التحكم الكهربائي في زاوية التبديل في نظام HVDC

للتخفيف من حالات فشل الاستبدال (CFs) وتقليل عدم استقرار أنظمة (HVDC) بسبب أخطاء التيار المتردد أو غموض وضع التحكم؛ يُقترح استراتيجية تحكم ثابتة تعتمد على منطقة الوقت والجهد مع مقاومة افتراضية، وفي هذه الاستراتيجية، وباستخدام كاشف مكونات الجيب وجيب التمام والنظر في تحول طور العبور الصفري لجهد التبديل.

ضرورة التحكم الكهربائي في زاوية التبديل في نظام HVDC

تعد حالات فشل التبديل (CFs) الناتجة عن أخطاء التيار المتردد أكثر الأحداث الديناميكية شيوعاً وغير المواتية، والتي تم تسجيلها في العديد من الأنظمة العملية، ومع التطور السريع لتكنولوجيا (HVDC)، بحي أصبحت مشاريع نقل (HVDC) وسيلة تقنية مهمة لتحسين تخصيص موارد نظام الطاقة وتنسيق التنمية الاقتصادية الإقليمية.

وفي أنظمة (HVDC) العملية متعددة التغذية، كما يوجد عدد من محطات العاكس (HVDC) قريباً كهربائياً من بعضها البعض، مثل (East China Power Grid ،China Southern Power Grid)، كذلك تزيد التفاعلات بين محطات العاكس وكذلك بين أنظمة التيار المستمر والتيار المتردد من إمكانية وجود (CFs) معقدة، حتى أن (CFs) المتزامنة قد تؤدي إلى انقطاعات في عمليات إرسال (HVDC) متعددة، مما يهدد استقرار نظام الطاقة بالكامل.

الأساليب المستخدمة للتقليل مشاكل زاوية التبديل في نظام HVDC

للتعامل مع هذه المشكلات؛ فإنه يمكن تقسيم الأساليب الحالية على نطاق واسع إلى ثلاث فئات وهي:

• استراتيجيات قائمة على تعويض الطاقة التفاعلية.

• استراتيجيات قائمة على تكنولوجيا إلكترونيات القدرة.

• استراتيجيات قائمة على تعديل وحدة التحكم.

كما تعتمد على تعديل وحدة التحكم الاستراتيجيات، وهذه الدراسة مخصصة للتخفيف من (CFs) باستخدام إستراتيجية قائمة على تعديل وحدة التحكم، كما تم تصميم معظم الاستراتيجيات القائمة على تعديل وحدة التحكم للتخفيف من (CFs) المتتالية بدلاً من (CFs) الناتجة عن تبديل وضع التحكم.

كما إنها تعتمد على الاكتشاف السريع والتنبؤي للأعطال الجانبية للعاكس وهي مصممة لتوفير هامش تبديل أكبر من خلال تحسين زاوية إطلاق العاكس والتحكم في تيار التيار المستمر أثناء الأعطال واستعادة النظام. الاختلافات الرئيسية بين هذه الاستراتيجيات هي:

• طريقة اكتشاف (CF).

• طريقة حساب تقدم زاوية تدفق القدرة.

• طريقة تغيير الترتيب الحالي للتيار المستمر.

بالنسبة لطريقة الكشف عن (CF)، تم اقتراح كاشف لمكونات الجيب وجيب التمام لقياس الجهد أحادي الطور، حيث يمكن اكتشاف جهد التبديل بسرعة، وهناك طريقة منع فشل التبديل (CFPREV)، حيث يتم استخدام اكتشاف الجهد الصفري المتسلسل وتحويل (abc-αβ) للتنبؤ بطرق تنظيم الكابلات أثناء أعطال أحادية وثلاثية الطور، وبالنظر إلى الجهد العابر والخصائص الحالية في ظل أخطاء أحادية وثلاثية الطور اقترح الباحثون إستراتيجية للكشف عن أعطال مكونات الطاقة لتحسين اكتشاف الأعطال.

واستنادًا إلى (CFPREV) طور الباحثون خوارزمية تكرارية للنافذة المنزلقة لتحويل فورييه المنفصل (DFT) لاكتشاف توافقيات الجهد الكهربائي، كما تم اقتراح معيار منطقة الجهد والوقت التوافقي للكشف عن (CFs) التي تسببها التوافقيات، كما يمكن للاستراتيجيات المذكورة أعلاه تحسين حساسية الاستجابة للأعطال، وتوفير أساس لمزيد من تبني الاستراتيجيات مثل تطوير زاوية إطلاق النار وتقليل النظام الحالي للتيار المستمر.

وبالنسبة لطريقة حساب تقدم زاوية تدفق القدرة؛ استخدم الباحثون وحدات تحكم قائمة على المنطق الضبابي لتحديد مدى تقدم زاوية التدفق، والتي يمكن أن تقلل من مخاطر (CFs) الناتجة عن عدم خطية نماذج صمام الثايرستور و عدم اليقين من الاضطرابات الخارجية، وبشكل مباشر العاكس جهد التيار المتردد لحساب زاوية إطلاق النار المطلوبة؛ بينما استخدم المختصين الخصائص التوافقية لجهد التبديل للحساب.

