التحكم في الجهد الكهربائي المزدوج للشبكات الصغيرة

تم اقتراح مشكلة التحكم في الجهد الكهربائي الثانوي لشبكة جزرية صغيرة قائمة على العاكس (MG) في هذا البحث، أولاً يتم تحليل ونمذجة ديناميكيات الجيل الموزع (DG) مع التحكم الأساسي، وبعد ذلك تم تصميم وحدة التحكم في الوضع الانزلاقي.

أهمية التحكم في الجهد الكهربائي المزدوج للشبكات الصغيرة

بسبب الضغوط المزدوجة لحماية البيئة واستنفاد الطاقة على تطوير طاقة متجددة نظيفة، ومن أجل حل مشكلة اتصال الشبكة واسعة النطاق المولدات الموزعة (DGs)؛ فقد تم اقتراح مفهوم الشبكات الصغيرة (MG)، وهو نظام توزيع طاقة صغير يتكون من مصادر الطاقة الموزعة وأجهزة تخزين الطاقة وأجهزة تحويل الطاقة والأحمال الكهربائية وأجهزة المراقبة والحماية.

كما إنه نظام يمكن التحكم فيه وحمايته وإدارته بنفسه، لذلك لا يمكنها فقط تشغيل توصيل الشبكة الرئيسية بجهد منخفض ومتوسط ​؛ بل تعمل أيضاً في وضع المجموعة، وبالتالي تعد (MG) طريقة فعالة لتحقيق شبكة التوزيع النشطة، مما يجعل انتقال الشبكة التقليدية إلى الشبكة الذكية، وعادة يتم توصيل (MG) بالشبكة الكهربائية الرئيسية من خلال مفتاح ثابت.

ونظراً لأن سعة الشبكة الرئيسية أكبر؛ فإن ديناميكيات (MG) تهيمن عليها الشبكة الرئيسية، وفي هذه المرحلة تتمثل مهمة التحكم في (MG) في نقل الطاقة النشطة والتفاعلية المخططة إلى الشبكة الرئيسية، وبمجرد حدوث الاضطراب؛ سينكسر المفتاح الثابت المتصل بالشبكة الرئيسية لـ (MG) وسيتم عزل (MG)، كما إن مهمة التحكم في (MG) ليست فقط جعل الجهد ثابتاً، ولكن أيضاً الوصول إلى قيمة مرجعية معينة.

معالجة مشكلة ثبات الجهد الكهربائي في الشبكات الصغيرة

يمكن اعتبار ثبات الجهد في نظام الطاقة مشكلة في التحكم في النظام المعقد مع مستويات جهد متعددة وأهداف تحكم، وفي الآونة الأخيرة يعد التحكم الهرمي هو استراتيجية التحكم الأكثر نضجاً والأكثر استخداماً على نطاق واسع مع ثلاث طبقات بشكل عام والتحكم الثلاثي هو أعلى طبقة، مما يحسن التشغيل الاقتصادي للنظام بأكمله ويأخذ في الاعتبار مؤشر الاستقرار.

كما يقبل التحكم الثانوي إشارة التحكم من الدرجة الثالثة للتأكد من أن اتساع الجهد للعقدة التجريبية هو تقريبًا القيمة المحددة مسبقاً، بحيث إذا انحرفت سعة الجهد للعقدة التجريبية؛ فإن وحدة التحكم في الجهد الثانوي ستغير القيمة المرجعية المحددة مسبقاً لوحدة التحكم في الجهد الأساسي وفقاً لقانون التحكم المحدد مسبقاً.

لذلك تتكون وحدة التحكم في الجهد بشكل أساسي من منظم الجهد الأوتوماتيكي (AVR) ومنظم الجهد عند التحميل (OLTC) ومعوض التيار الثابت (SVC) للمولد الكهربائي المحلي بصفته التحكم التعاوني الإقليمي، كما يكون التحكم في الجهد الثانوي هو المفتاح لاختراق التحكم في “الجهد المحلي”، كما إنه الرابط الحاسم الذي يربط بين التحكم في الجهد الأساسي والتحكم الثلاثي في الجهد ضمن نظام التحكم الهرمي للجهد، وأيضاً جوهر بحث التحكم الهرمي.

النمذجة الهندسية الخاصة بمولدات الشبكة الصفيرة MG

نموذج (DG) المعتمد على العاكس: بشكل عام، تتكون استراتيجية التحكم الهرمي من التحكم الأولي والثانوي والثلاثي، والمستخدم في التحكم بـ (MG)، حيث يكون التحكم الأساسي هو التحكم المحلي لكل (DG)، كما يمكن أن يظل جهد خرج (MG) ثابتاً مع الحمل أو توليد الطاقة لتغييرات النظام أو عندما يكون (MG) في وضع الجزيرة.

