الاستقرار الديناميكي لسلوك الشبكة الكهربائية أحادية الطور

من خلال إدخال مسار التغذية المرتدة في حلقة التحكم في التدلي التقليدية للشبكة الصغيرة الجزرية، بحيث يمكن تحقيق سعة الجهد واستعادة التردد الكهربائي بشكل فعال باستخدام التحكم الثانوي، ومع ذلك؛ فإن استخدام روابط اتصالات النطاق الترددي المنخفض (LBC) وتأخيرات الاتصال وانخفاض البيانات الأساسية.

تقدير الاستقرار الديناميكي لسلوك الشبكة الكهربائية أحادية الطور

مع زيادة تغلغل وحدات التوليد الموزع (DG)، تجذب الشبكة الدقيقة التي يهيمن عليها العاكس المزيد والمزيد من الاهتمام لتعزيز استخدام الطاقة المتجددة، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري، بحيث يمكن تشغيل الشبكة المصغرة في كل من الأوضاع المتصلة بالشبكة والمستقلة بسبب مرونة التحكم الخاصة بها، وخاصةً في الشبكة الصغيرة المحاطة بالجُزر، كما يكون التحكم في التدلى قادراً على تحقيق تقاسم الطاقة بين وحدات (DG) المتوازية من خلال محاكاة الخصائص الخارجية للمولدات المتزامنة.

كذلك يعتبر التحكم التقليدي في التدلي المستند إلى القياس المحلي هو التنفيذ البسيط والتكلفة المنخفضة بسبب عدم وجود روابط اتصال، ومع ذلك؛ فإن التحكم في التدلي يتعرض لخطأ الحالة المستقرة عندما يتغير الحمل الكهربائي بشكل مفاجئ، وذلك لأن سعة جهد الخرج وتردد العاكس ينحرفان عن قيمهما المقدرة ووفقاً لذلك؛ فإنه يمكن اعتماد استراتيجية تحكم ثانوية تكميلية لاستعادة سعة الجهد وانحراف التردد الناجم عن التحكم التقليدي.

إجراءات التحكم الثانوي بالشبكة الكهربائية أحادية الطور

كما يتم تقديم تحكم ثانوي موزع قائم على الإجماع لتحسين دقة تنظيم الجهد، بحيث يتم استخدام التحكم في الجهد الثانوي التنبئي النموذجي الموزع لتقليل وقت تقارب سعة الجهد، إلى جانب ذلك تم تصميم عنصر تحكم في الجهد الثانوي الموزع على أساس تقنية وضع انزلاق الشبكة العصبية (RBF)، وذك لتقليل تذبذب الجهد في عملية تنظيم الجهد الكهربائي.

وعلاوة على ذلك، يُقترح بأن التحكم في الجهد الثانوي الموزع المقاوم للضوضاء والتحكم في التردد، ولاستعادة الانحراف مع مراعاة اضطراب الضوضاء الإضافي في القياس، ومع ذلك وعلى الرغم من تعزيز قوة النظام واستقراره عن طريق التحكم الثانوي المحسن المذكور أعلاه؛ فإنه لا تزال موثوقية الشبكة الصغيرة تتأثر باستخدام خطوط الاتصال.

واضافة الى على ذلك؛ فإن الإشارات الزمنية المختلفة قليلاً بين العاكسات الناتجة عن انجراف الساعة وتأخيرات الاتصال غير المؤكدة وانخفاض البيانات الأساسية وحتى فشل الاتصال، كما أنه قد يتسبب أيضاً في تشغيل شبكة (microgrid) غير موثوقة.

نمذجة الإشارات الصغيرة للشبكة الكهربائية أحادية الطور

يبجث هذا القسم مخطط الكتلة للشبكة الكهربائية الدقيقة أحادية الطور المدروسة في إطار هجين باستخدام طريقة التحكم في التدلي القائمة على (BPF)، بحيث تشتمل الدائرة الرئيسية على العاكسات ومرشحات (LC) وممانعات الخط وحمل مقاوم متصل كناقل مشترك.

كما لوحظ بأنه يتم ترشيح طاقة خرج العاكس بواسطة (BPF) في هذا النطاق، وذلك بدلاً من مرشح الترددات المنخفضة (LPF)، وعلاوة على ذلك تم اعتماد وحدة تحكم تكاملية (PI) للتحكم الكهربائي في جهد الإطار المرجعي المتزامن (SRF)، والذي يحقق تتبع خطأ الحالة المستقرة الصفري لإشارات التيار المتردد.

ومن أجل تنفيذ تحليل الاستقرار لنظام (microgrid) الجزري أحادي الطور، بحيث يتم اشتقاق نموذج إشارة صغير منخفض الترتيب للنظام في هذا القسم، والذي يتكون من جزأين، بما في ذلك القوة النشطة والمتفاعلة للعاكسات و (BPF-) الخاص بحلقة التحكم القائمة على التدلى.

