اقرأ في هذا المقال
- أهمية التحكم في قدرة المحولات الكهربائية ثلاثية الطور
- النمذجة الكهربائية المرتبطة بالعاكس ثلاثي الطور
- طريقة التحكم الكهربائي في Lyapunov-Energy-Function-Based
في هذه الدراسة تم اقتراح طريقة تحكم تعتمد على وظيفة طاقة (Lyapunov) مع حلقات تغذية مرتدة لجهد الخرج لمحولات الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) ثلاثية الطور، بحيث توضح الدراسات المقدمة أن طريقة التحكم التقليدية المعتمدة على وظيفة الطاقة في (Lyapunov)، لذلك لا تؤدي فقط إلى خطأ كبير في الحالة المستقرة في الجهد الكهربائي الناتج.
أهمية التحكم في قدرة المحولات الكهربائية ثلاثية الطور
عادةً ما يتم تغذية الأحمال الحرجة مثل أنظمة الاتصالات والمعدات الطبية ومراكز البيانات بواسطة أنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) في حالة انقطاع طاقة الشبكة الكهربائية، بحيث تحتاج هذه الأحمال إلى طاقة عالية الجودة وجهد موثوق به في أطراف الإدخال بغض النظر عن شذوذ الجهد في جانب الشبكة الكهربائية.
لذلك يلزم وجود نظام (UPS) عالي الجودة والذي يجب أن يمتلك ميزات معينة مثل الاستجابة الديناميكية السريعة بغض النظر عن ظروف الحمل والتشوه التوافقي الكلي المنخفض (THD) في جهد الحمل الكهربائي وأداء التتبع الجيد إلى حد معقول والاستقرار المضمون.
ومن أجل تحقيق المتطلبات المذكورة أعلاه، تم الإبلاغ عن العديد من استراتيجيات التحكم لمحولات (UPS) في الدراسات، بحيث يوفر التحكم التنبؤي النموذجي (MPC) مع مراقب الحمل الكهربائي الحالي تنفيذاً بسيطاً، لكن النتائج التي تم الحصول عليها لا تظهر أداءً رائعاً من حيث خطأ الحالة المستقرة و (THD)، وعلاوة على ذلك تعتمد (MPC) على معلمات النظام.
وعلى الرغم من أن طريقة التحكم في الضربات الميتة (DB) تُظهر استجابة ديناميكية سريعة؛ إلا أنها تعتمد أيضاً على معلمات النظام التي قد تسبب تشغيلاً غير مستقر عندما تكون اختلافات معلمات النظام كبيرة، وعلى الرغم من أن تقنية التحكم المتكرر تزيل الاضطرابات الدورية بشكل فعال وتوفر أداء مرضياً في عملية الحالة المستقرة؛ فإن استجابتها الديناميكية بطيئة والأداء غير مرضٍ في ظل ظروف الاضطراب غير الدوري.
كذلك تقدم طريقة التحكم اللانهائية (H) المقدمة استجابة ديناميكية مرضية، ومع ذلك؛ فإن جهد الخرج مشوه تحت الحمل غير الخطي، بحيث تحقق تقنية التحكم القائمة على التغذية المرتدة الموصوفة، بحيث تقدم أداءً مرضياً لـ (THD) تحت الأحمال غير الخطية، ومع ذلك لا يؤخذ تأثير اختلافات المعلمات في الاعتبار، علاوة على ذلك؛ فإن تنفيذ نهج التحكم معقد.
طرق التحكم الخاصة بضبط قدرة المحولات الكهربائية ثلاثية الطور
بالإضافة إلى طرق التحكم هذه؛ فإنه يتم أيضاً اقتراح أنواع مختلفة من المنهجيات لمحولات (UPS)، بحيث تم تقديم التحكم التكيفي على سبيل المثال في الجهد إلى جانب (THD) المنخفض، كما أن العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو خطر الاختلاف إذا لم يتم اختيار المكاسب بشكل مناسب، وعلى الرغم من أن طريقة التحكم القائمة على تعديل عرض النبضة الجيبية عالية الأداء التي تم تقديمها؛ فإنها تؤدي بشكل مرضٍ في الحالة المستقرة تحت الأحمال غير الخطية؛ إلا أن جهد الحمل لا يزال مشوهاً.
كذلك تحقق طريقة التحكم في التعلم التكراري أداءً عالياً في ظل الأحمال غير الخطية على حساب تردد التحويل العالي مما يؤدي إلى خسائر تحويل عالية، كما تجمع طريقة التحكم القوية في التتبع المقترح بين ميزات طرق التحكم الميتة والقوية التي تنتج استجابة ديناميكية سريعة بالإضافة إلى متانة عالية لنمذجة حالات عدم اليقين، بحيث يتم تقديم طريقة التحكم الأمثل في الجهد على أساس المراقب والتي تتضمن جزأين.
