التغذية الراجعة لأنظمة الطاقة الكهربائية متعددة الآلات

أهمية التغذية الراجعة لأنظمة الطاقة الكهربائية متعددة الآلات

نظام القدرة متعدد الآلات الكهربائية هو نظام غير خطي موحد ومعقد مع اقتران بين المكونات الديناميكية والأنظمة الفرعية، بحيث يتكون النظام واسع النطاق المترابط من مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية للطاقة والمكونات الميكانيكية، ومع التوسع السريع لمقياس نظام الطاقة الحديث والتقدم التدريجي للربط البيني الإقليمي وحتى الترابط الوطني، أصبح هيكل الشبكة الكهربائية أكثر تعقيداً وأصبح السلوك الديناميكي لنظام الطاقة أكثر تعقيداً.

كما أنه يتم التحكم فيه لتحسين الاستقرار والجودة الديناميكية لنظام الطاقة متعدد الآلات، كما يعد التحكم في الإثارة وتنظيم الصمام للمولد الكهربائي التوربيني وسيلتين مهمتين لتحسين استقرار نظام الطاقة، و في السنوات الأخيرة، تم تطبيق العديد من طرق التحكم المتقدمة لتصميم وحدة التحكم في فتح الصمام لوحدات التوليد.

لذلك؛ فإن الكائن المدروس في التحكم التكيفي لديه درجة معينة من عدم اليقين، مثل عدم اليقين في النموذج أو المعلمة غير معروفة، كما أنه يمكن لوحدة التحكم التكيفية تعديل خصائصها الخاصة عبر الإنترنت وفي الوقت الفعلي للتكيف مع التغييرات التي تطرأ على الكائن المتحكم فيه وتحقيق أهداف التحكم المطلوبة.

لذلك؛ فإن هذه الطريقة هي وسيلة فعالة للتغلب على تأثير تغييرات المعطيات، وعلى الرغم من صعوبة اكتشاف بعض المعطيات في نظام الطاقة والحصول على قيم دقيقة، إلا أنه يمكن غالباً الحصول على النطاق الفعال لهذه المعلمات وفقاً للعلاقات المادية والخبرة العملية، كما أنه غالباً ما يتم إهمال هذه المعلومات السابقة المفيدة في عملية تصميم القانون التكيفي.

أيضاً إذا كان من الممكن استخدامه؛ فإنه سيتم تحسين كفاءة تحديد العطيات في التحكم في استقرار نظام الطاقة، وغالباً ما يتم دمج الطريقة التكيفية مع طرق غير خطية أخرى لتصميم قانون تحكم قوي لتحسين الأداء العابر لنظام الطاقة الكهربائية.

كما أنه تم تطبيق طريقة (backstepping) التكيفية على نموذج نظام الطاقة لحل وحدة التحكم، على سبيل المثال يتم استخدام الطريقة التكيفية لتقدير عوامل عدم اليقين وحل تأثير تغيير المعطيات على النظام، ومع ذلك ونظراً لأن العملية التفاضلية لقانون التغذية المرتدة الافتراضية ضرورية في كل خطوة من خطوات العملية العكسية؛ فإن تعقيد وحدة التحكم يزداد بشكل حاد مع زيادة ترتيب النظام، مما يؤدي إلى مشكلة توسع المعامل.

نظام متعدد الآلات مع صمام بخار وهدف تحكم

نموذج لنظام متعدد الماكينات مع صمام بخار: تم اختبار طريقة (AHC) على نظام دراسة مكون من أربعة آلات و 11 ناقلاً كما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث يعتبر هذا النظام أحد النماذج المعيارية لإجراء دراسات حول التذبذب الداخلي نظراً لبنيته الواقعية وتوافر معلمات النظام، كما أنه يتم تمثيل جميع المولدات الأربعة باستخدام نموذج فرعي مع المثيرات (DC).

كما يتكون النظام من منطقتين، ومن أجل تحسين قدرة نقل الخطوط التي تربط المنطقتين، يُضاف صمام بخار بين الخطين (8 ، 9)، كما هو موضح في الشكل التالي، وبالنسبة لنظام الطاقة الذي يتكون من مولدات (n)؛ فإنه يُفترض عادةً ما يلي:

• يبقى (Eqi) المحتمل العابر (i = 1،2 ، .. n) لمحور المولد (q) دون تغيير أثناء العملية العابرة.

• يكون خرج جهاز إعادة التسخين ثابتًا عند النظر في الوصف الرياضي للتنظيم الديناميكي لصمام المولد.

