التحكم القائم على عامل الطاقة المتجددة لتنظيم التردد الكهربائي

إدارة التحكم القائم على عامل الطاقة المتجددة وتنظيم التردد الكهربائي

تتكون شبكة الطاقة المتجددة المستقلة (ARG) بشكل أساسي من عوامل متعددة متجددة ذات واجهات عاكس (MRAs) أو المولد الكهربائي الموزع، كما يتحدى العدد المتزايد لاتفاقيات الاعتراف المتبادل التشغيل الناجح لـ (ARG) نظراً لقصورها الذاتي المنخفض، ونظراً للطبيعة المتقطعة لـ (MRA) بالإضافة إلى طبيعتها الجغرافية الموزعة على نطاق واسع؛ فإن السعة الصغيرة والعدد الكبير منها تتطلب نظام تحكم سريع وقوي موزع لتنظيم التردد الكهربائي وإنتاج الطاقة المحسن اقتصادياً.

كما تم اقتراح مخططات التحكم القائمة على تكامل المتوسط الموزع (DAI) في العمل البحثي المعاصر والتي تظهر استجابة بطيئة خاصة في توفير التوزيع الاقتصادي (ED)، بحيث تقترح هذه الدراسة التحكم في نمط الانزلاق التعاوني الموزع (DCSMC) للامتثال لمتطلبات التحكم في (ARG).

وعلى عكس المولدات المتزامنة الكبيرة ذات التردد الثابت (50/60) هرتز، تنتج (MRAs) إما الطاقة في شكل (DC) (محطات PV وخلايا وقود وبطاريات تخزين) أو متغيرة السرعة (AC) (توربينات الرياح والصغيرة)، وفي كلتا الحالتين؛ فإنه يلزم وجود محول تيار مستمر إلى تيار متردد للاتصال بشبكة التيار المتردد الأوسع، وعلاوة على ذلك، تمتلك المولدات المتزامنة الكبيرة إمكانيات التزامن متأصلة، بينما تعتمد (MRAs) على التحكم المرتبط بها لتحقيق التزامن.

كذلك يتمثل النهج التقليدي لمعالجة تحديات التحكم المذكورة أعلاه في تقسيمها إلى أربع فئات رئيسية، وهي السيطرة الداخلية، الابتدائية، والثانوية والثلاثية التحكم، كما أن التحكم الداخلي هو التحكم المحلي في العاكس الذي يوفر التيار والجهد الكهربائي وتنظيم مقاومة الخرج والمزامنة مع الشبكة الكهربائية، بحيث يوفر التحكم الداخلي نبضات تبديل عالية التردد للعاكس لإنتاج الجهد الجيبي للطور أو التردد المطلوب والسعة.

كما يستخدم عنصر التحكم الأساسي تقنية التحكم في التدلي النسبي لتوفير مشاركة فعالة وتفاعلية للطاقة بين (MRAs)، ولكنه يفرض على التردد والجهد الانحراف عن قيمهما الاسمية، بحيث يتطلب هذا بطبيعة الحال طبقة إضافية من التحكم، كذلك التحكم الثانوي لتقليل الانحرافات الناتجة عن عنصر التحكم الأساسي.

كما أنه يتم توفير (ED) من خلال التحكم الثلاثي، والذي يجبر (MRAs) على اتباع ملفات حقن الطاقة المثلى للتشغيل الفعال من حيث التكلفة للنظام، ومع ذلك فقد دمجت الأبحاث الحديثة التحكم العالي في التحكم الثانوي، مما وفر (ED) وتنظيم التردد على نفس المستوى.

لذلك يمثل الشكل التالي (1) العاكس مع بنية التحكم الهرمية المرتبطة والاتصال بين (MRA) من خلال خطوط الطاقة وروابط الاتصال. يتم تصنيف حساسية خط الطاقة الذي يربط بين (ith) و (jth MRAs)، وذلك على أنها [bij (bij = bji)]، كما تتطلب أدوات التحكم الثانوية والثلاثية ردود فعل الطاقة من (MRAs) المحلية والمجاورة لتوليد مدخلات التحكم لتثبيت التردد و (ED).

النموذج الرياضي الخاص بتقنيات ARG

يناقش هذا القسم ديناميكيات التحكم الأساسية وأهداف التحكم للتحكم الثانوي، كما يقدم القسم أيضاً مقدمة موجزة عن مراقبة (DAI)، بحيث يبدأ القسم بالتسميات، وهي مقدمة لمختلف الرموز المستخدمة في نظرية الورقة والرسم البياني.

التسمية: ترتبط المعلمات العددية بـ (MRAs) الفردية، بينما يمثل شكل المتجه أو المصفوفة الشبكة بأكملها.