لذلك يظهر مخطط التحكم الأساسي لـ (DG) بالشكل التالي (1)، وبشكل عام تتكون وحدة (DG) القائمة على عاكس مصدر الجهد (VSI) من جسر عاكس للتيار المستمر الى التيار المتردد ومصدر رئيسي للتيار المستمر ومرشح مكثف محث (LC) وموصل إخراج مغو مقاوم (RL)، وبالإضافة إلى ذلك، توجد حلقات للتحكم في الجهد والتيار الكهربائي.

كما أنه من المعروف أن ديناميكيات حلقات التحكم في الجهد والتيار أسرع من حلقة التحكم في الطاقة، لذلك في نموذج التحكم الأساسي، يتم النظر فقط في وظيفة التحكم في التدلي لحلقة التحكم في الطاقة للتبسيط، بحيث يظهر مبدأ التحكم الأولي والثانوي في الشكل التالي (2).

لذلك يتم إجراء لتنظيم الجهد على أساس التحكم في التدلي، حيث أن الهدف من التحكم الأساسي هو الحفاظ على مقدار الجهد بالقرب من قيمه الاسمية بمجرد أن يطلب المستخدم أو يتغير مصدر الطاقة، بينما يتم استخدام التحكم الثانوي لاستعادة الانحرافات الناتجة عن التحكم الأساسي، وذلك كما هو موضح في الشكل (2)، كم يمثل الإجراء من النقطة (A) إلى (B) التحكم الأساسي ومن النقطة (B) إلى (C)، بحيث يمثل التحكم الثانوي.

نموذج نطاق الشبكة الصغيرة

وفقاً لنظرية الرسم البياني المفصلة في التجارب؛ فإن شبكة الاتصالات لنظام (MG) تكون بمثابة رسم بياني غير موجه للتحكم في الفولتية الناتجة من عدة (DGs)، بحيث تصل إلى القيمة المحددة مسبقاً بشكل متوافق.

كذلك تمثل العقدة (i th DG) (الناقل) ويمثل الخط بين العقدين (i ، j th) الارتباط بين (DGs)، أي القبول على الخط (Yij = Gij + jBij)، لذلك إذا كان لـ (j∉Ni)؛ فإن (Yij = 0) خاصةً إذا كان لـ (j∉Ni)؛ فإن (Yij = 0)، أما إذا كان (j∈Ni) و (j i) ثم (Yij ≠ 0)؛ فإنها تتشابه بصيغة مصفوفة القبول مع مصفوفة لابلاسيان، والتي تميز طوبولوجيا ووزن خط (MG).

ولاحقاً تم تصميم وحدة تحكم ثانوية لنظام (MG) مع استراتيجية التحكم الهرمي في هذا البحث، وذلك من أجل التعويض عن انحراف الجهد الناتج عن التحكم الأساسي، وأخيراً تتم مزامنة الفولتية الناتجة لجميع (DGs) الموزعة مع الجهد المرجعي (Vr)، كما تم ذكر إطار التحكم الهرمي لنظام (MG) بالشكل التالي (3).

تحليل متحكم الجهد الكهربائي الثانوي

في هذه الدراسة تم تطبيق خوارزمية التحكم في الوضع المنزلق للشبكة العصبية (RBF-NN) على استراتيجية التحكم الثانوية الموزعة لـ (MG)، وهو التحكم في الوضع المنزلق، أما (RBF-NN) هو نظرية تحكم تجمع بين مزايا الشبكة العصبية ومبدأ الهيكل المتغير المنزلق، كما ويمكن الاطلاع على المعرفة التفصيلية عنها.

كذلك يتم تحويل هدف التحكم من تتبع الخطأ إلى وظيفة وضع الانزلاق، حيث إن مدخلات وحدة التحكم ليست مشتقاً من الخطأ، ولكنها وظيفة الوضع المنزلق المنفصلة، أما عندما تقترب وظيفة وضع الانزلاق من الصفر؛ سيصل خطأ التتبع أيضاً إلى الصفر بشكل مقارب، وهناك ميزة أخرى للتحكم في وضع الانزلاق المتداول (RBF-NN) هي أن وحدة التحكم لا تعتمد على النموذج الرياضي الدقيق للنظام.

في هذا البحث، تم تصميم التحكم الثانوي في جهد (MG) بالنسبة لهيكل التحكم المركزي التقليدي، بحيث يحتوي هيكل التحكم الموزع على شبكة اتصالات أبسط ويتجنب نقطة واحدة من الفشل، كما يتم إرسال معلومات الاتصال لبعضها البعض من خلال (DGs) المجاورة، وذلك بدون وحدة تحكم مركزية، ولتصميم وحدة التحكم الثانوية؛ فإنه يتم استخدام خوارزمية التحكم في الوضع المنزلق (RBF-NN).

أما لحل مشكلة استعادة الجهد. قد يتسبب التحكم البسيط في وضع الانزلاق في حدوث ثرثرة تضعفها نظرية الشبكة العصبية، وتتحقق المحاكاة من فعالية الخوارزمية وقابليتها للتكيف للتحكم في الجهد الثانوي لـ (MG) ويتم تحقيق سرعة استجابة النظام المناسبة عن طريق ضبط معلمات وحدة التحكم الخاصة بالنظام.