التحكم الكهربائي أحادي الطور لجهاز استقبال MVDC

في شبكات توزيع التيار المتردد الى التيار المستمر ذات الجهد المتوسط مع مصادر متجددة موزعة على الجزر، حيث يعتبر جهاز الاستقبال متعدد المنافذ هو العامل الرئيسي لتحويل الطاقة الهجينة، ومع ذلك فإن المحولات المعيارية متعددة المستويات الأكثر استخداماً (MMC) ومتعددة المنافذ (MCs) تواجه تحديات التنسيق والتعقيد بسبب نظام التحكم.

أهمية التحكم الكهربائي أحادي الطور لجهاز استقبال MVDC

في شبكات توزيع (التيار المتردد والمستمر) ذات الجهد المتوسط مع مصادر متجددة موزعة على الجزر؛ فإنه يعتبر جهاز الاستقبال متعدد المنافذ هو العامل الرئيسي لتحويل الطاقة الهجينة، ومع ذلك فإن المحولات المعيارية متعددة المستويات الأكثر استخداماً (MMC) متعددة المنافذ (MCs)، بحيث تواجه تحديات التنسيق والتعقيد بسبب نظام التحكم مزدوج المرحلة والتحكم في موازنة الجهد للمكثفات.

كما يوضح الشكل التالي (1) مخطط الدائرة لشبكة توزيع (تيار متردد أو تيار مستمر) متوسط الجهد، كما وبهدف تلبية التطور المستقبلي لحمولة (MVDC) ويمكن تمديد وصلة (MVDC) على الجزيرة لتشغيل حمل التيار المباشر مباشرة، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يمكن توصيل مصادر الطاقة المتجددة الموزعة (DRS) ومخازن البطاريات (BS) بالشبكة من خلال منفذ تيار مستمر منخفض الجهد (LVDC)، بحيث يستخدم الأول لتقليل استهلاك الطاقة الأحفورية، كما ويستخدم الأخير لمنع انقطاع التيار الكهربائي عند فشل كابل (MVDC).

ووفقاً لذلك؛ فإن هناك ثلاثة أشكال مختلفة من الشبكات في الجزيرة وهي (MVAC ، MVDC ، LVDC)، بحيث يعتبر ربط الشبكات واستقرار جهد الحمل الكهربائي وتنسيق العملية بينهما من التحديات التي يواجهها المستقبل في الجزيرة، كما يجب أن يكون جهاز الاستقبال مزوداً بإمكانية تدفق طاقة ثنائي الاتجاه بين المنافذ، مما يوفر كثافة طاقة أعلى واستراتيجية تحكم أبسط وراحة في النقل.

كما من الضروري أيضاً التحكم في التيارات المتداولة التي تدل على التيارات الداخلية المتدفقة بين أذرع المحول ولكن ليس خارج المحول، كذلك التركيز على تشوه التيارات المتداولة وتيارات الذراع الجيبية التي تزيد من قيمة (RMS) وخسائر المحول الكهربائي.

وعادةَ ما يتم التحكم في السلوك الديناميكي للتيار المتداول وتيار (MVDC) في نفس الوقت بواسطة معادلة رياضية، والتي يتم الحصول عليها عن طريق إضافة معادلتين من تيار الذراع، وبالتالي يتم التحكم في التيارات المتداولة لتعريفها كجزء من تيار الإدخال في كل ذراع، بحيث يصبح نظام التحكم ثنائي المرحلة أكثر تعقيداً عند النظر في قمع التيارات المتداولة.

استخدام المحولات المعيارية في مجال التحكم بجهاز استقبال MVDC

تستخدم المحولات المعيارية متعددة المستويات (MMC) متعددة المنافذ (MCs) على نطاق واسع في هذا المجال، بحيث يمكن إنشاء منفذ (LVDC) عن طريق توصيل محولات (DC / DC) المعزولة (IDCs)، مثل محول الجسر المزدوج النشط (DAB) ومحول الرنين (LLC) ومن خلال مكثف الوحدات الفرعية باستخدام البناء المعياري والمحولات عالية التردد (HFTs)، بحيث يتم ضمان جودة الطاقة العالية وسهولة النقل والصيانة، مما يدل على ميزة كبيرة مقارنة بالمحولات القائمة على محولات تردد الخط التقليدية.

وكما هو مبين في الشكل التالي (2-a)، ومع الأخذ في الاعتبار وجود المكثفات في الوحدات الفرعية (MMC)؛ فإن استراتيجية التحكم في موازنة الجهد الإضافي للمكثفات هي مفتاح التشغيل المستقر لـ (MCs) المستندة إلى (MMC)، وبشكل عام تأخذ الطرق الحالية المكثفات الموجودة في الذراع ككل وتقوم بفرز جهد المكثف واختيار الوحدات الفرعية المدرجة أو المتجاوزة وفقاً لاتجاه تيار الذراع، وعلى الرغم من أن طرق الفرز تضمن توازن جهد المكثف؛ إلا أنها تنتج انتقالات تبديل غير ضرورية.

