ضرورة التحكم في محول التيار المتردد ثلاثي الأطوار AC-DC
من خلال الترويج لاتصال شبكة الطاقة الموزعة والمتطلبات الصارمة لجودة طاقة المستخدمين لإمدادات الطاقة الطرفية، تُظهر شبكة توزيع التيار المتردد التقليدية بشكل تدريجي عيوبها في القدرة على قبول الطاقة الجديدة وجودة الطاقة الكهربائية.
بحيث يظهر الشكل التالي (1) طوبولوجيا الدائرة لشبكة ميكروية نموذجية للتيار المستمر، ومقارنةً بشبكة توزيع التيار المتردد؛ فإن عدد وتواتر استخدام الأجهزة الإلكترونية للطاقة لشبكة ميكرو غريد (DC) أصغر بكثير من شبكة توزيع التيار المتردد، مما يقلل من تحويل الطاقة ارتباط شبكة الطاقة الموزعة وتكلفة توصيل الشبكة، بالإضافة إلى ذلك لا تحتاج الشبكة المصغرة للتيار المستمر إلى تتبع الطاقة التفاعلية، مما يحسن إمكانية التحكم في النظام وموثوقية مصدر الطاقة واقتصاد التشغيل.
كما تعد كيفية قمع تذبذب جهد ناقل الشبكة الكهربائية المصغرة للتيار المستمر لضمان التشغيل المستقر للنظام إحدى المشكلات الساخنة في مجال أبحاث الشبكة الصغيرة للتيار المستمر، وعندما يتم توصيل الشبكة الدقيقة للتيار المستمر بشبكة طاقة التيار المتردد؛ فإنه يتم تحقيق التحكم في جهد الناقل غالباً عن طريق تحسين نظام التحكم في المحول ثنائي الاتجاه (AC-DC) ثلاثي الطور لشبكة ميكرو غريد.
ومع ذلك؛ فإن الأحمال التي يحملها المحول ثنائي الاتجاه (AC-DC) ثلاثي الطور لشبكة (DC) الصغيرة عادة ما تكون معقدة وقابلة للتغيير، أي أن التداخلات الخارجية متغيرة بمرور الوقت، بحيث لا يمكن قياس بعض المعطيات على جانب التيار المتردد للمحول، مثل المقاومة المكافئة ومحاثة الخط بدقة.
وأثناء الاستخدام، غالباً ما يكون لهذه المعلمات درجات مختلفة من التقادم، كما وتكون المعطيات مضطربة، لذلك من أجل التأكد من أن المحول يتتبع الإشارة المرجعية بسرعة وبدقة؛ فإنه يجب أن تتمتع وحدة التحكم بخصائص ديناميكية وثابتة جيدة ومتانة للأحمال المتغيرة بمرور الوقت واضطراب المعطيات الكهربائية.
استراتيجيات التحكم لمحولات (AC-DC)
في الوقت الحاضر، تنقسم استراتيجيات التحكم لمحولات (AC-DC) ثلاثية الطور في شبكات (DC) الصغيرة بشكل أساسي إلى “استراتيجيات تحكم خطية وغير خطية”، من بينها تعتمد استراتيجية التحكم الخطي بشكل أساسي على (PI) الخطي، على الرغم من استخدام التحكم (PI) على نطاق واسع في الصناعة وتحقيق نتائج تحكم جيدة.
ومع ذلك؛ فإن وحدة التحكم (PI) القائمة على مبدأ التحكم في الانحراف يصعب التغلب عليها التأخر الزمني للتحكم الناجم عن العنصر السعوي، والذي لا يمكنه تلبية متطلبات الخصائص الديناميكية لنظام الطاقة، ومع التطوير والتحسين المستمر للبحث في نظرية التحكم غير الخطي، تم أيضاً تطبيق استراتيجيات التحكم غير الخطية مثل التحكم المتكرر والتحكم في النبضات والتحكم المنطقي الضبابي، وما إلى ذلك أيضاً على درجات مختلفة في الشبكات الصغيرة (DC).
كما صمم المهندسين وحدة تحكم متكررة لمحول (AC-DC) ثلاثي الأطوار في (DC- microgrid)، مما يحسن متانة النظام للاضطرابات الدورية. ومع ذلك ونظراً للتأخير الدوري المتأصل في التحكم المتكرر وعندما يكون النظام مضطرباً في الوقت الحالي؛ فإنه لا يمكن لإشارة التحكم أن تعمل على الكائن المتحكم فيه في الوقت المناسب، مما يقلل من الخصائص الديناميكية للنظام.
كما تم تصميم وحدة تحكم منطقية ضبابية لمحول التيار المتردد ثنائي الاتجاه (AC-DC) في شبكة (DC- microgrid) وطبقها على الحلقة الداخلية الحالية في نظام التحكم في المحول، بحيث تقلل استراتيجية التحكم هذه من متطلبات النموذج الرياضي للكائن المتحكم فيه وتحسن قدرة النظام على التكيف مع الأحمال، لكن تحقيق التحكم المنطقي الضبابي يتطلب عمليات ضبابية معقدة، مما يزيد من تعقيد النظام وتكاليف البناء.
