اقرأ في هذا المقال
- أهمية الاستجابة الديناميكية لمرشحات الطاقة الكهربائية بتقنية CDSC
- التباين الشديد بالاستجابة الديناميكية للشبكة الكهربائية
- نظرة عامة على تقنية OLS استناداً إلى MAF و α − β CDSC
أهمية الاستجابة الديناميكية لمرشحات الطاقة الكهربائية بتقنية CDSC
في السنوات الأخيرة، شهد استخدام المحولات الإلكترونية للطاقة (PECs) على مستوى الشبكات الأرضية والشبكات الصغيرة نمواً هائلاً، وفي الواقع توفر هذه الأجهزة العديد من المزايا مثل الكفاءة العالية والحجم الاقتصادي والموثوقية العالية والاستجابة الديناميكية السريعة وما إلى ذلك، ومع ذلك غالباً ما تكون هذه المحولات الكهربائية غير خطية للغاية وبالتالي تسبب توافقيات كبيرة في أنظمة الطاقة الكهربائية.
كما أن الحل الكلاسيكي للتخفيف من هذه المشكلة هو استخدام مرشحات القدرة السلبية (PPFs)، بحيث يمكن لـ (PPFs) التخفيف من التوافقيات الأكثر شيوعاً والتعويض عن درجة من القدرة التفاعلية، ومع ذلك؛ فإن تطبيقها يميل إلى أن يزداد سوءاً في ظل انحرافات التردد الكهربائي، وعلاوة على ذلك؛ فإن مشاكل مثل مخاطر الرنين والضبط الثابت والوزن الثقيل والحجم الكبير تحد من تطبيقها.
وفي العقد الماضي، ظهرت (SAPFs) كبديل للتغلب على أوجه القصور في (PPFs)، وبالإضافة إلى قمع التوافقيات؛ فإن (SAPFs) لديها القدرة على تعويض عامل الطاقة (PF) وعدم التوازن، وذلك جزء أساسي من تنفيذ (SAPFs) هو خوارزمية تحديد تيار التعويض المرجعي (RCC)، بحيث يمكن تنفيذ هذه الخوارزمية، والتي تؤثر بشكل كبير على أداء (SAPF) بطرق مختلفة.
أيضاً يمكن تصنيف الأساليب المتاحة على نطاق واسع إلى نهج المجال الزمني ومجال التردد الكهربائي، كما تتميز تقنيات المجال الزمني مثل طريقة الإطار المرجعي المتزامن (SRF) ببساطتها وسهولة تنفيذها، كما يقدم الشكل التالي (1) (SAPF) بناءً على طريقة (SRF) لاستخراج المراكز المناخية الإقليمية، واستناداً إلى مرشحات تمرير الترددات المنخفضة الخطية، كما يمكن لتقنية (SRF) الفصل بسهولة بين الاضطرابات بسبب المركبات التوافقية والتسلسل الإيجابي للأساسي.
وعلاوة على ذلك، يمكن لطريقة (SRF) بسهولة تعويض (PF) عن طريق إجراء تحويل (Park) باستخدام زاوية الطور للجهد الكهربائي، لذلك تعد المعلومات الدقيقة لجهد الطور جزءاً مهماً يجب اكتشافه داخل خوارزمية (RCC)، كما تم اقتراح عدة أنواع من تقنيات التزامن في الدراسات يعد استخدام حلقة (SRF) ذات القفل الطوري (يشار إليها فيما يلي باسم SRF-PLL) الطريقة الأكثر شيوعاً لمزامنة العاكس المرتبط بالشبكة الكهربائية.
(SRF-PLL) هو نظام غير خطي مغلق الحلقة يقوم بمزامنة الخطأ بين المدخلات والمخرجات في الطور والتردد، كما يمكن أن توفر (SRF-PLLs) أداءً جيداً في ظل ظروف الشبكة الاسمية، ومع ذلك؛ فإن أداؤها يميل إلى التدهور عندما تخضع الشبكة لظروف قاسية، بحيث يمكن التخفيف من هذه المشكلة عن طريق تضييق النطاق الترددي في إجراء الضبط. هذا الحل، ومع ذلك سيكون على حساب الاستجابة البطيئة أثناء العابرين.
التباين الشديد بالاستجابة الديناميكية للشبكة الكهربائية
في ظل التفاوت الشديد بالشبكة الكهربائية، يمكن لتقنيات (OLS) أن تؤدي أداءً كافياً عن طريق دمج المرشحات الكلاسيكية مثل محلول المربع الصغرى غير الخطي وتحويل فورييه المنفصل (DFT) ومرشح كالمان والمنخفض – مرشح الشق ومرشح المتوسط المتحرك، ومع ذلك تحتوي هذه المرشحات على سلوك يعتمد على التردد الكهربائي.
