التحكم الكهربائي في مقومات الشبكة المتصلة بوحدة تحكم PI

في هذا الطرح تم اقتراح وحدة تحكم (PI-FOPI) بالترتيب الجزئي المعتمد على الخوارزمية للتحكم الافتراضي الموجه نحو التدفق لمعدل (PWM) وهو متصل بالشبكة ثلاثي الأطوار، كما تجعل وحدة التحكم (FOPI) آلية تحكم مقوم (PWM) أكثر قوة بسبب السلوك الجزئي، بحيث تتمتع أجهزة التحكم ذات الترتيب الجزئي بدرجة إضافية من الحرية.

أهمية التحكم الكهربائي في مقومات الشبكة المتصلة بوحدة تحكم PI

يتم استخدام محولات الطاقة الإلكترونية على جميع المستويات في أنظمة الطاقة باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، كذلك “طوبولوجيا محول الطاقة” الأكثر استخداماً هي محول مصدر الجهد ثلاثي الطور، حيث أن هذا المحول شائع بسبب قدرته على العمل إما كمقياس أو عاكس، وفي وضع المعدل يطلق عليه بشكل أكثر شيوعاً مقوم (PWM)، بحيث كانت مقومات (PWM) خياراً مثالياً بين المقومات المحسّنة ذات جودة الطاقة المختلفة.

كما أن الميزات الجذابة لهذه المقومات هي التحكم بشكل أفضل في جهد التيار المستمر وتشغيل معامل القدرة تقريباً (جهد الشبكة والتيار في نفس المرحلة) ومحتوى أقل توافقياً في تيار الشبكة الكهربائية، بحيث يشعر الباحثون بالحاجة إلى تقنيات تحكم متقدمة للمعدلات النشطة، كما توفر إحدى طرق التحكم الشائعة المعروفة باسم التحكم الموجه للجهد (VOC) بشكل غير مباشر تحكمًا نشطًا وتفاعلياً في الطاقة.

وعلى الرغم من أن (VOCs) توفر استجابة معتمدة؛ إلا أن العملية تتأثر إلى حد كبير بوحدة التحكم الحالية المختارة، وفي طريقة (VOCs)؛ فإنه يتم تحويل التيارات الجانبية للتيار المتردد إلى مكونات نشطة ومتفاعلة ومقارنتها مع التيارات المرجعية، كما تستخدم وحدات تحكم (PI) لتتبع المرجع، بحيث يتم استخدام كتلة المغير لتوليد إشارات البوابة، كما يعد الضبط الدقيق لوحدة التحكم (PI) ضرورياً للحصول على استجابة مرضية ثابتة وديناميكية.

الطرق المعتمدة في التحكم بمقومات الشبكة الكهربائية

هناك طريقة أخرى سهلة التنفيذ تُعرف باسم طريقة التحكم المباشر في الطاقة (DPC)، وفي هذه الطريقة؛ فإنه يتم تقريب الطاقة النشطة والمتفاعلة من القيم المرجعية دون استخدام حلقات التحكم في التيار الداخلي، لذلك لا حاجة إلى تحويلات التنسيق، كما يتم استخدام الخطأ في القوى (النشطة والمتفاعلة) وجهاز التحكم في التباطؤ وجدول منطق التبديل لإنتاج إشارات (PWM).

لذلك؛ فإنه لا يلزم وجود فدرات تعديل في (DPC)، كما يعتمد أداء (DPC) على الحساب الدقيق أو القياس للقوة النشطة والمتفاعلة، ومع ذلك؛ فإن منظمات التباطؤ تضمن سلوكاً ديناميكياً جيداً، لكن العيب في (DPC) لا يحصل على تردد تبديل ثابت، كما أن الجانب السلبي الآخر هو شرط التردد العالي لأخذ العينات، بحيث يتسبب سلوك منظمات التخلف المستخدمة في (DPC) في نمط التحويل المتغير لأجهزة أشباه الموصلات المستخدمة في المحول.

المعدل الخاص بـ PWM وخوارزمية التحكم الكهربائي VFOC

تظهر دائرة مقوم (PWM) ثلاثية الطور في الشكل التالي (1)، وقد تم استخدام ستة مفاتيح (IGBT) في تكوين الجسر، كم أن مرشح الخط مع المقاومة (R) والحث (L) متصل على جانب الإدخال، بحيث يتم تصنيف تيارات الخط على أنها (ia ،ib ،ic) و الفولتية ثلاثية الطور مثل (Ea ،Eb ،Ec)، كما يتم تمثيل جانب (DC) للمحول بواسطة مرشح (C) ومقاومة الحمل الكهربائي (RL)، أيضاً جهد الحمل والتيار هما (Vdc ،IL) على التوالي، وأخيراً (Sa ،Sb ،Sc) هي حالة تبديل المحول.