وبموجب هذين الافتراضين؛ فإنه يتم التعبير عن النموذج الرياضي لنظام الطاقة (n-machine) على النحو التالي:

حيث أن:

(δi): هي زاوية الدوار.

(ij = i − j ، s): هي السرعة الزاوية المتزامنة.

(ωri): هي الفرق بين السرعة الزاوية للدوار والسرعة الزاوية المتزامنة.

(Mi): هي ثابت زمن القصور الذاتي للدوار.

(pmi): هي القوة الميكانيكية للمولد الكهربائي.

(Di): هو معامل التخميد.

(pei): هي الطاقة الكهرومغناطيسية للمولد.

(Tsi): هو ثابت الوقت لملف إثارة المولد.

(E′qi): هو جهد المحور (q) للمولد.

(Bij): هو القبول في مصفوفة دخول العقدة للنظام بعد تقليل الترتيب.

(Gij): هو التوصيل في مصفوفة القبول العقدي للنظام المختزل.

(ugi): هو مقدار التحكم المكافئ.

(1i ، ε2): هي التداخل الخارجي، بحيث تشير تسمية الزاوية ′ i ′ إلى الكمية المقابلة للمولد (i)، كذلك نقطة توازن النظام تكون (δis ، ωris ، pmis)، بحيث تحقق نقطة التوازن الشروط التالية:

بيان المشكلة وكائن التحكم: يقوم كائن التحكم الخاص بتصميم واجهة مستخدم تحكم هاملتون تكيفية لجعل النظام مستقرًا. لأي ثابت رفض للاضطراب (γ> 0)، كما تم تصميم واجهة مستخدم للتحكم في التغذية الراجعة التكيفية لجعل النظام (1) له وظائف تخزين طاقة موجبة شبه محددة [V (x) و Q (x)] بحيث يكون التبديد غير متكافئ.

تصميم وحدة التحكم في القيمة بناءً على طريقة هاميلتون

ينقسم تصميم وحدة التحكم في رفض الاضطراب التكيفي على أساس وظيفة هاملتون إلى جزأين، وهما أولاً يتم تحويل نموذج نظام الصمام متعدد التوربينات إلى نموذج هاميلتون، ثم اكتمال إدراك هاميلتون للنظام غير الخطي العام، وبعد ذلك ووفقاً لنموذج هاملتون للنظام، تم تصميم جهاز التحكم التكيفي في رفض الاضطراب.

وكما يتضح من شكل النظام (1)؛ فإنه لا يلبي بنية نظام هاملتون، لذلك نقدم رابط التغذية المرتدة لزاوية القدرة (ugi = (δi − δis) + u′gi)، ثم يمكننا الحصول على المحول النظام على النحو التالي:

بالنسبة للنظام (نظام المعادلات السابق) نعتبر [x1i = δi ،x2i = ri ،x3i = pmi]، ونقطة توازن النظام يفترض أن تكون (δis = x10i ، ωris = x20i ، pmis = x30i)، وهي نقطة التوازن تحقق الشروط التالية:

وبأخذ وظيفة هاميلتون لأنظمة الصمامات متعددة المحركات مثل:

وأخيراً؛ فإنه وبالنسبة لأنظمة الطاقة متعددة الآلات المزودة بالتحكم في قيمة البخار، تم تقديم رابط التغذية المرتدة لتحويله إلى “هيكل هاميلتون”، وذلك نظراً لأن خوارزمية (backstepping) المتكيفة تحتوي على العديد من الخطوات لتصميم وحدة التحكم وأن وحدة التحكم معقدة؛ فقد تم اقتراح طريقة تحكم هاميلتون (minimax) تكيفية غير خطية جديدة في هذا الطرح، والتي تتجنب مشكلة تمدد المعامل لطريقة (backstepping).

كما أن الطريقة هي التي لا تأخذ فقط في الاعتبار الكامل للاضطراب الخارجي على تأثير النظام، ولكنها أيضًا تقلل من التحفظ في التعامل مع التداخل، بحيث تظهر نتائج المحاكاة أن خوارزمية هاميلتون (minimax) التكيفية لها تأثير تحكم أفضل من خوارزمية (backstepping) والتذبذب يتم تقليل السعة بشكل كبير، ولكن لها أيضاً عيوب الوقت المستقر، لذلك سنستمر بعد ذلك في دراسة كيفية تقصير وقت الاستقرار.

وبشكل أوضح يصف هذا البحث تطبيق تحكم “هاميلتون” الأدنى التكيفي غير الخطي في أنظمة الطاقة متعددة الآلات المزودة بوحدات تحكم في صمام البخار، كما أنه تم تصميم وحدات التحكم بشكل صريح للحفاظ على الاستقرار العابر للأنظمة.