم المقترح يمكنه تقدير ليس فقط جهد الشبكة ولكن أيضاً الاضطراب المجمع للتخلص من أخطاء الحالة المستقرة في نظام العاكس.

وباستخدام مستشعر التيار من جانب الشبكة؛ فإنه يتم الكشف عن زاوية مرحلة الشبكة قبل بدء تشغيل النظام، وبالتالي تم تحسين الاستجابة العابرة للنظام، كما أثبت تحليل استجابة التردد أنه قد تم تحقيق استقرار النظام الكامل وتتبع المرجع ورفض الاضطراب، بحيث أظهرت المحاكاة والنتائج التجريبية صحة وفعالية خطة التحكم المقترحة.

وبالإضافة إلى ذلك من خلال مقارنة فعالية الطريقة المقترحة كما هو موضح في المحاكاة والنتائج التجريبية مع استراتيجية مماثلة تم اقتراحها مؤخراً في الدراسات ومع طريقة (PI) التقليدية.