التحكم الثانوي لتدفق الطاقة الكهربائية ذاتية التحكم

أهمية التحكم الثانوي لتدفق الطاقة الكهربائية ذاتية التحكم

الشبكات الصغيرة (μ Gs) والشبكات النانوية (nanogrids) عبارة عن شبكات منخفضة النطاق تتضمن تقنيات ناشئة كمحولات طاقة حديثة تتداخل مع كل من موارد الطاقة الموزعة (التي تعتمد على الأرجح على المصادر المتجددة) وأنظمة تخزين الطاقة (ESSs)، بحيث يتم تنسيق هذه المولدات الموزعة على النحو الأمثل باستخدام البنية التحتية للمعلومات والاتصالات لتزويد الطلب على الكهرباء بطريقة فعالة ونظيفة (وفقاً لمفهوم إنترنت الطاقة (IoE)).

كما ينشأ نشر الشبكات المصغرة الحالية في الغالب من هدف دمج (DGs) على أساس مصادر الطاقة المتجددة للتخفيف من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع تقليل خسائر وتكاليف نقل الطاقة والعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه فيما يتعلق بالشبكة الرئيسية إذا لزم الأمر (تشغيل مستقل)، كما أن (μ Gs و nGs) أقل قوة من أنظمة الطاقة السائبة ضد عدم تطابق الطاقة بين التوليد والاستهلاك عند وضعها على الجزيرة.

وفي الوقت نفسه، تم تحليل المشكلات المتعلقة بموثوقية (μ Gs و nGs) بسبب التفاعلات بين الشبكات الكهربائية وشبكات الاتصالات على نطاق واسع في الدراسات بهذا المعنى، كما يتم قبول ترتيبات التحكم الهرمي كحلول قياسية، ولكن هناك مفاضلة بين الأداء الدقيق للنهج المركزية والمرونة التي توفرها الضوابط الموزعة في المستوى السفلي في التحكم الهرمي، تتيح وظائف التدلي المعروفة (تبعيات P -f و Q -V) التنظيم المحلي لقيمة RMS للجهد (V) والتردد (f) في (μG / nG) عن طريق محولات الطاقة الموزعة.

وبالتالي يهدف التحكم الأساسي إلى موازنة عدم تطابق القوة على حساب كل من الانحرافات (f ، V) داخل النطاق عندما تعمل (μG أو nG) بشكل مستقل، كما يتضمن هذا المستوى الأول أيضاً حلقات التحكم في التيار الداخلي والجهد. في المستوى الأعلى، وذلك يهدف التحكم الثانوي إلى إلغاء أخطاء الحالة المستقرة (V ، f).

كما يتم تنفيذ هذا الإجراء عن طريق إرسال قيم مرجعية جديدة للقدرة إلى (DGs) بمجرد أن تقوم وحدة التحكم هذه بحساب قياسات الجهد والتردد من العقد المختلفة للميكروجرام، وأخيراً تشكل الطبقة العليا أو الثالثة عنصر التحكم الثالث، والذي يستجيب لقضايا إدارة الطاقة والتنسيق بين (μ Gs) المختلفة أو الشبكة الرئيسية.

طبقات التحكم في الشبكات الكهربائية النانوية

تم اعتماد هيكل هرمي في هذا العمل بسبب الأسباب المذكورة أعلاه للتحكم في (nG) المستقل، كما تشكل طبقات التحكم العليا (وهي أيضاً أبطأ) أنظمة إدارة الطاقة (EMSs)، والتي لها أهمية حاسمة عندما يتم توصيل (nG) بالشبكة الرئيسية لضمان التفاوض لتحسين الاستهلاك الذاتي (nG) أو لبيع الطاقة أثناء ارتفاع- فترات السعر.

وفي الوقت نفسه؛ فإنه من المهم مراعاة أنه يجب استغلال المنشآت الكهروضوئية على نطاق واسع لتقليل انبعاثات الاحتباس الحراري مع تحسين الأداء المستقل. لمعالجة هذه المشكلة ، كما تعتبر أن جميع مولدات الطاقة الكهروضوئية تستخرج الطاقة القصوى، إلا إذا تم الوفاء بمتطلبات شركة نفط الجنوب والطاقة بالكامل.

وبالنظر إلى هذا الموقف، كما يجب استخدام تقنيات تقليص الطاقة الكهروضوئية، مثل تغيير تشغيل نقطة القدرة القصوى (MPP) إلى نقطة طاقة مرجعية، وبعد هذه الاعتبارات تحدد طبقة التحكم الثلاثية مراجع الطاقة النشطة والمتفاعلة (P G − TERTi و Q G − TERTi) في كل ناقل، ولتحديث قيمها كل ساعة للمحولات الفردية.