كذلك يمكن لهذه الاستراتيجيات المحسّنة أن تخفف من (CFs) المتتالية إلى حد ما، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه من خلال تقليل زاوية إطلاق العاكس، بحيث سيزداد استهلاك الطاقة التفاعلية للعاكس، مما سيؤدي إلى مزيد من انخفاض جهد التيار المتردد، مثل هذا السلوك غير مواتٍ حيث يلزم ارتفاع جهد التيار المتردد لتحسين الانتعاش، لذلك من الضروري زيادة زاوية الانقراض بشكل مناسب.

أما بالنسبة لطريقة تغيير الترتيب الحالي للتيار المستمر، تم تقديم التحكم التنبئي الحالي للتيار المستمر (DCPC)، حيث يتم تقليل الترتيب الحالي للتيار المستمر من محدد ترتيب التيار المعتمد على الجهد (VDCOL)، لذلك إذا كان (CF) محتمل تم الكشف عنها بواسطة (CFPREV)، بحيث تم تقديم تحكماً محسناً في محدد الطلب الحالي يمكن أن يحد بسرعة من ترتيب (DC).

وبالنظر إلى تأثير توافقيات تبديل العاكس، بينت استراتيجية منع (CF) المعتمدة على تشويه الجهد للحد من ترتيب التيار المستمر عند اكتشاف التوافقيات، وذلك بحثاً متعمقاً لطريقة إعداد معلمات (VDCOL)، وذلك مع الأخذ في الاعتبار خصائص القدرة التفاعلية لنظام (HVDC)، كذلك بينت استراتيجيات التحكم في (VDCOL) لتحسين خصائص استرداد نظام التيار المستمر.

تحليل آلية فشل الاستبدال لزاوية التبديل في نظام HVDC

في صمامات الثايرستور، يجب إزالة الشحنات المخزنة الداخلية المتولدة خلال فاصل توصيل أمامي قبل أن يتمكن الصمام من إنشاء قدرة حجب الجهد الأمامي، لذلك يتطلب صمام العاكس حداً أدنى معيناً من الجهد والجهد السالب، وخلاف ذلك سيحدث (CF) ظاهرة (CF) هي أن الصمام سيستمر في التوصيل عندما لا يكتمل تيار التبديل من الصمام الخارج إلى الصمام الوارد قبل أن ينعكس جهد التبديل عبر الصمام الخارج، أي التبديل العكسي.

عملية التبديل العادية للتحكم لزاوية HVDC

يوضح الشكل التالي (1) الدائرة المكافئة لعاكس جسر (Graetz) ذو (6) نبضات متصل بالمحول الكهربائي (YY)، بحيث تحت التشغيل العادي، كما يتم تشغيل الصمامات (VT1 – VT6) وإيقاف تشغيلها بالتتابع ويكون الفاصل الزمني لتوصيل ذراع الصمام المجاور (π / 3) ونطاق زاوية تدفق القدرة (α) هو (π − μ) / (2≤α <π)، بحيث تكون عملية الحالة المستقرة على أن يتم اختصار مرحلتين أثناء التبديل، كما ويتم فصل مرحلة واحدة أثناء عدم التبديل.

عملية التبديل مع اضطرابات نظام التيار المتردد

أظهرت بعض النتائج أن السبب الرئيسي للـ (CFs) هو تقليل جهد التبديل وانكماش مساحة الجهد والوقت المطلوبة لعملية التبديل، ومع ذلك عندما يعمل النظام في ظل حالة خطأ قد لا تسبب (CFs)، بحيث سيتغير تيار التيار المستمر أيضاً بشكل كبير، والذي يتم تجاهله في تحليل الحالة المستقرة، وفي الواقع سيتغير تيار التيار المستمر في نطاق معين.

وبالتالي لا ينبغي إهمال المصطلح (∫id (π − γ) id (α) Lcdid)، كما أنه ليس دقيقاً بما يكفي لدراسة آلية (CF) فقط، وفي ضوء التحليل أعلاه؛ فإنه من الضروري تعديل افتراض تيار مستمر ثابت، وبالتالي يمكن تجنب الخطأ الناجم عن تقلبات التيار المستمر من الناحية النظرية.

وأخيراً ومن أجل معالجة قضايا الغموض في وضع التحكم للاستراتيجيات القائمة على تعديل وحدة التحكم للمحولات في أنظمة (HVDC)؛ اقترحت هذه الدراسة استراتيجية تحكم ثابتة في منطقة الجهد والوقت مع مقاومة افتراضية للتخفيف من (CFs) المتتالية والمتقطعة، بحيث يأخذ التحكم المحسن في زاوية الانقراض المتغير في الاعتبار تأثير سعة جهد التبديل وتحول طور العبور الصفري على عملية التبديل، لذلك يمكن ضبط قيمة ضبط زاوية التبديل الكهربائية ديناميكياً.