التحسين المعتمد على ضبط رمز الشبكة الكهربائية STATCOM

الغرض من التحسين المعتمد على ضبط  رمز الشبكة الكهربائية STATCOM

تتزايد المخاوف بشأن التغيرات المناخية في الوقت الحاضر، مما دفع العديد من البلدان إلى تغيير مواقفها نحو مصادر الطاقة المتجددة، ووفقاً للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)؛ فإن دمج الطاقة المتجددة في أنظمة الطاقة يتزايد بسرعة، كما احتلت أسواق الطاقة أنواعاً مختلفة من موردي الطاقة الكهربائية، حيث كانت طاقة الرياح (WP) هي المصادر الأكثر تأثيراً والأكثر تطوراً.

كذلك تم استخدام مولد الحث المتغير ذو التغذية المزدوجة (DFIG) على نطاق واسع لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية، كما ويرجع ذلك إلى قدرة (DFIG) على توفير جهد ثابت وتردد ثابت حتى مع سرعة رياح متغيرة، وعلاوة على ذلك تتمتع هذه الأنظمة بمزايا التكلفة المنخفضة للمحولات المتتالية، ومن ناحية أخرى.

ونظراً للقدرة المحدودة لـ (DFIG) في تنظيم القدرة التفاعلية في ظل ظروف الأعطال الشديدة، بحيث تتم إضافة معدات إضافية مثل (STATCOM) إلى (WT-DFIG) لتتبع متطلبات كود الشبكة الكهربائية والحصول على ركوب مناسب للجهد المنخفض من خلال (LVRT)، بحيث تجادل رموز الشبكة بضرورة الحفاظ على تكامل (WPs) في شبكة المرافق في ظل ظروف عطل شديدة لتعزيز الموثوقية والاستقرار.

وهناك تحت انخفاض جهد الشبكة الكهربائية؛ فإنه يتم مقاطعة تشغيل (DFIG) التي تحركها الرياح ونتيجة لذلك يتم استنتاجها بفصل وحدة التوليد من الشبكة، بحيث لا يعد فصل (DFIG) المدفوع بالرياح عن الشبكة إجراءً مقبولاً، خاصة عندما يساهم (WP) بجزء رائع من إجمالي طاقة الشبكة، كما يعتبر (LVRT) أكثر تقنيات الركوب شيوعاً والتي يتم استخدامها عند وجود حالة حكيمة للجهد الكهربائي.

كما أن لديه القدرة على الحفاظ على إمكانية التحكم في النظام في ظل هذه العمليات، إلى جانب توفير قدرة (LVRT)، بحيث يجب أن يكون لدى (WP) القدرة على مساعدة القدرة التفاعلية أثناء فترة الأعطال لضمان الاستعادة السريعة للطاقة النشطة بعد إزالة الخطأ.

لذلك تم اقتراح العديد من طرق التحكم لتحقيق تحكم منسق بين المحول الجانبي للشبكة (GSC) والمحول الجانبي الدوار (RSC) الخاص بـ (DFIG) في ظل ظروف انخفاض الجهد غير الشديد، ولكن القليل من الدراسات التي بحثت في انخفاض الجهد العميق، بحيث تنشأ مشاكل ضعف الجهد العميق من الفشل في الحفاظ على التحكم في تيار الدوار بسبب التعديل الزائد الذي حدث في (RSC) نتيجة للقوة الدافعة الكهربائية الكبيرة (EMF) التي تتعرض لمحطات الدوار.

تخطيط النظام الخاص برمز الشبكة الكهربائية STATCOM

يوضح الشكل التالي (1) ستة توربينات رياح بقدرة (1.5) ميغاوات، بحيث تشكل مزرعة رياح (9) ميغاوات، وفي هذا النظام، تربط المحولات ثلاثية الطور بتصنيف (575) فولت / 25 كيلو فولت، وهي مزرعة الرياح بنظام توزيع (25) كيلو فولت عند (B1)، بحيث يقوم خط متوسط بطول (30) كم بنقل الطاقة من نظام توربينات الرياح (DFIG) إلى شبكة طاقة (120) كيلو فولت باستخدام محول ثلاثي الأطوار (25/120) كيلو فولت في وحدة التغذية (B2).

وبالنسبة إلى (DFIGs؛ فإنه يتم توصيل أطراف الدوار بالشبكة من خلال محول (PWM) قائم على (AC / DC / AC IGBT)، بينما يتم توصيل أطراف الجزء الثابت بالشبكة عبر محول تصاعدي، بحيث يشير شريطي الناقل (B1 و B2) إلى نقطتي نهاية الإرسال والاستقبال على التوالي، وذلك بالقرب من (B2)، بحيث يُزعم أن هناك ظروف خطأ شديدة ويتم تحليل ديناميكيات النظام واستقرار نظام الطاقة الكهربائية.