بينما يضمن الجزء الأول عدم وجود خطأ ثابت في الحالة؛ فإن الجزء الآخر مسؤول عن تقدير حالات عدم اليقين في النظام؛ فإنها تكمن المشكلة الرئيسية في هذه الطريقة في أنها تنطوي على الكثير من المكاسب مع العديد من القيم المحتملة مما يجعل من الصعب تحديد القيم المثلى للأداء المطلوب، ومن ناحية أخرى ظهرت طرق التحكم في الوضع المنزلق (SMC) أيضاً كحلول ممكنة للتحكم في محولات (UPS).
النمذجة الكهربائية المرتبطة بالعاكس ثلاثي الطور
يوضح الشكل التالي (1) عاكس (UPS) ثلاثي الأطوار مع مرشح (LC) للنواتج، كما ويمكن كتابة المعادلات التفاضلية التي تصف عملية العاكس في إطار (abc) على النحو التالي:
من خلال الجزء الأول من المعادلات السابقة؛ تشير كل من (ua ،ub ،uc) إلى متغيرات التحكم في إطار (abc) في الأنظمة ثلاثية الطور، كما أنه من المعقول تماماً العمل في إطار (dq) المتزامن، ومن ثم يمكن التعبير بسهولة عن طريق العلاقات الرياضية السابقة، وذلك في إطار (dq) المتزامن المتناوب على النحو التالي:
حيث أن:
(ud ،uq): تشير إلى متغيرات التحكم في إطار (dq).
(ω): هو التردد الزاوي.
(R): هو مقاومة (L).
كما يمكن اعتبار متغيرات التحكم على أنها إضافة لشروط الحالة الثابتة والمضطربة الموضحة أدناه:
حيث أن (Ud ،q) هما مصطلحات الحالة المستقرة و (ud ،uq) هما المصطلحان المضطربان لمتغيرات التحكم.
طريقة التحكم الكهربائي في Lyapunov-Energy-Function-Based
يمكن حل تعبيرات متغيرات التحكم في الحالة المستقرة بافتراض أن المتغيرات الفعلية تتبع متغيراتها المرجعية في الحالة المستقرة (iLd = i ∗ Ld ،iLq = i ∗ Lq ،vod = v ∗ od ،voq = v ∗ oq ،ud = Ud ،uq = Uq) على النحو التالي:
حيث يتم تعريف كل من (i ∗ Ld) و (i ∗ Lq) على أنهما:
من الواضح ومن أجل التمكن من حساب (Ud ،Uq) من خلال المعادلات؛ فإن هناك حاجة إلى قيم (L ،R) ومع ذلك لا يمكن معرفة القيم الدقيقة لهذه المعلمات في الممارسة العملية، لذلك يتم استخدام القيم المقدرة لـ (L ،R) المشار إليها بواسطة (L ′ ،R)، بحيث يمكن حساب تيارات المحرِّض المرجعي (i ∗ Ld) و (i Lq) المطلوبة في معادلة الجهد بسهولة وباستخدام المعادلة الأخيرة التي تعتمد على (v ∗ od) ، (v ∗ oq) والقيمة المقدرة لـ (C) التي يُشار إليها بـ (C ′).
وفي النهاية تم اقتراح طريقة تحكم تعتمد على وظائف الطاقة من (Lyapunov) مع حلقات تغذية مرتدة لجهد الخرج لمحولات (UPS) ثلاثية الطور مع مرشح (LC) للإخراج، بحيث تم إثبات أن طريقة التحكم التقليدية المعتمدة على وظيفة الطاقة في (Lyapunov) تتسبب في حدوث خطأ ثابت في الحالة وتشويه في جهد الخرج وقوة ضعيفة مقابل الاختلافات في معطيات مرشح (LC).
لذلك، تم اقتراح طريقة تحكم تعتمد على وظائف الطاقة في (Lyapunov) مع حلقات تغذية مرتدة لجهد الخرج، بحيث يتضح أن طريقة التحكم المقترحة لا تحافظ فقط على استقرار العاكس، ولكنها تقلل أيضاً من خطأ الحالة المستقرة في جهد الخرج إلى حد كبير، كما وتحسن جودة جهد الخرج وتقوي المتانة ضد الاختلافات في معلمات مرشح (LC).
وبشكل عام يؤدي تضمين حلقات التغذية الراجعة لجهد الخرج إلى إزاحة أقطاب الحلقة المغلقة المهيمنة بعيداً عن المحور التخيلي، ونتيجة لمثل هذه الحركة؛ توفر طريقة التحكم المقترحة متانة قوية ضد الاختلافات في مرشح (LC) والجهد الناتج الجيبي عالي الجودة جنباً إلى جنب مع قيم (THD) المقبولة تحت الأحمال الخطية وغير الخطية والاستجابة الديناميكية السريعة في ظل تغيرات الحمل المفاجئة.
