أهمية التحكم في مولد كهربائي متزامن افتراضي Z-Source
في الآونة الأخيرة، تم دمج المولدات الموزعة القائمة على إلكترونيات القدرة (DGs) في شبكة الطاقة الحديثة لتحسين موثوقيتها وأدائها، ونتيجة لذلك يتغير السلوك الديناميكي لشبكة الطاقة بسرعة، وعلى سبيل المثال تفقد الشبكة دعم الجهد الكهربائي والتخميد التذبذب والقصور الذاتي، ومع عدم وجود كتل دوارة وطاقة حركية في واجهات إلكترونيات الطاقة المستخدمة في (DGs)؛ فإنه يتم تقليل ثابت القصور الذاتي لشبكة الطاقة.
كما يؤدي هذا القصور الذاتي المنخفض إلى زيادة معدل تغيير التردد (RoCoF) في نظام الطاقة، والذي يمكنه القيام برحلات مرحلات (RoCoF) ذات الصلة حتى مع وجود اضطرابات صغيرة، لذلك لمعالجة مشكلة القصور الذاتي المنخفض في شبكة الطاقة؛ فإنه تم تقديم فكرة محاكاة القصور الذاتي، حيث يحاكي العاكس سلوك المولد المتزامن (SG).
كذلك يعمل القصور الذاتي المحاكى في حلقات التحكم في المحول على تحسين استقرار الشبكة واستجابة التردد الكهربائي والتخميد التذبذب للطاقة، بحيث يتم تقديم مسح شامل حول خوارزميات التحكم في المولد المتزامن الافتراضي (VSG)، كما أن الهدف النهائي لكل هذه الخوارزميات هو محاكاة معادلة التأرجح لتقليد الخصائص المؤقتة لـ (SG).
وعلى الرغم من أن التحكم في (VSG) يعد حلاً فعالاً في التعامل مع حالات الطوارئ المتعلقة بالتردد في شبكة الطاقة، كما أنها لا تزال هناك حاجة إلى مخططات تحكم وقائية إضافية لتؤخذ في الاعتبار لتحصين الشبكة ضد الطوارئ المتعلقة بالجهد الكهربائي، ولمعالجة هذه المشكلة؛ فإن توفير الخدمات المساعدة من (DGs) مثل تعويض القدرة التفاعلية مطلوب من خلال رموز الشبكة للحفاظ على وظائف الشبكة أثناء ظروف الأعطال.
كما ركزت العديد من الدراسات على عملية الركوب ذات الجهد المنخفض (LVRT) للأنظمة الكهروضوئية المرتبطة بالشبكة الكهربائية، وعلى سبيل المثال حاول عنصر التحكم المقترح رفع معدل الطاقة المحصودة أثناء (LVRT) ووضع التشغيل العادي من خلال صياغة وحل مشكلة التحسين أثناء توظيف خوارزمية التحكم التكيفي، والتي يمكنها ضبط مكاسب وحدة التحكم عبر الإنترنت دون الحاجة لحل مشكلة التحسين.
لذلك تتم مناقشة تنفيذ (VSG) على عاكس ثنائي المستوى، أي عاكس مصدر الجهد مع (LVRT) في طريقة (LVRT) على نظام متعدد (VSG) والذي يمكن أن يحسن بشكل كبير الاستقرار العابر عن طريق تقليل جهد (VSG) أثناء العطل، وعلاوة على ذلك أظهر أن الزيادة في التيار التفاعلي المحقون يمكن أن تدفع (VSG) للدخول في منطقة الإثارة الزائدة وتؤدي إلى فشل طريقة التحكم (LVRT).
دور محولات الممانعة الكهربائية في المولد الكهربائي المتزامن
محولات مصدر الممانعة (ZSI) هي مثال على محولات المرحلة الواحدة التي تستخدم في الأنظمة الكهروضوئية المرتبطة بالشبكة ومعالجة اضطرابات الشبكة مثل (LVRT)، على سبيل المثال أُقترح متحكم التيار المتجه مع حقنة تغذية أمامية لجهد شبكة التسلسل السلبي لإعادة مستوى الجهد إلى حالة التشغيل العادية.
بينما يمكن استخدام الطرق المذكورة أعلاه بنجاح لإصلاح مستوى الجهد؛ فإن التيار التفاعلي الناتج لتلبية متطلبات (LVRT) يمكن أن يؤدي إلى ضغط تيار مرتفع على المحولات في وجود الفولتية غير المتوازنة في الشبكة، ولتجنب هذا التيار المفرط، يجب أن تنفصل الأنظمة الكهروضوئية عن شبكة الطاقة؛ الأمر الذي سيؤدي في حد ذاته إلى تفاقم الآثار السلبية للخطأ لأن الشبكة تفقد جزءاً من توليدها النشط للطاقة.