ومن خلال تطبيق قانون الجهد الكهربائي (Kirchhoff) في الشكل السابق (1):

كما يتم تمثيل جهد طور القطب للمقوم بالمعادلات التالية:

كما أن إحداثيات التحويل تكون من ثلاث مراحل (abc) إلى إحداثيات ثابتة (α -β)، بحيث تتم باستخدام المعادلة التالية:

كما يتم تطبيق خوارزمية (VFOC) على أساس التحكم الموجه للجهد بدون مستشعر جهد خط التيار المتردد، بحيث يقدر الجهد الكهربائي، بحيث تستخدم وحدات التحكم (FOPI) بدلاً من وحدات التحكم (PI) التقليدية في حلقة التيار الداخلي وحلقة الجهد الخارجي، كما تم تحسين وتصميم معطيات وحدات التحكم (FOPID) باستخدام خوارزمية خاصة.

وحدة تحكم PID لترتيب الكسر الحاصل في مقومات الشبكة المتصلة

في الآونة الأخيرة، حظي حساب ترتيب الكسور بالاهتمام، كما وتم استكشاف التطبيقات في مجال نظام التحكم الكهربائي، بحيث يمكن أن يمثل حساب الترتيب الكسري نموذجاً أفضل ودقيقاً للنظام الحقيقي مقارنة بنظرية الأعداد الصحيحة الكلاسيكية، كما يتم إعطاء تحليل المعادلات التفاضلية ذات الرتبة الكسرية، بحيث تركز الدراسة حول وحدات تحكم (FOPID) على المجالات الأكاديمية والتجارية.

وعلاوة على ذلك؛ فإن مزايا وحدات التحكم (FOPID) جذابة في نماذج الأنظمة الكهربائية والميكانيكية والكهروميكانيكية التي تعرض خصائص المواد الحقيقية والسمات اللاهوتية للصخور وأكثر من ذلك، وهو الترتيب المشتق والمتكامل هو عدد صحيح في وحدة تحكم (PID) الكلاسيكية، بينما في وحدة تحكم (FOPID) وتكون كسرية.

كما يمكن تمثيل إجراء التحكم لوحدة تحكم (FOPID) بالمعادلة:

حيث أن (λ ، μ) هي أرقام حقيقية عشوائية، وفي حالة وحدة تحكم (PID) الكلاسيكية؛ فإن هذه القيم تساوي واحداً، كما يمكن كتابة المعادلة التالية في المجال (s) على النحو التالي:

كذلك يمكن عرض مجال التحكم في (PID ، FOPID) في الشكل التالي:

كذلك تتمثل الفائدة الرئيسية لوحدة التحكم (FOPID) في زيادة أداء الأنظمة غير الخطية والديناميكية ولديها حساسية أقل للتغيرات في معلمات النظام، ومع ذلك؛ فإن التحديات التي ينطوي عليها الأمر هي تكاليف التصميم والتنفيذ، بحيث تتطلب وحدة التحكم (FOPID) خمس معطيات، بينما تحتاج وحدة التحكم (PID) إلى تحسين ثلاثة معلمات فقط، وبالتالي؛ فإن تصميم وحدة التحكم (FOPID) أكثر صعوبة من وحدة التحكم (PID).

وعلى الرغم من أنها مفيدة أكثر من الناحية الفنية؛ إلا أن تكلفة التنفيذ وفوائد التكلفة التي تم الحصول عليها من وحدة تحكم (FOPID)، بحيث تحتاج إلى مزيد من التحقيق، كذلك لم يتم استكشاف آفاق وحدات تحكم (FOPID) في تطبيقات محول الطاقة حتى وقت قريب، كما تمت دراسة استخدام حساب الكسر في أنظمة الطاقة في مجالات التحكم في الجهد والتحكم التلقائي في الحاكم والتحكم في التخميد.

وأخيراً يعد تصميم وضبط معطيات وحدة التحكم جزءاً مهماً للغاية في نظام التحكم. عادة ما يتم استخدام إجراء التجربة والخطأ لضبط معلمات وحدة تحكم (PID)، بحيث تستغرق معطيات وحدة التحكم التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة وقتاً طويلاً وقد لا تكون أفضلها، كما يتم البحث عن تقنيات التحسين لأنها تتطلب وقتًا أقل وتعطي قيم المعلمات المثلى.

كذلك يستخدم تحسين سرب الجسيمات (PSO)، ولضبط وحدات التحكم ذات الترتيب الكسري، كما تُستخدم طريقة تحسين البحث الذري (ASO) لضبط وحدة تحكم (FOPID) وللتحكم في التردد الكهربائي تلقائياً في نظام طاقة هجين، وهناك طريقة (ASO) بسيطة جداً للتطبيق وتعتمد على نظرية سلوك الحركة الذرية ويمكن استخدامها لإيجاد الحلول المثلى في مجموعة واسعة من التطبيقات.