الإشارة الصغيرة في القدرة الكهربائية التفاعلية لنظام VSC

تحليل الإشارة الصغيرة في القدرة الكهربائية التفاعلية لنظام VSC

تشهد أنظمة القدرة الكهربائية استخداماً متزايداً لنقل (HVDC)، ووفقاً لذلك يتم وضع المزيد والمزيد من المحولات على مقربة كهربائية حثيثة من بعضها البعض، مما يشكل أنظمة (MI-HVDC) في شبكات التيار المتردد، ونظراً لأن المكونات النشطة الرئيسية كما يتضح من “نظام التيار المتردد” هي الأجهزة الإلكترونية للطاقة؛ فإن التحقيق في تفاعلاتها المتبادلة وتأثيرها على شبكة التيار المتردد.

كما يعتمد إلى حد كبير على المنهجيات التي تُستخدم أيضاً في البحث فيما يتعلق بأجهزة (FACTS) الأخرى، على سبيل المثال مصفوفة الكسب النسبي (RGA) أو في أغلب الأحيان تحليل استقرار الإشارة الصغيرة، كما أن عدة عقود من الخبرة تمخضت في تطبيق أنظمة (LCC-HVDC)، بحيث تمت دراسة تشغيلها والتحكم فيها بدقة، كما هو الحال بالنسبة لأنظمة (MI-HVDC) مع هذه الأنواع من المحولات.

كما أنه تم أيضاً تقديم أنظمة التغذية المتعددة التي تحتوي على كلا النوعين من المحولات (VSC و LCC)، والتي تسمى عادةً أنظمة (MI-HVDC) الهجينة في الدراسات وعلى سبيل المثال تم إجراء تحقيق في تأثير إعدادات معلمات نظام التحكم على استقرار الإشارة الصغيرة في نظام (MI-HVDC) الهجين، مما يوضح الأهمية الكبيرة لمكاسب الحلقة المقفلة الطور (PLL) في محطات (VSC ،LCC) ومكاسب وحدة التحكم في جهد التيار المتردد في محطة (VSC).

كما درس الباحثون تأثير قوة نظام التيار المتردد عند نقطة الاقتران المشترك (PCC) لمحطة (LCC-VSC) وطول خط الربط بين محطتي العاكس (LCC) و (VSC) على ديناميكيات الإشارة الصغيرة للنظام، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه تم إجراء تحسين لمعطيات التحكم لتعزيز استقرار نظام (MI-HVDC) الهجين المتصل بشبكة تيار متردد ضعيفة نسبياً.

ومع ذلك، تم تكريس قدر أقل من الاهتمام لأنظمة (MI-HVDC) التي تتكون فقط من محولات (VSC)، كما تم تطوير خوارزمية تدفق الطاقة، بما في ذلك حدود التيار والجهد لجميع المحولات، كذلك تم استخدام تحليل حساسية القيمة الذاتية لتنفيذ التحكم في منطقة واسعة لتخميد أنماط التأرجح، أيضاً تم التحقيق في تأثير حلقات التحكم الخارجية على الإشارة الصغيرة والاستقرار العابر في نموذج نقل شمال اسكتلندا وتم توسيعه بشكل أكبر من خلال تنفيذ ومقارنة مناهج ضبط مختلفة للتحكم في جهد التيار المتردد.

نهج التنفيذ الخاص بنمذجة الإشارة الصغيرة

في الشكل التالي (1)، يتم عرض تكوين نظام (MI-HVDC) المدروس، كما ويتألف من محولين (VSC) متصلين ببعضهما البعض بواسطة خط التيار المتردد، ومع محول واحد متصل بشبكة خارجية، بحيث يتم تمثيله كمصدر جهد خلف نسبة ماس كهربائي، وهناك مقاومة (SCR)، كما يمثل هذا التكوين العام نموذجاً مصغراً لنظام (AC / DC)، كما وقد تم استخدامه أيضًا في عدد من الدراسات.

وعلى سبيل المثال تم اختياره في هذا الطرح للحصول على رؤية أوضح لسلوك النظام من أجل توفير إرشادات مفيدة لأنظمة (MI-HVDC) الأكثر تحديداً، كما تم تصميم شبكة التيار المتردد في إطار مرجعي عالمي (DQ)، وذلك مع كل من المحولات في إطار مرجعي محلي (dq).