وعلى الرغم من أن البحث السابق ناقش أداء (ZSIs) التي يمكن أن توفر خدمات إضافية للشبكة، إلا أنهم لم يفكروا في محاكاة القصور الذاتي الافتراضي في النظام، وفي هذا الطرح تم فحص أداء وتشغيل (ZSI) القادر على محاكاة القصور الذاتي بالإضافة إلى توفير الخدمات المساعدة للشبكة والمولد الافتراضي المتزامن من مصدر [Z (ZVSG)] وعرضه في الشكل التالي (1).
كما يتم تحليل تشغيل النظام في ظل الوضع الطبيعي والشبكي وظروف الخطأ، وفي وضع التشغيل العادي، تعمل (ZVSG) في وضع (MPPT) حيث يتم تغذية أقصى طاقة متولدة من الألواح الكهروضوئية في الشبكة، وأثناء أعطال الشبكة يؤخذ في الاعتبار تحكم تيار ذروة ثابت لإعادة إنشاء جهد الشبكة أثناء حالات طوارئ انخفاض الجهد، وذلك باستخدام رموز الشبكة، بحيث توفر طريقة (LVRT) هذه الطاقة الحقيقية والتفاعلية المطلوبة من المحول، وذلك دون تجاوز حد الأمبير لمحول الواجهة المتصلة بالشبكة.
التشغيل الرئيسي للمانعة (ZSI)
تستخدم (ZSI) حالات إطلاق النار، حيث يتم قصر دائرة أطراف التحميل من خلال المفاتيح السفلية والعلوية لأي أرجل طور، لذلك لا تنطبق هذه الحالة على محولات مصدر الجهد التقليدي، حيث سيتم اختصار رابط التيار المستمر وسيتلف المحول، لذلك لا تحتاج المفاتيح في (ZSI) إلى أي وقت ميت حيث يمكنها استخدام جميع حالات مجموعة التبديل الممكنة.
ونتيجة لذلك، يتم تقليل التشوه الحالي ومن المتوقع حدوث تشويه توافقي إجمالي أقل للتيار الكهربائي، وبالإضافة إلى ذلك من خلال تغيير مؤشر التعديل (m) للعاكس ومدة فترة التصوير، كما يتم توفير قدرة تعزيز لـ (ZSI)، كذلك يتم حساب جهد الخرج لـ (ZSI ، uabc) باستخدام المعادلات التالية:
حيث أن:
(B): هو عامل التعزيز.
(VPV): هو جهد دخل التيار المستمر.
(Vpn): هو جهد خرج شبكة الممانعة.
وبالنظر إلى الهيكل المتماثل، (L1 = L2 ، C1 = C2) ثم يحمل كما يلي:
حيث أن (vC ، iL) هما جهد مكثف شبكة الممانعة وتيار المحرِّض على التوالي، وذلك من خلال كتابة معادلات متوسط الجهد والثانية لشحنة المكثف لجهد المحرِّض وتيار المكثف، بحيث تظهر العلاقات بين المدخلات والمخرجات لـ (ZSI).
حيث (D0) هي نسبة واجب إطلاق النار و (D′0 = 1 − D0) هي نسبة واجب عدم إطلاق النار. تم استخدام تقنية تعديل التعزيز البسيط في هذا البحث للتحكم في (D0) ، حيث يتم الاحتفاظ بهامش تحكم كافٍ في الجهد الكهربائي، كما يجب أن يكون (D0) أقل من أو يساوي (1 − m ∗).
وبالنسبة لطرق التحكم المقترحة للعملية؛ فإن محول (ZVSG) المقترح قادر على العمل في ظل سيناريوهات مختلفة، وفي وضع التشغيل العادي (التردد والجهد المقدر)، يعمل النظام الكهروضوئي تحت شرط (MPPT)، وعلى جانب التيار المتردد للعاكس؛ فإنه يتم تعيين خوارزمية (VSG) للتحكم في التردد المقدر وتتبعه.
كما تعتبر طاقة (MPPT) التي تم إنشاؤها بواسطة الألواح الكهروضوئية، (PMMPT) بمثابة مرجع طاقة نشط لخوارزمية التحكم (VSG) ويعمل المحول مع عامل طاقة الوحدة في هذا الوضع، وبعد اكتشاف خطأ الجهد المنخفض، تنتقل طريقة التحكم من استراتيجية (MPPT) إلى استراتيجية (LVRT).
وفي هذه الحالة؛ فإنه يجب حقن الطاقة التفاعلية في الشبكة الكهربائية لإعادة الجهد، لذلك يحتاج نظام التحكم إلى تقليل الطاقة النشطة المتولدة وزيادة الطاقة التفاعلية بدلاً من ذلك، كما يجب حساب المراجع الجديدة للطاقة النشطة والمتفاعلة بناءً على أكواد الشبكة ومتطلبات النظام.