النمذجة الخاصة بنظام STATCOM

تعتبر خطوط نقل التيار المتردد المرنة (FACTS) من العناصر المهمة جداً الموجودة في أنظمة طاقة التيار المتردد الحديثة التي تعتمد على الطاقة المتجددة، كما يمكن لـ (STATCOM)، والتي تنتمي إلى أجهزة (FACTS) لتحسين الأداء الديناميكي لمحطات طاقة الرياح خلال المواقف غير المتوقعة، وبالتالي يجعل دمج مصادر الطاقة المتجددة هذه في شبكات الطاقة أكثر موثوقية.

كما أن (STATCOM) عبارة عن محول مصدر للجهد ولكن سلوكه يختلف عن محول الجهد الساكن (SVC)، وذلك لأنه يمكن أن يوفر نطاق تشغيل كامل عن طريق امتصاص أو توليد طاقة تفاعلية وفقاً لحالة النظام، كما تعتبر النقطة التي يتم عندها توصيل (STATCOM) نقطة التحكم في الجهد الكهربائي.

لذلك يمكن تنظيم تدفق الطاقة النشط والمتفاعل والتحكم فيه من خلال حالة تشغيل (STATCOM)، بحيث يعتمد البناء الأساسي لـ (STATCOM) على محولين لمصدر الجهد (VSC) مع مكثف (DC-link) وسيط ومحول تحويل يربط محطات (STATCOM) بخطوط نقل التيار المتردد.

 أساسيات بناء (STATCOM): يوضح الشكل التالي (2) الدائرة الأساسية للبناء والتحكم في (STATCOM)، بحيث يتم تنفيذ التزامن بين جهد (SATCOM) والجهد الكهربائي بواسطة حلقة المرحلة المغلقة (PLL)، حيث تحسب قيمة (⊖) لـ (PLL) مكونات (d-q) للجهود والتيارات.

كما تمثل كل من وحدات التحكم في جهد التيار المتردد ورابط التيار المستمر حلقة التنظيم الخارجية، حيث يكون المكون الحالي (Iq) مسؤولاً عن تنظيم القدرة التفاعلية، كما ويرتبط المكون الحالي للمعرف بتنظيم الطاقة النشطة، بحيث يمكن التحكم في زاوية الطور وحجم الجهد الناتج عن محول (PWM) بواسطة المنظمين الحاليين وفقاً لقيم (Iqref) و (Idref) التي تم الحصول عليها من منظمات الجهد الكهربائي (DC-link و AC) على التوالي.

كما يمكن التعبير عن القوى الفعالة والمتفاعلة كما هو الحال في المعادلات التالية:

حيث أن:

(VPCC): هو جهد نظام (PCC).

(VS): هو جهد (STATCOM).

(δ): هي زاوية (Vg) بالنسبة إلى (VS) (يتم ضبط هذه الزاوية على صفر للتحكم في الطاقة التفاعلية فقط) و (X) هي قيمة التفاعل لاتصال الخط بين (VPCC) و (VS)، وبالتالي لتنظيم مكون تيار القدرة التفاعلية؛ فإنه يتم استخدام حلقة تغذية مرتدة داخلية، بحيث يمكن تحقيق هذا الإجراء أيضاً من خلال تكييف فرق الزاوية بين جهد النظام (VPCC) ومكون الطاقة التفاعلية الحالية.

طوبولوجيا التحكم بـ (STATCOM): تم توضيح دائرة التحكم (STATCOM) في الشكل السابق (2)، وفي هذه الدائرة؛ فإنه يتم استخدام (PLL) لمزامنة جهد النظام ثلاثي الطور (V1)، ثم يتم استخدام زاوية (PLL ⊖) لحساب مكونات المحور المباشر والتربيع للجهود والتيارات، كما تشكل منظمات التيار المباشر والتيار المتردد حلقة التكيف الخارجية في وحدة التحكم.

لذلك تتمثل مهمة المنظمين الحاليين (Idref) و (Iqref) في التحكم في سعة وزاوية الطور للجهود التي تم الحصول عليها من محول (PWM)، لذلك يتم تنظيم مكون تيار القدرة التفاعلية من خلال حلقة التغذية الراجعة الداخلية حلقة التغذية الراجعة الداخلية، بحيث يعتمد تشغيل المنظم الحالي على تعديل فرق الطور بين جهد النظام ومكون التيار التفاعلي المطور.

ومن أجل التبسيط وتوفير الوقت الحسابي؛ فإنه يتم استخدام نموذج الدائرة المكافئ لـ (STATCOM) بدلاً من (MMC-STATCOM)، وذلك لتوفير الوقت المستغرق لتقييم معلمات (STATCOM) باستخدام تقنيات التحسين (التكيف عبر الإنترنت)، ومع ذلك تم أخذ استجابة (DC-link) الخاصة بـ (STATCOM) في الاعتبار أثناء تقييم المعلمات من أجل أداء أسرع وأفضل لـ (STATCOM).

لذلك من الواضح أن (MMC-STATCOM) تقدم أداءً أفضل لتعويض القدرة التفاعلية والرفض التوافقي ولموازنة أداء النظام في ظل الاضطرابات، ومع ذلك؛ فإنه يحتاج إلى المزيد من دوائر التحكم مما يعني استهلاك وقت أكبر.