نموذج الإشارة الصغيرة للقدرة الكهربائية النشطة والمتفاعلة

عندما تتكون الشبكة الصغيرة الجزرية من محولات أحادية الطور متصلة بالتوازي تعمل في حالة مستقرة، كما يمكن أن تكون العاكسات مكافئة لمصادر الجهد المثالية التي تُرى من طرف خرج المرشح، بحيث يمكن وصف كل عاكس بتياره الخطي وحالاته الطرفية، مثل سعة الجهد والطور والتردد الزاوي مع إهمال الحالات الداخلية للعاكس، وبالتالي يمكن الإشارة إلى الدائرة المكافئة للشبكة الجزرية أحادية الطور ذات الطور الواحد بواسطة الشكل التالي (1).

نموذج الإشارة الصغيرة لحلقة التحكم في التدلي المعتمدة على (BPF)

من الجدير بالذكر أن الأداء الديناميكي للنظام تهيمن عليه حلقة التحكم في التدلي الخارجية نظراً لعرض النطاق الترددي للتحكم المنخفض جداً مقارنةً بالجهد الداخلي وحلقات التحكم الحالية، أي بافتراض عدم وجود اقتران متبادل بين الحلقات الخارجية والداخلية، وبالتالي فإنه يمكن إهمال تأثير وحدات التحكم ذات الحلقة المزدوجة على ديناميكيات النظام.

وفي هذه الحالة؛ يمكن اعتبار العاكس مصدر جهد مثالي، أي أن الجهد الكهربائي المرجعي المركب بواسطة التحكم في التدلي القائم على (BPF)، بحيث يساوي جهد الخرج الفعلي للعاكس، وعلى وجه التحديد؛ فإنه يظهر في الشكل التالي (2)، وهو النموذج الخطي لحلقة الطاقة مع التحكم في التدلي القائم على (BPF).

تحليل التوازن والأداء الديناميكي لشبكة Microgrid

في هذا القسم يتم التنبؤ بالاستقرار والأداء الديناميكي للشبكة المصغرة من خلال رسم موقع تباين القيمة الذاتية لمصفوفة النظام، وهي معلمات النظام ونقطة التوازن مدرجة في الجدول التالي، بحيث بأخذ معاملات التحكم في التدلي النشط والمتفاعل وعرض النطاق الترددي لـ (BPF) ومقاومة الحمل كمتغيرات، كما أنه يمكن رسم موضع القيمة الذاتية [λi (i = 1،2،3 ، … ، 9،10)] للتنبؤ بالأداء الديناميكي و استقرار النظام.

وعلى وجه التحديد، يتم تمثيل نسبة التخميد للنظام بالرمز (ζ) و [ζ = −cos (∠λi)]، كما أنه من الجدير بالذكر أن استقرار النظام مرتبط بشكل أساسي بقيم (eigenvalues) بالقرب من المحور التخيلي وتهيمن على نسبة التخميد للنظام القيم الذاتية المغلقة بالمحور الحقيقي.

• تحليل القيمة الذاتية في ظل تغيرات معامل التحكم: في هذا النطاق تم فحص حساسية القيم الذاتية لمعامل التحكم في التدلي النشط (MP)، وذلك عندما يتم تغيير (mp) من (0.0001) إلى (0.05)، كما يتم تحديد ثلاث قيم نموذجية لـ (fch)، أي (1) هرتز، (3) هرتز، (4) هرتز، كما وتبقى بقية معلمات النظام دون تغيير.

• تحليل القيمة الذاتية وتغير معامل التحكم التفاعلي في التدلي: في هذا النطاق يتم عرض مواقع القيمة الذاتية، وعندما يتغير معامل التحكم في التدلي التفاعلي (nq)، وذلك من (0.0001 إلى 0.05)، وذلك في نفس الوقت، بحيث يتم أخذ ثلاثة معاملات مختلفة للتحكم في التدلي النشط (mp) في الاعتبار، كما يمكن ملاحظة أن النظام مستقر لأن جميع قيم (eigenvalues) موجودة في نصف المستوى المقابل.

وأخيراً في هذا المجال تم تمديد التحكم في التدلي المستند إلى (BPF) أولاً إلى الشبكة الدقيقة أحادية الطور مع حلقة التحكم في الجهد (SRF) لتحقيق استعادة الانحراف، وهو أمر عالمي وقابل للتطوير في كل من الطور الأحادي والشبكة المصغرة ثلاثية الطور، والأهم من ذلك أن أي خطوط اتصال وحلقات تحكم إضافية غير مطلوبة بالمقارنة مع التحكم الثانوي، مما يحسن التشغيل الموثوق للنظام.

إلى جانب ذلك ؛فإنه يتم اشتقاق نموذج مساحة الحالة ذات الترتيب المنخفض للنظام لاحقاً عن طريق إهمال الحالات السريعة الداخلية (حلقات التحكم الداخلية ومرشحات LC) للعاكسات، كما يتم تحليل استقرار الإشارة الصغيرة للنظام في حالة معلمات النظام المحولة بناءً على قيم (eigenvalues loci) لمصفوفة النظام، والتي تُظهر ثباتاً جيداً وقوة وخصائص مفرطة التخميد تحت نطاق تباين كبير من متطلبات التحكم.