التكوينات: لنفترض أن (X1 ، X2) هما مجموعة العناصر والرمز (X1∩2) يشير إلى مجموعة العناصر {x | x∈X1∩X2}، بينما (X1−2) تشير إلى مجموعة العناصر {x | x∈X1 − X2}، كما يتم الإشارة إلى أصل مجموعة (X) بواسطة | X |، كذلك لنفترض أن (O) تدل على مجموعة فارغة؛ فإن (R) تشير إلى مجموعة الأعداد الحقيقية والرمز (R≥0)، كما يشير إلى مجموعة {x∈R | x≥0}.

كما أن [(R> 0: = {x∈R | x> 0}]  [x: = col (xi) ∈Rn × 1، i = 1، …، n] تمثل العناصر (xi) كمصفوفة عمود بطول (n. 1n∈Rn × 1)، كما تشير إلى مصفوفة عمود من الآحاد و (In∈Rn × n) هي مصفوفة هوية، بحيث يشير (X = diag (xi) ∈Rn × n) إلى مصفوفة قطرية، ومع (xi) كعناصر قطرية، وبالنسبة للمصفوفة (X∈Rn × n)، تشير (X> 0) إلى أن (X) عبارة عن مصفوفة محددة موجبة، بينما تشير (X <0) إلى أن (X) عبارة عن مصفوفة محددة سلبية.

نظرية الرسم البياني: لنفترض أن (G) رسم بياني ثابت وغير موجه ومتصل مع N = {1،… n}، بحيث يمثل مجموعة العقد و (E∈N × N) يمثل مجموعة الحواف، كما يتم تمثيل المصفوفة المجاورة لـ (G) بمصفوفة متماثلة، كذلك (A∈Rn × n) مع العناصر (aij = aji = 1)، خاصة إذا كانت (MRAs) متصلة مباشرة بحافة و (aij = aji = 0) وإلا؛ فإنه يتم تعريف مصفوفة الدرجة (G) على أنها (Q = diag (di) ∈Rn × n)،  حيث (ai = ∑nj = 1aij)، كما يتم تعريف مصفوفة لابلاسيان (L).

شبكة الطاقة: نعتبر شبكة طاقة ممثلة برسم بياني (G) مع عدد من العقد. يتم تصنيف العقد في (G) على النحو التالي (MRAs) ووحدات التحميل، كما تمتلك (MRA)، وهي مصدر طاقة متجددة موزع (DG) مع حمولة محلية اختيارية، لذلك يتم تمثيل مجموعة (MRAs) بواسطة [Na = {1،… .na}]، بينما يتم تمثيل مجموعة وحدات التحميل على أنها [NL = {na + 1، …، na + nL}]، بحيث يكون [N = {Na∪NL}]، كما تتكون وحدات التحميل من أحمال الطاقة النشطة.

أهداف التحكم: تكمن أهداف التحكم للتحكم الثانوي بتنظيم التردد لقيمته الاسمية (ωd) وتوفير (ED)، كما يتضح من المعادلة التالية أن تنظيم التردد يعتمد على توازن القوة الحقيقية، كما أنه يعتمد معيار الإنتاج الأمثل للطاقة على التكلفة الإضافية المتطابقة، لذلك يمكن كتابة أهداف التحكم على النحو التالي:

توزيع متوسط التحكم الثانوي القائم على التكامل: يستخدم التحكم الثانوي المستند إلى (DAI)، كذلك الاتصال من نظير إلى نظير بين (MRAs) المجاورة المجاورة لخلق توافق في الآراء في الشبكة الكهربائية، بحيث يعتمد التحكم على تكامل الخطأ في المعادلات السابقة، كما يتم إعطاء قانون التحكم (DAI) بواسطة.

وأخيراً في هذا العمل؛ فقد تم اعتبار (ARG) مع (MRA) لتلبية الطلب على الطاقة للشبكة، ونظراً لكونها مختلفة في طبيعتها؛ تقوم (MRA) بتشغيل شبكة التيار المتردد عن طريق محاكاة سلوك المولد المتزامن بمساعدة التحكم المرتبط. هذا يعني أن استقرار (ARG)، كما يعتمد على كفاءة التحكم، وفي شبكات التيار المتردد يعتمد استقرار النظام على استقرار التردد الذي ينشأ من توازن القوة النشطة.

كما أن هذا يعطي أهمية قصوى لدور التحكم الثانوي الذي يوفر استقرار التردد الى جانب آخر من عناصر التحكم الثانوي هو توفير (ED) من أجل التشغيل الأمثل الفعال من حيث التكلفة للنظام بحيث يعرض عنصر التحكم الثانوي المستند إلى (DAI) استجابة بطيئة للديناميكا غير الخطية للنظام، كما يقترح هذا العمل استخدام تقنية غير خطية تعتمد على (DSMC) لتوفير تقارب سريع وقوة واستجابة عابرة محسنة، وذلك إنه يعمل على استقرار التردد بشكل فعال مع توفير (ED) لتقليل التكلفة.