التحكم بفصل الطاقة الكهربائية عالية الأداء أحادية الطور

أهمية التحكم بفصل الطاقة الكهربائية عالية الأداء أحادية الطور

يتم استبدال محطات الطاقة التقليدية أو زيادتها بشكل متزايد بمصادر الطاقة المتجددة (RESs) لمقارنة انبعاثات الكربون، ولسوء الحظ؛ فإن الطبيعة المتقطعة للـ (RESs) هي اليوم السبب الرئيسي للتغيرات في جهد الشبكة الكهربائية والانهيار الناتج في الأحمال الحساسة للجهد (أو الحرجة)، حيث أن الزنبرك الكهربائي (ES) عبارة عن تقنية فعالة من حيث التكلفة تم تصميمها منذ عدة سنوات لمواجهة هذه المشكلة.

لذلك دع الحمل الحرج (CL) والحمل غير الحرج (NCL) للمستخدم النهائي متصلان عند نقطة اقتران مشترك (PCC)، وعند تضمينه في (NCL)، يكون (ES) قادراً على تثبيت جهد (PCC) ومعه جهد إمداد (CL)، بحيث يشار أيضاً إلى (ES) لأحمال التيار المتردد باسم (ACES).

ومنذ أن تم اقتراح تقنية (ES)، ظهرت العديد من الأوراق تتحدث عن إصدارات مختلفة من (ACES)، وهي الإصدارات الرئيسية ثلاثة الإصدار الأول ينفذ استقرار الجهد الكهربائي عن طريق تمكين (ES) من التعامل مع القدرة التفاعلية فقط، أما الإصدار الثاني المعين فيما بعد بـ (ES-2)، يعطي (ES) القدرة على التعامل مع القوى النشطة والمتفاعلة، بحيث يقوم الإصداران الأول والثاني بإدراج (ES) في السلسلة في (NCL).

أما الإصدار الثالث بدلاً من ذلك، يقوم بإدراج (ES) بالتوازي مع (NCL)، كما ويفرض (ES) بشكل مباشر جهد (PCC) عن طريق التعامل مرة أخرى مع القوى النشطة والمتفاعلة، حيث أن الإصدارات المذكورة أعلاه تسمى أيضاً أجيال (ES) نظراً لأنها تمثل معالم في تطوير تقنية (ES)، وبالإضافة إلى ذلك تم وصف العديد من الإصدارات الأخرى إلى جانب (ACES)، وفي الآونة الأخيرة، تمت دراسة نوع آخر من (ES-)، بحيث يشار إليه باسم (DCES -)، وذلك لتحقيق الاستقرار في جهد الإمداد لـ (CLs) المتصلة بشبكة صغيرة.

ومن بين إصدارات (ACES)، تم اعتبار (ES-2) في هذا الطرح لأنه الأكثر شعبية، في الواقع بأنه يوفر إمكانية التحكم في كل من القوة النشطة والمتفاعلة عن طريق طوبولوجيا مباشرة، وحتى الآن تم تقديم العديد من الاستراتيجيات للتحكم في (ES-2)، حيث أن الاستراتيجيات الرئيسية هي بأن يتم تحليل مبدأ التحكم مع تعويضات القوى النشطة والتفاعلية التي يتم رسمها بواسطة (NCL) في حالة ثابتة.

طوبولوجيا ES-2 واستراتيجيات التحكم في الطاقة الكهربائية

طوبولوجيا (ES-2): يظهر الرسم التخطيطي لـ (ES-2) المضمن في تطبيق المستخدم النهائي في الشكل التالي (1)، حيث يتم رسم (ES-2) داخل مستطيل متقطع ويحتوي على عاكس مصدر جهد أحادي الطور (VSI) ومرشح التمرير المنخفض (LC) الذي يمثله الزوج (Lf و Cf)، وفي الشكل (R1 و L1) هما المقاومة ومحاثة خط التوزيع، كذلك (Z2 و Z3) هما ممانعتا (CL و NCL) على التوالي.

أما (vG) هو جهد الشبكة، (vS) هو جهد (CL) بحيث يتزامن مع جهد (PCC ، vNC)، وجهد (NCL ، i1) هو تيار الشبكة المرسوم بواسطة المستخدم النهائي، كما ويُشار إليه أيضاً باسم تيار الإدخال، و (i3) هو تيار (NCL)، وكذلك (iL) هو تيار الخرج (ES) و (vES) هو الجهد عبر المكثف (Cf)، كما ويُشار إليه أيضاً كجهد خرج (ES)، كما تجدر الإشارة إلى أن الضبط المناسب لـ (vES) هو الآلية الرئيسية التي تعمل على استقرار جهد (PCC) مقابل تغيرات جهد الشبكة.