مما يعني أن قدرتها على رفض الاضطراب تتدهور في ظل انجرافات التردد، ومن أجل التغلب على هذا القيد، تم اقتراح هيكل تنظيمي والذي يعتمد على المرشحات بالتردد المقدر، ومع ذلك؛ فإن التوصيل المتسلسل للمرشح بمقدر التردد قد يؤدي إلى مشاكل عدم الاستقرار بسبب حلقة التغذية الراجعة للتردد، لذلك يتطلب هذا الحل تحليل ثبات دقيق، مما يشير إلى أن هذه التقنية ليست تقنية (OLS) بدقة.
يتم استخدام مقدر التردد الثاني بشكل منفصل عن مقدر الطور لاعتماد المرشحات، ومن ثم؛ فإن طريقة (OLS) تحافظ على خصائصها وتظل مستقرة، ومع ذلك فإن إضافة مقدر تردد إضافي يؤدي إلى زيادة عبء الحساب والتعقيد، علاوة على ذلك؛ فإن حساب الدوال المثلثية (الجيب وجيب التمام) مطلوبة في معظم التقنيات التي تعتمد على تزامن الحلقة المفتوحة.
كما تعتمد تقنية (OLS) على تم اقتراح مرشح (α − β) لإلغاء الإشارة المتأخرة المتتالية (α − β CDSC)، بحيث يتم تنفيذ كاشفات الطور والتردد بشكل منفصل، مما يجعل التقنية مستقرة تماماً، وعلاوة على ذلك لا تحتاج هذه التقنية إلى حساب الدوال المثلثية، وهي ميزة لأجهزة التنفيذ الرقمية الرخيصة، ومع ذلك في ظل وجود التوافقيات ذات الترتيب الفردي وإزاحة التيار المستمر، تتطلب الاستجابة العابرة لهذه التقنية دورة واحدة على الأقل للوصول إلى الحالة المستقرة.
نظرة عامة على تقنية OLS استناداً إلى MAF و α − β CDSC
يمكن التعبير عن جهد الشبكة لنظام طاقة ثلاثي الطور في كل من متجه الفضاء الدوار والمجال الزمني على التوالي على النحو التالي:
حيث (a) هو عامل دوران بطول الوحدة ويتم التعبير عنه على النحو (a = ej2π3 = −1 / 2 + j3 – √ / 2)، كما ويتم تعيين (k) على (0) و (1) و (1) لثلاث مراحل من النظام، بحيث يمكن تحقيق تنسيق جهد الشبكة في الإطار المرجعي الثابت على النحو التالي:
لاحظ أنه في المعادلة التالية يمكن أن تمثل (Vα) الجزء الحقيقي من التنسيق، بينما (Vβ) هي الجزء التخيلي، مما يعني أن التحول بينهما هو (π / 2) استناداً إلى النظرية الأساسية للجبر، بحيث يمكن التعبير عن الحجم والمرحلة الفورية لجهد الشبكة على التوالي على النحو التالي:
ونظراً لأن جهد الشبكة حتى الآن يعتبر متوازنًا وخاليًا من التوافقيات؛ فيمكن تبسيط المعادلة السابقة على النحو التالي:
بعد ذلك، يمكن تقدير التردد (ω) للنظام باشتقاق (θ ^)، وذلك كما تمت صياغته في المعادلة التالية:
ومع ذلك، ونظراً لأنه في العديد من التطبيقات، بحيث يمكن أن يكون جهد الشبكة ملوثاً وغير متوازن بشكل متناغم؛ فيمكن تمثيله على النحو التالي:
حيث تدل (hwt) و (h) على التوالي على زاوية الطور الآني والمرحلة الأولية لكل متناسق، كما يمكن أن تكون (h) بالترتيب التالي (± 1 ، ± 2 ، ± 3 ، … إلخ)، كما تشير العلامات (+) و (-) على التوالي إلى التسلسل الموجب والسالب لكل متناسق فيما يتعلق بالمكون الأساسي، بحيث يصبح تقدير زاوية الطور في وجود الاضطراب أكثر تعقيداً.
ومن الجدير بالملاحظة أن مرحلة الإشارة الأساسية التي تم الحصول عليها من المعادلات السابقة هي إشارة متكررة متزايدة في شكل مثلث قائم الزاوية، حيث إن دمج (MAF) (الشكل 2 (A)) الذي يعمل كمرشح خطي؛ فإنه يمكن أن يرفض الاضطراب بعرض النافذة (Tw) الذي يتوافق مع نوع الاضطراب (التلوث التوافقي وعدم الاتزان وإزاحة التيار المستمر). بالنسبة لإشارة معينة [A (t)]، والتي يمكن أن تكون جهداً أو تياراً، بحيث يمكن التعبير عن تطبيق (MAF) في المجالات المستمرة والمنفصلة على النحو التالي:
ونظراً لأن الإشارات الدورية تتميز بالتكرار في كل دورة معينة؛ فقد تم تصميم (MAF) لتقدير القيمة المتوسطة للاضطراب عن طريق تخزين كمية معينة من البيانات وطرحها من سلبيتها المماثلة، وذلك من أجل تسهيل سلوك (MAF)، بحيث تمت صياغة مجال لابلاس لوظيفة النقل الخاصة بـ (MAF) على النحو التالي:
