اقرأ في هذا المقال
يقدم هذا البحث إستراتيجية التحكم الموزعة والتي تعتمد على التحكم في وضع الانزلاق الغامض (FSMC) للتحكم في الطاقة لبنية تحتية مدمجة مع شبكة صغيرة للتيار المستمر، والتي تتضمن أنظمة الطاقة الكهروضوئية وخلايا الوقود وأنظمة تخزين الطاقة مع المركبات الكهربائية الموصولة بالكهرباء (PEVs).
تقدير عملية الانزلاق الغامض للطاقة الكهربائية والبنية التحتية
أتاح الربط البيني لمصادر الطاقة الموزعة ومخازن الطاقة إمكانية توقع الشبكات الصغيرة، سواء في أشكال التيار المتردد والتيار المستمر، وفي الآونة الأخيرة حظيت مصادر الطاقة المتكاملة للبنية التحتية بمزيد من الاهتمام، ويرجع ذلك إلى زيادة تنفيذ أنظمة تخزين الطاقة بالتيار المستمر والمركبات الكهربائية الموصولة بالكهرباء ومصادر الطاقة المتجددة للتيار المستمر للتطبيقات السكنية والتجارية.
وعلاوة على ذلك ومع مراعاة الاستدامة البيئية العالمية وأمن الطاقة في جميع أنحاء العالم، لذلك لا ينبغي أن يكون هذا مفاجئاً، ونتيجة لذلك أصبح تطوير تقنيات الشبكة الذكية وتنفيذ (DC microgrid) جذاباً للغاية وعملياً في صناعة البناء، وبالإضافة إلى ذلك تعتبر المنازل الذكية والمباني عموماً مزيجاً مناسباً من الراحة الشاملة واستهلاك الطاقة والاستدامة من خلال استخدام التقنيات الذكية والمستدامة.
لذلك يوفر اتصال التيار المستمر لمصادر الطاقة المتجددة إمكانية تحكم أكبر، حيث إنه يلغي الحاجة إلى التزامن وتعويض القدرة التفاعلية، وهو المطلوبين لتركيبات التيار المتردد، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يتم فصل التوصيل البيني للتيار المستمر تماماً عن شبكة المرافق باستخدام محولات الطاقة الإلكترونية، بحيث يتيح ذلك الانتقال السلس بين الوضعين المتصلين بالشبكة الكهربائية وخارجها.
الدراسات التي تبين مدى ارتباط الانزلاق والبنية التحتية
بالنسبة الى دائرة الدراسات البحثية المنشورة؛ فإنه من الواضح أن الطاقة المتجددة مع السيارات الكهربائية الموصولة بالكهرباء وتوفير الطاقة أيضاً للمجمع السكني هي قضية تحتاج إلى معالجة دقيقة، وفي هذه الدراسات المنشورة ومن وجهة نظر الطاقة؛ فقد تمت دراسة عناصر التحكم في الطاقة المختلفة الطاقة والتحكم الغامض والتحسين التنبئي.
كم ا أنه تم تصميم وحدات التحكم بناءً على قاعدة ثابتة ورائعة، لذلك؛ فهي لا تحتوي على خاصية تكيفية، وعلاوة على ذلك، تحتاج طرق التحكم التنبؤية إلى مزيد من التنفيذ الرياضي والمعقد ولا يمكن استخدامه للتطبيقات في الوقت المناسب.
علاوة على ذلك، تكون وحدات التحكم المقترحة خطية تقريباً، بينما لم يتم فحص تحليل الاستقرار ولا متانة هياكل التحكم، وذلك سواء أثناء تغيير قوة الحمل أو أثناء شحن وتفريغ (pev)، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه لم يتم تقديم إعداد تجريبي لتطبيق (dc microgrid) في تطبيق البنية التحتية حتى الآن.
ومن ثم؛ فإنه من أجل التخفيف من تقطع الطاقة وعدم اليقين من الموارد المتجددة، ومع توفير مصدر طاقة مستقر وموثوق لكل من المرافق والعملاء المحليين؛ يبقى من الضروري تصميم استراتيجية متقدمة للتحكم في الطاقة الكهربائية للبنية التحتية المتكاملة، وكذلك مصادر الطاقة الهجينة للتيار المستمر بأحمال متعددة الاستخدامات.
وصف إطار النظام الكهربائي المقترح
كما يوضح الشكل التالي (1)، يتكون نظام الطاقة الهجين الكلي من الحمل وموارد توليد الطاقة وتخزين الطاقة و (PEV)، وفي هذا البحث تتضمن مصادر توليد الطاقة الخلايا الكهروضوئية وخلية الوقود وهي تقنيات صديقة للبيئة مع انبعاثات صفرية لثاني أكسيد الكربون،، كما يجب اعتبار نظام (PEV) كشكل جديد من أشكال التخزين الموزع.
لذلك يتم دمجه مع مصادر الطاقة الأخرى وأحمال المنزل الذكي التي يمكن التحكم فيها. النماذج الرياضية التفصيلية لخلايا الوقود والطاقة الكهروضوئية ونظام البطاريات ومحولات الطاقة متوفرة في الدراسات.