الجهد (vi) في الشكل السابق هو جهد الخرج (VSI)، كذلك السعة اللحظية لمكونها الأساسي تتناسب مع الجهد (Vdc) لمصدر التيار المستمر عند دخل (ES) وكذلك مع إشارة تعديل جيبية، كما يخفف مرشح التمرير المنخفض (LC) التوافقيات عالية التردد لـ (vi)، بحيث يكون لـ (vES) شكل موجي جيبي نظيف.

نمذجة (ES-2): على الرغم من أن (CL و NCL) يمكن أن يكونا من الأنواع المقاومة أو السعوية أو الاستقرائية؛ فمن المفترض فيما بعد أنها مقاومة خالصة للتخفيف من تعقيد العرض، وهكذا تأخذ معادلات الفضاء الحكومية للتطبيق(ES-2) في الشكل السابق (1):

بالإضافة إلى المعادلات أعلاه، يمكن نمذجة تطبيق (ES-2) كما في الشكل التالي (2)، وذلك من خلال تجاهل التوافقيات عالية التردد، بحيث يتم التعبير عن الجهد (vi) بواسطة [d (t) Vdc]، حيث أن [d (t)] هي دورة التشغيل لـ إشارة التعديل، وفي عملية النمذجة (ES-2)، يتم تجاهلها أيضاً مم خلال ديناميكيات مصدر التيار المستمر عند مدخلات (ES).

استراتيجيات التحكم في الطاقة الحالية

يناقش هذا القسم الفرعي استراتيجيات التحكم في فصل الطاقة الكهربائية، والمتوقعة في القسم الأول

التحكم بـ (δ): يظهر الرسم التخطيطي لاستراتيجية التحكم في الشكل (3-a)، حيث (θ ^) هنا هي المرحلة اللحظية لجهد الشبكة والكميات الأخرى داخل المستطيل المتقطع المسمى بالتحكم محددة، كما تنفذ الاستراتيجية التحكم في الطاقة من خلال التأثير على زاوية المرحلة (δ) بين (PCC) وجهود الشبكة.

كما يتم حساب هذه القيمة من خلال معالجة نواقل الكميات الكهربائية للتيار المتردد في الشكل السابق (1)، بحيث بغرض تحقيق الأهداف المحددة، إلى جانب تثبيت جهد (PCC)، بحيث يمكن تحقيق هدف تشغيل (ES-2)، وذلك تحت الطاقة النشطة الثابتة أو وضع الطاقة التفاعلية الثابتة، لذلك تدرك استراتيجية التحكم (δ) التحكم في فصل الطاقة عن (ES-2) مع الأداء الديناميكي الجيد، ومع ذلك؛ فإن تشغيله يعتمد على نمذجة التطبيق بأكمله، بما في ذلك خط التوزيع ويتطلب معرفة مسبقة بجميع معلمات الدائرة.

التحكم في (RCD): يظهر الرسم التخطيطي لاستراتيجية التحكم في (RCD) في الشكل (3-b)، حيث أن (VS، ^θ) هما على التوالي قيمة جذر متوسط التربيع والمرحلة الآنية لجهد (ϕSL_ref)، حيث أن (PCC) هو المرجع لزاوية مقاومة (i_ref)، كذلك (SL)، هي زاوية مقاومة (NCL) و (Vesr) هو المكون الشعاعي للجهد (ES).

وإلى حد كبير، تحافظ استراتيجية (RCD) على التحكم في حجم الجهد وزاوية الطاقة لـ (SL)، وذلك من خلال العمل على مكونات (RCD) لجهد (PCC)، بحيث تتمتع الاستراتيجية بأداء ديناميكي جيد ولا تستخدم إما مقاومة الخط أو معلمات (CL)، ولكنها لا تزال بحاجة إلى معطيات (NCL).

التحكم في (SPD): يظهر الرسم التخطيطي لاستراتيجية التحكم في (SPD) في الشكل السابق (3)، حيث يعتبر (Pin و Qin) القوى النشطة والتفاعلية المرسومة بواسطة تطبيق (ES-2)، كما تتم مقارنتها مع المراجع ذات الصلة ومن ثم معالجتها بواسطة وحدات تحكم متناسبة متكاملة (PI) لتقديم أوامر (dq) لـ (vES).

كذلك تم تعيين مراجع (Pin و Qin) على التوالي لتلبية هدف محدد ولتنظيم جهد (PCC)، كما ويتم ضبط معاملات (PI) من خلال نهج الخطأ التجريبي، كما يتم تقييد عرض النطاق الترددي لحلقات الطاقة ليكون منخفضاً إلى حد ما لمنع ظهور ظواهر عدم الاستقرار، وبالتالي إبطاء ديناميكيات التطبيق، وكما يشير التحليل أعلاه إلى أن استراتيجيات التحكم في الطاقة الحالية إما معقدة أو بطيئة بحيث يبدو من المهم تطوير حل تحكم بسيط وفعال ديناميكياً.