اقرأ في هذا المقال
يقدم هذا البحث مخطط تحكم تنبؤي محسن لنموذج مجموعة التحكم المستمر (CCS-MPC) باستخدام نهج منطق ضبابي (FLA) لمحولات تردد ثابت للجهد الكهربائي ثلاثي الطور (CVCF) مع مرشح (LC) الناتج، كما يمكن أن تعزز الطريقة المقترحة جودة جهد الخرج باستخدام قانون التحكم التنبئي الأمثل (OPCL).
أهمية التحكم الكهربائي للمحولات ثلاثية الطور
في الآونة الأخيرة، يتم استخدام عاكس تردد ثابت للجهد الثابت (CVCF) ثلاثي الأطوار (3ϕ) مرشح (LC)، وذلك بشكل شائع في العديد من تطبيقات المحولات الإلكترونية للطاقة مثل المولدات الموزعة (DGs) ووحدات الإمداد غير المنقطعة (UPS) وأنظمة تخزين الطاقة ( ESS)، وعادة ما يتم طلب مخططات التحكم المخصصة لمحولات تعديل عرض النبضة (CVCF – PWM) بحيث يتم ضمان جهد الخرج في شكل موجة عالية الجودة مثل السلوك العابر السريع والتشوه التوافقي الإجمالي المنخفض (THD).
إضافة الى الجزء الصغير الثابت، والذي يمثل خطأ الحالة (SSE) في ظل ظروف التحميل الشديدة (على سبيل المثال، تغيير خطوة الحمل الخطي والحمل غير المتوازن والحمل غير الخطي لمعدل الصمام الثنائي)، وعلاوة على ذلك؛ فإن المتانة ضد عدم اليقين وتغيرات المعلمات وضوضاء القياس هي مطلب لا غنى عنه في تقييم جودة مخططات التحكم.
وبناءً على المتطلبات المذكورة سابقاً؛ فإنه تم الإبلاغ عن العديد من الأبحاث حول محولات (CVCF) ثلاثية الطور المفلترة بواسطة (LC) مثل التحكم في خطية التغذية المرتدة (FLC) والتحكم التكيفي والتحكم في الوضع الانزلاقي (SMC) والتكرار السيطرة وحتى التحكم الضبابي.
دمج نظام التحكم التنبؤي في النطاق المحسن لمحولات CVCF
في العقود الأخيرة أصبح نموذج التحكم التنبئي (MPC) مرشحاً محتملاً، وذلك نظراً لمزاياه في قطاعات متعددة من التحكم الإلكتروني في الطاقة مثل استجابة تتبع المسار السريع والدمج السهل للقيود غير الخطية وعرض النطاق الترددي للتحكم الكبير، وفي محولات الطاقة يمكن تصنيف (MPC) بشكل أساسي إلى مجموعتين، وهما مجموعة التحكم المحدودة (FCS – MPC) ومجموعة التحكم المستمر (CCS -MPC).
وفي المجموعة الأولى؛ فإنه يتم تقديم (FCS-MPC) بشكل تقليدي لمحول (CVCF) ثلاثي الأطوار ومرشح (LC)، وعلى الرغم من أن تقنية التحكم لها حل بديهي؛ إلا أن تشويه جهد الخرج لا يزال كبيراً، بحيث يتم تقديم مخطط (FCS-MPC)، وهو غير مستشعر للتيار الكهربائي ولمحول مصدر الجهد المرشح (LC -VSI) باستخدام مقدر تيار مكثف، والذي يتميز بتكلفة أقل للأجهزة وموثوقية أعلى للنظام مقارنةً بـ (FCS) التقليدي ومخطط (MPC).
ومع ذلك؛ فإن هذا المخطط يحتاج إلى المزيد من أجهزة الاستشعار لتحقيق المزيد من تخفيض (SSE) والمزيد من المتانة، بحيث تم الإبلاغ عن (FCS-MPC) لعاكس رباعي الأرجل مرشح (LC) لتتبع مراجع جهد الخرج بسرعة وتقليل تردد تبديل الساق المحايدة، ومع ذلك لا يزال (SSE) لجهد خرج الحمل بحاجة إلى التحسين في ظل عدم التوافق بين المعلمات الحقيقية والنموذجية في بعض السيناريوهات.
أما في المجموعة الثانية، تظهر (CCS-MPC) كبديل باستخدام مُعدِّل بتردد تبديل ثابت لإنتاج مدخل تحكم مستمر بدلاً من (FCS-MPC) مع حالات تبديل منفصلة، كما يقلل هذا النهج من الضغوط الحرارية غير المتكافئة على المفاتيح الكهربائية لمحولات الطاقة التي تحدث عادةً عند تردد التبديل المتغير المستخدم في (FCS-MPC)؛ بسبب تردد التبديل الثابت، كما ويمكن أن يتضمن بمرونة الأهداف المتنوعة في دالة تكلفة التحكم المثلى.