استراتيجية التحكم المطلق في الطاقة الكهربائية
مطلوب استراتيجية التحكم في الطاقة للحفاظ على توازن الطاقة في جميع الأوقات بين مصادر الطاقة الهجينة و (PEV) والمباني الذكية والطاقة من وإلى الشبكة الكهربائية، بحيث يجب القيام بذلك مع تلبية الطاقة النشطة والمتفاعلة التي يتطلبها الحمل الكهربائي المنزلي، وبالإضافة إلى ذلك ولتلبية الطاقة التي يتطلبها الحمل، كما من المهم مراعاة القيود المادية لخلية الوقود والخصائص التي لا يمكن السيطرة عليها للطاقة الكهروضوئية، لذلك تكون تصميمات وحدة التحكم لخلية الوقود وتخزين الطاقة على النحو التالي:
التحكم في مصدر طاقة خلايا الوقود
في نظام توليد الطاقة المقترح، بحيث تلعب خلية الوقود دوراً مهماً لديها موثوقية عالية من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى، ومع ذلك ومن ناحية أخرى؛ فإن لديها بعض القيود المادية والديناميكية التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار لهيكل التحكم في خلية الوقود، وفي هذه الورقة تم اقتراح استراتيجية تحكم غامضة لخلية الوقود، وفي الواقع إنه هيكل معدل لوحدة التحكم، بحيث يظهر الرسم التخطيطي للكتلة في الشكل التالي (2) وتساهم قوى خرج (PEV ، PV).
التحكم في وضع الانزلاق الضبابي التكيفي لمحولات (DC-DC)
نظراً للاختلاف البطيء في طاقة خلية الوقود، بحيث يتم استخدام تخزين الطاقة لتنظيم الطاقة في رابط التيار المستمر، كما تتصل البطاريات بوصلة (DC) من خلال محول (DC-DC) ثنائي الاتجاه، بحيث يجب تحقيق هدفين مهمين من خلال التحكم المناسب في محول (DC-DC)، أي تنظيم جهد البطارية وتوفير الطاقة المطلوبة من نظام البطارية.
ولهذا الغرض؛ فإنه يتم استخراج المعادلة (1) وفقاً للشكل السابق (1)، ومن خلال إعادة ترتيب المعادلة (2)؛ فإنه يتم تحقيق معادلة الفضاء القياسية للحالة (2):
لذلك، في المعادلات أعلاه فإن:
(f): هي مصفوفة النظام الكهربائي.
(g): هي مصفوفة الإدخال.
[X (t)]: هي متجه الحالة.
[u (t)]: هي متجه الإدخال.
[w (t)]: هي اضطراب الإدخال، ومن المعادلة ؛فإنه يتضح أن جميع المصفوفات والمدخلات مرتبطة بمعلمات النظام.
وكما هو موضح؛ فإن إدخال التحكم هو دورة عمل محولات (dbatt ، dFC) واضطراب الإدخال هو تيار الحمل (iload) الذي يتضمن التيار المطلوب من المنزل وتيار الشحن أو التفريغ (PEV) بطبيعتها، وهي غير خطية وتتغير بمرور الوقت، لذلك لا يمكن التنبؤ باضطراب المدخلات (الأحمال) وله طبيعة عشوائية بسبب فترة الشحن والتفريغ للمركبات الكهربائية.
ونظراً للخصائص المذكورة والنماذج الرياضية غير الدقيقة والمعلمات غير المعروفة والحاجة إلى استجابة سريعة أثناء الطاقة العابرة؛ فإنه لا يمكن استخدام وحدة التحكم التقليدية الخطية لتثبيت طاقة الارتباط المستمر، ومن ثم وفي هذا البحث تم اقتراح التحكم في الوضع الانزلاقي الضبابي التكيفي، وذلك للتحكم في محول (DC-DC).
ومن خلال دمج المعلومات اللغوية من الخبراء البشريين؛ فإنه يمكن أن يوفر التحكم الغامض حلاً جيداً لهذه المشكلات، لذلك كبديل لتقنيات التحكم التقليدية، بحيث يكتسب اهتماماً متزايداً بين العالم الأكاديمي وكذلك الصناعة، وعلى الرغم من النجاحات العملية في العديد من المجالات؛ فإنه يبدو أن التحكم الضبابي قاصر في التحليل الرسمي وجوانب المتانة.
وفي نهاية هذه الدراسة؛ فإنه يتم فحص التحكم في تدفق الطاقة لمصادر الطاقة الهجينة المتكاملة للبنية التحتية مع المركبات الكهربائية الموصولة بالكهرباء في نظام توزيع ذكي، بحيث تم تقديم منهجية تصميم وحدات التحكم لمحولات الطاقة من أجل تنظيم تدفق الطاقة من نظام توليد الطاقة إلى الحمل الكهربائي، كذلك تم تصميم وحدات التحكم في الوضع الانزلاقي الغامض التكيفي لكل من محولات خلايا الوقود والبطارية (DC-DC).