كما يعتمد نموذج محول الطاقة الكهربائية، والمستخدم في هذه الدراسة على التمثيل المبسط لمتوسط ​​الوقت لمحول (MMC)، وهو المعدل لتحليل استقرار الإشارة الصغيرة الذي تم تطويره، كذلك يتم حساب الديناميكيات الداخلية بمجموع إجمالي صفر طاقة متتالية (w) و (d.c)، وهو مكون من التيار الكهربائي المتداول (ic ، z)، والموصوف بالمعادلات التالية:

حيث أن:

(vd،vq): هما الفولتية (PCC) في الإطار المرجعي المحلي (dq) للمحول.

(id،iq): هما تيارات المحول في نفس الإطار المرجعي (dq ، vc ، z) والجهد الذي يقود التيار المتداول.

(ra،la): مقاومة الذراع والتحريض.

(ceq): السعة المكافئة للوحدة الفرعية (ωb) التردد الأساسي.

ومن أجل التحكم بشكل مستقل في الطاقة النشطة والمتفاعلة؛ فإنه يتم استخدام التحكم القياسي في ناقل الحركة وربط الطاقة النشطة بالمكون (d) والقوة التفاعلية مع المكون (q) لمحول المحول الحالي، بحيث يتضمن نموذج المحول أيضاً مرشحات تمرير منخفضة للطاقة النشطة والمتفاعلة للمحول ولجهد التيار المتردد والتيار المستمر المستخدمة في حلقات التحكم الخارجية.

وعلاوة على ذلك يتم تضمين مرشحات “تمرير الترددات” المنخفضة (بترددات قطع مختلفة مقارنة بالترددات المستخدمة في حلقات التحكم الخارجية)، وكذلك لجهد (PCC) في وحدة التحكم في “التيار الداخلي” وفي وحدة التحكم (PLL).

كما يظهر هيكل التحكم في المحول في الشكل التالي (2)، وذلك مع الوصف التالي للرموز المتبقية المستخدمة (rf ، lf)، وهما مقاومة الفلتر والحث (cdc)، والذي يمثل سعة كابل التيار المستمر، (idc) تيار كبل جانب التيار المستمر  (vD ، Q)، وهو جهد (PCC) في الإطار المرجعي (DQ) المشترك، كذلك تشير (iD ، Q) الى تيار المحول في الإطار المرجعي (DQ) المشترك.

كذلك (ΔΘ) تمثل فرق الطور الكهربائي بين الإطارات المرجعية، (p ، pac ، m) المرجع والقوى النشطة المقاسة، [v ∗ dc ، vdc ، f] المرجع والجهد المصفى للتيار المستمر (w ∗) القيمة المرجعية لمجموع الطاقة الكلية الصفرية للمحول، (i d ، i q) القيم المرجعية للتيارات المتناوبة، (i ∗ c] ، z]) القيمة المرجعية للتيار المتداول ذي التسلسل الصفري، (e d ، q) و (v c ، z) هي القيم المرجعية لجهود المحول التي تقود التيار المتردد والتيارات المتداولة.

كذلك تم تصميم خط نقل التيار المتردد مع سلسلتين متصلتين من مقاطع (PI) مع مجموعات مجمعة، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (4)، كما تشير الرموز (rline ، lline ، cline) إلى مقاومة خط النقل والحث والسعة على التوالي، وذلك مع طول الخط (L)، كما يتم التحقق من كفاية نموذج خط المقطع (PI) من خلال مقارنة خصائص التردد الخاصة به مع نموذج الخط المعتمد على التردد الكهربائي في (PSCAD) لمعطيات الخط المستخدمة في البحث وخط التيار المتردد بطول (200) كم.

كما يتطابق النموذجان جيداً مع الترددات التي تقل عن (300) هرتز (حوالي 2000 راديان / ثانية) كما يمكن ملاحظته من الشكلين (5-A) و (5-B)، وقد لوحظ أيضاً أنه بالنسبة لأطوال الخطوط الأطول؛ فإن تردد المطابقة يتحرك قليلاً، ولكن ليس بشكل كبير للقيم الأقل.

لذلك؛ فإن استخدام قسمين (PI) لنمذجة خط التيار المتردد له ما يبرره للترددات داخل عرض النطاق الترددي المعني (التحكم الخارجي للمحول) ولأطوال خط التيار المتردد المرصودة، وذلك في اعتبارات أخرى بحيث لا تؤخذ في الاعتبار سوى الأساليب ضمن هذا النطاق الترددي لأغراض المقارنة.

ونظراً لأن التركيز في هذا الطرح ينصب على ديناميكيات جانب التيار المتردد للمحولات وعلى تأثير حلقات التحكم الخارجية أو البطيء للمحولات الكهربائية؛ فقد تم تصميم خطوط (HVDC) بواسطة مصدر حالي خلف مكثف يمثل السعة المكافئة لكابل (HVDC).