كما افتراض آخر هو أن (PV) و (ESS) مرتبطان ببعضهما البعض عن طريق محول طاقة مشترك إلى عقدة تحميل المستهلك (i)، وفي الوقت نفسه لا تكون التيارات التفاعلية المتداولة مرغوبة بين مستهلكي (nG) المختلفين لأن الخسائر العالية وانخفاض الجهد قد ينشأ، وبهذا المعنى يمكن التعبير عن [P ∗ G − TERTi (t) و Q G − TERTi (t)] (لاحظ أن دراسة طبقة التحكم من الدرجة الثالثة تعتبر خارج نطاق هذا العمل).

حيث أن:

[PGi (t)]: هو متوسط الطاقة الكهروضوئية المتوقعة.

[PESSi (t)]: متوسط طاقة (ESS) المجدولة (موجبة عند التفريغ وسالبة عند الشحن) خلال كل ساعة.

[QDi (t)]: هو متوسط القدرة التفاعلية المتوقعة المسحوبة بالحمل لكل ساعة.

التحكم الثانوي القائم على تدفق الطاقة الكهربائية

بمجرد حل [P ∗ G − TERTi (t)] و [Q G − TERTi (t)] كل ساعة بواسطة طبقة التحكم الثلاثية، كما يكون التحكم الثانوي مسؤولاً عن حساب مراجع الطاقة النشطة والمتفاعلة، جنباً إلى جنب مع مرجع الجهد لكل عاكس طاقة (nG) مع خطوة زمنية مخفضة، ويهدف هدف التحكم الثانوي إلى استعادة قيم (f) و (V) داخل (nG) إذا انحرفت هذه القيم عن التحكم الأساسي في حالة توليد الطاقة وعدم تطابق الطلب.

تقدم طبقة التحكم الثانوية هذه بنية مركزية، بما في ذلك حلقات التحكم البطيئة وأنظمة الاتصال ذات النطاق الترددي المنخفض، كما يتم افتراض خطوة زمنية مدتها دقيقة واحدة لوقت تنفيذ طبقة التحكم هذه، بحيث تُحسب قدرة [ESS (PESS0i)] عن طريق الاستيفاء الخطي لقيمتي [PESSi (t)] المتتاليتين.

التحول إلى مراجع متوافقة مع التحكم الأساسي

يتم تمثيل الدائرة المكافئة لعاكس الطاقة أحادي الطور المُرشح (LCL) والموجود في ناقل تحميل أي مستهلك (i) في الشكل التالي (1)، والمحاثات (L1 ، i ، L2 ، i) والسعة (Cf ، i) تتوافق مع المحاثات الجانبية للحمل والمحول مكثف مرشح.

بعد الحصول على (P ∗ G − SECi) و (Q G − SECi) و (V SECi و δ ∗ SECi) وحدة التحكم الثانوية، بحيث سينظم التحكم الأساسي (V و f) ديناميكياً في جانب عاكس الطاقة، الجهد الكهربائي المرجعي للمكثف [RMS (V C − PRIMi)] وزاوية طوره [(δ ∗ C − PRIMi)]، بالاشتراك مع مراجع الطاقة النشطة والمتفاعلة (P G − PRIMi و Q G − PRIMi) التي يمكن تتبعها من خلال الابتدائية السيطرة، كما وتقع في طرف الإدخال من (L2)، (i) يمكن حساب هذه القيم كـ:

بعد ذلك، يتم تضمين شروط التحكم في التدلي لتصحيح المراجع السابقة في حالة توليد الطاقة وعدم تطابق الطلب على الطاقة، ونظراً لأن الممانعة الاستقرائية هي السائدة بين (Cf و i و bus i)، كما يتم إعطاء حالة التدلي، بحيث تحدد مجموعة المعادلات، وهناك مرجع الجهد الكهربائي اللحظي في مكثف المرشح [Cf) ، i (v ∗ Ci))] ليتم تتبعه من خلال وحدات التحكم في الجهد والتيار الداخلي:

كما تُحسب معاملات (Droop) المستخدمة في وحدات التحكم الثانوية والأولية من خلال مراعاة القيمة القصوى للانحرافات (V ، f) (± 7٪ من القيمة المقدرة و ± {1} هرتز على التوالي) من المعيار الإسباني وقدرة الطاقة المتاحة في كل منهما (DG) (إنتاج PV الطاقة القصوى ESS و SoC الخاص بها).

وفي الوقت نفسه؛ فإنه يتم تطبيق قواعد التدلى على مرحلتين، أولاً يعتبر مستوى التحكم الثانوي الخطوط المقاومة وثاناً يعتبر مستوى التحكم الأساسي الخطوط الاستقرائية، وبالتالي يتم ضمان القدرة النشطة أو التفاعلية المنفصلة والتردد الكهربائي الجهد مع تجنب استخدام حلقة مقاومة افتراضية.