النظام الاستراتيجي المحسن للمحولات ثلاثية الطور
يوضح الشكل التالي (1) مخطط دارة نموذجي لعاكس (CVCF) ثلاثي الأطوار مرشح (LC)، كما يتم الحصول على نموذجها الديناميكي في الإطار المرجعي الدوار للمحور (dq) على النحو التالي:
حيث أن:
(ω): هو التردد الزاوي (ω = 2πf).
(f): هو التردد الكهربائي الأساسي (على سبيل المثال ، 60 هرتز).
(vLd ، vLq): هما جهد تحميل المحور (dq).
(iLd ، iLq): هي تيارات تحميل المحور (dq) .
(vid ، viq): هي فولتية العاكس للمحور (dq).
(iid ، iiq): هي تيارات العاكس للمحور (dq).
تصميم المستشعرات الكهربائية (LCO) القائم على (KF)
عملياً لا تُستخدم المستشعرات الحالية لقياس تيارات الحمل لتكثيف الموثوقية وتقليل ضوضاء القياس، وبالتالي يتم تقديم (LCO) المستند إلى (KF) لتوفير تيارات الحمل الدقيقة للعملية التنبؤية وتحسين الأداء الديناميكي وعدم الحساسية للطريقة المقترحة، بالإضافة إلى ذلك تم النظر في عمليتي استهلاك في الورقة لتصميم (LCO) المناسب.
أولاً تختلف تيارات الحمل (iLd ، iLq) ببطء شديد خلال فترة أخذ العينات الصغيرة (Ts) (أيdiLd / dt = 0 ، diLq / dt = 0) وثانياً تتوفر جهد التحميل (vLd ، vLq) وتيارات العاكس (iid ، iiq)، بحيث يمكن الحصول على النموذج الديناميكي التالي:
وبالنسبة الى تصميم (CCS-MPC) المقترح المستند إلى (FLA) مع الوضع المقيد؛ يقدم هذا القسم طريقة (CCS-MPC) المقترحة القائمة على (FLA)، وفي البداية تم تصميم (OPCL) المقترح في الوضع غير المقيد مع خطوة واحدة للأمام لتجنب التأخير بخطوة واحدة في أنظمة التحكم في الوقت الفعلي.
وثانياً؛ فإنه يتم تقديم طريقة ضبط الكسب عبر التوصيل المستند إلى (FLA) في الوضع المقيد للتوافق ليس فقط مع قيود جهد العاكس، ولكن أيضاً أداء التحكم المطلوب مثل الاستجابة الديناميكية السريعة، كذلك (SSE) الصغير و (THD) المنخفض والمتانة ضد شكوك المعلمات.
التحقق من فاعلية التحكم المحسن باستخدام نتائج المقارنة
يتحقق هذا القسم من فعالية طريقة (CCS-MPC) المقترحة المستندة إلى (FLA) عبر نتائج المحاكاة باستخدام برنامج (MATLAB / Simulink) والنتائج التجريبية باستخدام (TI TMS320F28335 DSP)، أولاً يتم وصف سرير اختبار تجريبي، ثم يتم التحقيق في تحديدات اكتساب المراقب ووحدة التحكم بالتفصيل، وأخيراً تم إجراء دراسات الحالة المقارنة لـ (CCS-MPC) وهي المستندة إلى (FLA) في إطار التغييرات التدريجية لثلاث حالات تحميل حرجة مثل الحمل الخطي المتوازن (الحالة 1) والحمل غير المتوازن ( الحالة 2) والحمل غير الخطي (الحالة 3).
وفي نهاية هذه الدراسة؛ فإن تحسين (CCS-MPC) باستخدام (FLA) لعاكس (CVCF) ثلاثي الطور مرشح (LC)؛ فإنه يمكن للطريقة المقترحة ترقية جودة جهد الخرج عن طريق تصحيح إدخال التحكم بقيد الأجهزة عبر (FLA) لـ (OPCL) المقترح، لذلك تضمن (CCS-MPC) المستندة إلى (FLA) وهو جهد إخراج مُرضٍ مع سلوك ديناميكي أسرع و (SSE) أصغر و كذلك (THD) أقل عبر عملية ضبط (FLA) المقترحة لحساب كسب وحدة التحكم لـ (OPCL) عبر الإنترنت.
وعلاوة على ذلك، تم اعتماد (LCO) القائم على مرشح (Kalman) لزيادة الموثوقية والمتانة بشكل كبير، كما أنه تم تنفيذ دراسات الحالة التجريبية المقارنة مع (CCS-MPC) على نموذج أولي لمحول (CVCF) ثلاثي الطور باستخدام منصة (TI TMS320F28335 DSP)، وذلك للموافقة على الأداء المحسن لنظام (CCS-MPC) المستند إلى (FLA)، مثل وقت استرداد أسرع وأصغر (SSE) و (THD) السفلي في ظل التغييرات التدريجية لثلاث حالات تحميل حرجة (أي الحمل الخطي المتوازن / غير المتوازن / غير الخطي).