طوبولوجيا تحليل أنماط تشغيل جهاز الاستقبال القائم على I-MMC

يوضح الشكل التالي (3) البنية الهيكلية للوحدة (I-MMC) كمستقبل لوصلة الجزيرة (MVDC) ووحدتها الفرعية المعزولة، وعلى جانب واحد؛ فإنه يتم توصيل الوحدات الفرعية في سلسلة وتشكل منفذ (MVDC) وعلى الجانب الآخر؛ فإنه يتم توصيلها بشكل متوازٍ وتشكل منفذ (LVDC)، بحيث يتم تشكيل منفذ (MVAC) بين محاثات الذراع.

لذلك؛ فإن (I-MMC) لها ستة أذرع، بحيث تم افتراض أن نسبة (HFTs) هي (1)، كما يمكن الحصول على جهد كل ذراع على النحو التالي:

حيث أن:

(vju و vjl): هما الفولتية العلوية والسفلية للذراع من المرحلة (j) على التوالي.

(VdcL): هو جهد منفذ (LVDC).

(n): هو عدد الوحدات الفرعية لكل ذراع.

(D): هي حرية تعديل (DC) المطابقة لمنافذ (DC).

(dju ، djl): هما نطاقي تعديل التيار المتردد العلوي والسفلي المقابلة لمنفذ التيار المتردد من خلال تعديل حريات التعديل المزدوج هذه، بحيث يمكن تنفيذ التحكم المستقل لكل منفذ.

أوضاع ومستويات التشغيل الخاصة بجهاز الاستقبال القائم على I-MMC

تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز الاستقبال المستند إلى (I-MMC) في نقل الصلابة بين كل منفذ، كما يمكن أن يتفاعل مع وجود مصادر الجهد على أي منفذ واحد أو أكثر وينقل تأثير دعم الشبكة إلى المنافذ الأخرى أينما توجد المصادر والأحمال، كذلك يحتوي المستقبِل القائم على (I-MMC) على وضعين للتشغيل، وهما الوضع المتصل بالشبكة لوصلة (MVDC) والوضع خارج الشبكة لوصلة (MVDC) كما هو موضح في الشكل (4)، كما يمكن أن يضمن هذان الوضعان التشغيل المستقر للشبكة الجزئية للجزيرة.

• الوضع المتصل بالشبكة MVDC Link Grid-Connected Mode: في هذا الوضع، يتم توصيل منفذ (MVDC) بكابل (MVDC)، بما لا ينقل جهاز الاستقبال المستند إلى (I-MMC) الطاقة إلى كل منفذ مثل مفترق طرق فحسب؛ بل يحافظ أيضاً على جهد منفذ (LVDC) والجهد والتردد الكهربائي لمنفذ (MVAC)، وفي مثل هذه الحالة؛ يظهر جهاز الاستقبال المستند إلى (I-MMC) كمكافئ لمصدر تيار متحكم فيه على منفذ (MVDC) ومصدر جهد متحكم به على منفذي (MVAC) و (LVDC) على التوالي.

• وضع الربط خارج الشبكة: MVDC Link Off-Grid Mode: يعمل المحول في هذا الوضع عند فشل كابل (MVDC)، وفي هذا الوقت تتغير (BS) المتصلة بمنفذ (LVDC) من الحمل إلى مصدر الجهد وإخراج الطاقة، بحيث ينقل جهاز الاستقبال المستند إلى (I-MMC) وهي الطاقة إلى المنفذين الآخرين ويحافظ على الجهد والتردد المقابل، وعلى غرار الوصف السابق ؛فإنه يمكن لـ (I-MMC) التحكم في منفذ (MVDC) من خلال حريات تعديل (DC).

كما يمكن الاستنتاج بأن (D ،dj) يوفران حريات التعديل المزدوجة لمنافذ التيار المستمر والتيار المتردد، كذلك التحكم في أحد المنافذ لا يؤثر على المنافذ الأخرى، وبالتالي يمكن تحقيق الفصل المباشر بين منافذ التيار المتردد والتيار المستمر.

وأخيراً؛ فإنه وبالنسبة لشبكة التوزيع الهجينة (AC / DC) ذات الجهد المتوسط مع مصادر متجددة موزعة على الجزيرة؛ تتبنى هذه الدراسة تحديداً (I-MMC) كمستقبل، كما واقترحت مخطط تحكم منسق موحد مع حريات تعديل متعددة، بحيث يلغي نظام التحكم التحكم في موازنة الجهد الكهربائي للمكثفات، مما يجعله مبسطاً، بحيث يتم تحسين نظام التحكم أحادي المرحلة من حيث التنسيق مقارنة بنظام التحكم مزدوج المرحلة للوحدات (MC) القائمة على (MMC).