التحكم في تباطؤ التردد الكهربائي الإشرافي شبه الثابت

تقترح هذه الدراسة تحكماً جديداً في نطاق التباطؤ المتجه للفضاء ذي التردد الكهربائي الثابت (CF-SVHCC) في الإطار المرجعي الثابت (SRF) لتطبيقات مرشح القدرة النشطة ثلاثية المستويات عند تطبيقها على أنظمة النقطة المحايدة المعزولة (INP)، كما تم تصميم (CF-SVHCC) على أساس طريقتين من طرق التعديل المعترف بها، وهي تعديل ناقل الفضاء والتحكم في التباطؤ التكيفي الحالي.

أهمية التحكم في تباطؤ التردد الكهربائي الإشرافي شبه الثابت

أصبح التعويض التوافقي جوهرياً بشكل تدريجي في نظام الطاقة بسبب التطبيقات المتزايدة للأحمال غير الخطية والأجيال الموزعة المتجددة والأجهزة الذكية، كما يؤدي ضعف جودة الطاقة إلى ارتفاع كبير في تشوهات الجهد وعدم الاستقرار وخسائر الخط عندما تنتشر التيارات التوافقية في اتجاه المنبع وتؤدي إلى انخفاض الجهد التوافقي عبر ممانعات الخط، مما يؤثر على نظام توزيع الطاقة في المنبع.

كما تم تقديم علاجات تخفيف مختلفة مثل المرشحات السلبية والنشطة والهجينة، بالإضافة إلى أجهزة الطاقة المخصصة، ونظراً للتطورات التكنولوجية الحديثة في تكنولوجيا التبديل وتوافر أجهزة تحكم أرخص مثل معالجات الإشارات الرقمية (DSPs)، كما اجتذبت (APF) مزيداً من الاهتمام ومن المتوقع أن تكون علاجاً مناسباً لمشاكل التشوه التوافقي.

استراتيجيات التحكم بالمحولات وتباطؤ التردد الكهربائي

تم تطوير العديد من استراتيجيات التحكم في المحولات الكهربائية للتحكم في الفولتية أو التيارات؛ فإنه يمكن تصنيفها بشكل أساسي إلى أساليب التحكم الحالي غير المباشر (ICC) والتحكم الحالي المباشر (DCC). ينتمي التشكيل القائم على الموجة الحاملة وتشكيل متجه الفضاء إلى فئة (ICC)، وهناك نهج بديل لتنظيم التيار هو استخدام (HCC)، والتي تنتمي إلى فئة (DCC).

وفي العديد من التطبيقات مثل المحولات المتصلة بالشبكة الدقيقة وأنظمة محرك التيار المتردد و (APFs)، كما من الضروري تنظيم تيار العاكس باستخدام وحدة تحكم الحلقة المغلقة، بحيث تؤثر جودة وحدة التحكم الحالية المستخدمة بشكل كبير على أداء نظام التحكم الكلي، لذلك على مدى العقود القليلة الماضية، كما تم إجراء بحث كبير على تقنيات التحكم في العاكس الحالي.

وحتى الآن، تم تطوير ثلاث فئات رئيسية من أجهزة التحكم الحالية بما في ذلك أجهزة التحكم التنبؤية وأجهزة التحكم المتكاملة الخطية و (HCC)، ومن بينها تم استخدام (HCC) على نطاق واسع، وذلك نظراً لبساطته واستجابته السريعة وقدرته على الحد من تيار الذروة المتأصل دون الحاجة إلى معلومات خاصة بالنظام والمعروف أن (HCC) له عدة عيوب.

كما يتمثل القيد الرئيسي لهذا التحكم البسيط في عملية دورة محدودة بتردد تحويل عالٍ عند الفولتية المنخفضة في الأنظمة ذات المحايد المعزولة، ومع ذلك لا يزال (HCC) مستخدماً بشكل شائع لكل من تطبيقات الأجهزة والبرامج بينما تم تقديم العديد من التكوينات المحسّنة لتحسين أدائها مثل قمع اختلافات دورة الحد.

دراسات تكييف أنظمة التحكم في تباطؤ التردد الكهربائي

تمت أيضاً دراسة مناهج تكييف نطاق التخلفية لتجنب تفاعل الطور وتقييد تغيرات تردد التبديل في الدراسات، بحيث تم اقتراح استبدال نطاق ثابت بنطاق متغير لتقليل تردد التبديل، وهذا الحل وعلى الرغم من بساطته؛ فإنه ينتج توافقيات تيار منخفضة التردد كبيرة ويؤدي إلى ترددات تحويل عالية جداً حول نقاط عبور الصفر للتيار الكهربائي المرجعي.