كذلك تم تقديم استراتيجية التحكم في التغذية الحالية القائمة على التحكم في الحلقة المزدوجة لمحول (AC-DC) ثلاثي الأطوار في (DC microgrid)، مما أدى إلى تحسين الخصائص الديناميكية للنظام بشكل كبير. ومع ذلك؛ فإن إدخال التغذية الحالية إلى الأمام يتطلب أجهزة استشعار تيار إضافية، مما سيزيد من تكاليف إنشاء وصيانة النظام، وعند وجود عدة محولات (AC-DC) في نقطة التفرع؛ سيصبح اختيار موقع تثبيت المستشعر أمراً صعباً.
لذلك لا يقتصر التحكم في الوضع المنزلق (SMC) على متطلبات منخفضة على النموذج الرياضي للنظام فحسب، بل يتمتع أيضاً بمتانة قوية لاضطراب معلمات النظام والاضطرابات الخارجية، لذلك غالباً ما يتم استخدامه في الأنظمة غير الخطية، والتي يصعب إنشاء نماذج رياضية دقيق، ومع ذلك في التحكم التقليدي في وضع الانزلاق، بحيث يلزم تحقيق مكاسب تحكم أكبر لتحسين الخصائص الديناميكية للنظام الكهربائي.
طرق التحكم في الوضع المنزلق لمحولات (AC-DC)
لا يقتصر التحكم في الوضع المنزلق (SMC) على متطلبات منخفضة على النموذج الرياضي للنظام فحسب؛ بل يتمتع أيضاً بمتانة قوية لاضطراب معطيات النظام والاضطرابات الخارجية، لذلك غالباً ما يتم استخدامه في الأنظمة غير الخطية، والتي يصعب إنشاء نماذج رياضية دقيقة، ومع ذلك في التحكم التقليدي في وضع الانزلاق؛ فإنه يلزم تحقيق مكاسب تحكم أكبر لتحسين الخصائص الديناميكية للنظام.
كما تعتبر دالة (fal) هي بنية خاصة غير خطية، وهي التركيب الرياضي لـ “خطأ صغير، كسب كبير وخطأ كبير ، وكسب صغير “، بحيث يستخدم لتعديل المعلمات لنظام التحكم، ووفقاً لخصائص دالة (fal)، يستخدم هذا الطرح لتصحيح الكسب المتكامل النسبي لوحدة التحكم (PI)، وبعد ذلك تم اقتراح استراتيجية تحكم (PI) تكيفية لقمع تأثير اضطراب معلمة النظام على جهد الناقل.
وبالمقارنة مع الحلقة المزدوجة التقليدية، وفي هذا الطرح يتم استخدام (VGLESO) و (SMC) لتحسين الحلقة الخارجية للجهد لمحول التيار المتردد ثلاثي الأطوار في شبكة ميكروية (DC)، كما أنه يتم تحويل التحكم في التغذية الحالية مع الإشارة الحالية كمدخلات إلى تحكم في التغذية الأمامية الحالية مع إشارة الجهد كمدخل بواسطة (VGLESO)، بحيث (يظهر الهيكل المحدد في الشكل التالي 2).
كما لا يمكن لهذه الطريقة أن تمنع بشكل فعال قيمة الذروة الأولية لـ (LESO) فحسب؛ بل يجب أيضاً التقليل بشكل فعال من استخدام المستشعرات الحالية وتقليل تكلفة الجهاز، وفي الوقت نفسه يمكنها أيضًا تقليل الثرثرة في التحكم في الوضع الانزلاقي، وفي هذا الطرح يتم تصحيح كسب وحدة تحكم (PI) للحلقة الداخلية الحالية من خلال وظيفة (fal) غير الخطية لتحسين قدرة النظام على التكيف مع اضطراب المعلمة (يظهر الهيكل المحدد في الشكل التالي 3).
وأخيراً تم تطوير النموذج الرياضي لمحول (AC-DC) في (DC microgrid) مع الأخذ في الاعتبار قيمة الذروة الأولية للكسب العالي (LESO)، كما تم تصميم (VGLESO) لتتبع وتقدير متغيرات الحالة والاضطرابات الكلية للنظام، كما وثبت تقارب (VGLESO).
وعلى هذا الأساس؛ فقد تم تصميم استراتيجية التحكم في أسلوب الانزلاق المتغير للاضطراب النشط والرفض المتغير من خلال الجمع بين نظرية الوضع الانزلاقي مع (VGLESO)، وبالإضافة إلى ذلك بهدف حل المشكلة المتمثلة في أن وحدة التحكم التقليدية (PI) حساسة للغاية لاضطراب متطلبات النظام، كما تم تصميم قانون التحكم التكيفي (PI) المستند إلى وظيفة الدالة (fal).