كما تم اقتراح تحكم تيار نطاق التباطؤ التكيفي (AHCC) للحفاظ على تردد تبديل ثابت وإزالة التبعية بين الأطوار  يعطي هذا النهج أطياف تردد مرضية ويقلل من اهتزازات تيار العاكس، ومع ذلك؛ فإنها ستعاني عادةً من مشاكل الاستقرار والأداء العابر المحدود، وفي الاستخدامات الرقمية لـ (HCC)؛ يمكن التحكم في معدل أخذ العينات لتقليل تردد التبديل.

كما تتمثل العيوب الرئيسية لهذا النهج في تشوه شكل الموجة والتردد الحاليين بشدة، كذلك تم اقتراح وحدة تحكم التخلفية التنبؤية الرقمية لإزالة هذه المشاكل، بحيث تعطي هذه الطريقة أداءً عابراً وثابتاً مرضياً للغاية، لكنها لا تزال تتطلب حسابات معقدة، ونظراً للإمكانيات التي يوفرها (DSPs) المتقدم؛ فلم يعد (HCC) مقصوراً على التكوين التقليدي، لذلك تم تطوير العديد من تنوع طرق (HCC)، حيث تم تصميم الغالبية على أساس تمثيل ناقل الفضاء (SV) لحالات تبديل (VSI) في (SRF).

تكوين عامل تصفية الطاقة الكهربائية النشط

تجعل الاستجابة الديناميكية السريعة والتبديل عالي التردد (APF) مرشحاً قوياً للتعويض المتكامل لأحداث جودة الطاقة المنخفضة مثل التيارات التوافقية والتفاعلية والسلبية مع تحقيق تيار الشبكة الجيبية عند نقطة الاقتران المشترك (PCC)، كما يتم مبدأ التشغيل واستراتيجية التحكم في (APF) المدروس، حيث (APF) هو (VSI)، بحيث يتم التحكم فيه كمصدر حالي، وهو متصل بالتوازي مع الأحمال غير الخطية وحقن مكونات التيار التوافقي المتساوية ولكن المعاكسة في (PCC) للتخفيف من تشوه جودة الطاقة قبل الدخول إلى الشبكة.

كما يتكون مخطط كتلة (APF) من دوائر القياس والمرجع والتشكيل جنباً إلى جنب مع (VSI)، كما تهدف هذه الدراسة إلى تصميم دائرة تعديل جديدة لإنتاج التيار المرجعي بتردد ثابت عند تطبيق (APF) على أنظمة (INP) ثلاثية الطور، كما تعتمد استراتيجية التحكم على حالة التحكم (DCC)، بحيث تتمثل أهداف شبكة الطاقة و (APF) في توفير المكونات الأساسية والتوافقية لتيار الحمل غير الخطي على التوالي مما يؤدي إلى تيارات إمداد شبه جيبية ثلاثية الطور مقفلة في الطور بجهد (PCC).

وحدة كشف المنطقة الخاصة بتباطؤ التردد الكهربائي

كما هو مبين في الشكل التالي، بحيث يتحرك طرف متجه التيار المرجعي على دائرة قريبة من أصل نظام الإحداثيات، كما يتم إجراء التحليل في (SRF)، وبالتالي ينتج عن تحويل نطاقات التخلفية الثلاثة إلى هذا الإطار نطاقي تباطؤ دائريين وثلاث مناطق بشكل عام، يتم اختيار هذه المناطق من أجل استخدام فئتين من متجهات الجهد الكهربائي، أي متجهات جهد صفر- (U0 ، U7) وغير صفرية (U1 إلى U6).

كذلك يتم تعريف المناطق الأولى (AI) والثانية (AII) والثالثة (AIII) على أنها السطح المحاط بالدائرة بنصف قطر (r1) والسطح مقيد بدائرتين بنصف قطر (r1 ،r1 + r2) والمساحة خارج دائرة نصف القطر (r1 + r2) على التوالي، بحيث تعتمد قيم نصف القطر (r1 ، r2) على قيمة المرجع الحالي وعلى ديناميكيات التحكم المطلوبة، كما قد يؤدي الاختيار (r1 = 0) إلى زيادة تردد التبديل نظراً لعدم استخدام متجهات جهد صفري.، بحيث يتم تحديد قيمة (r2)، وهي النطاق التقديري الخارجي للتخلفية بواسطة وحدة حساب نطاق التباطؤ.

وأخيراً تم اقتراح (CF-SVHCC) جديد لـ (VSIs) ثلاثية الطور نصف الجسر في (SRF) وتنفيذها لتطبيقات (APF) في أنظمة النقطة المحايدة المعزولة ثلاثية الطور، كما تم اقتراح طريقة جديدة لحساب نطاقات التخلفية من شأنها تقدير وتحديث المكون الأساسي لجهود العاكس الجانبي (AC) باستخدام إشارات التبديل، وعلاوة على ذلك يتم تعويض التأخير الناجم عن (Adaline) في تقدير الفولتية المثالية، وبالتالي نطاقات التخلفية باقتراح استقراء خطي بسيط بناءً على قيم العينات السابقة.