أهمية التنفيذ المحسن للتحكم الكهربائي في عاكس مصدر ثلاثي الطور

 

يعتبر التكوين الأكثر شيوعاً للطاقة المتجددة لشبكة المرافق من تحويل على مرحلتين، أي محول (DC-DC) متصل بعاكس، كما يستقبل محول (DC-DC) (محول التعزيز بشكل عام) الطاقة المتغيرة المولدة من الألواح الشمسية ويحولها إلى شكل بجهد ثابت للتيار المستمر باستخدام خوارزميات (MPPT)، كما يستخدم هذا التكوين خمسة مفاتيح، وهي مفتاح التعزيز وأربعة مفاتيح (H – Bridge).

 

ومع ذلك، وبسبب مع ظهور المحولات القائمة على مصدر المعاوقة، أصبح من الممكن الآن تحقيق تكامل الشبكة الكهربائية بأربعة مفاتيح، وبالتالي التخلص من محول التيار المستمر الإضافي، بحيث يمكن أن يؤدي كلاً من عملية تعزيز باك وانعكاس التيار المتردد، كما يتم تصنيف المحولات القائمة على المعاوقة إلى محول [Z Source (ZSI)] وشبه [Source Inverter (qZSI)]، كما تتمتع (qZSIs) بميزة تيار الإدخال المستمر الذي يساعد في تقليل حجم المكون.

 

كما تمت مناقشة (QZSI) المتتالية متعددة المستويات في الأبحاث، حيث إنه يوفر جميع مزايا التشغيل متعدد المستويات بما في ذلك تحقيق معدلات أعلى للجهد والطاقة وخفض الجهد الكهربائي / (dt) وانخفاض (THD)، ومع ذلك؛ فإنه يتطلب عدداً كبيراً من مصادر الطاقة المعزولة، بحيث يمكن تلبية هذا المطلب بسهولة عندما يتم توصيل الألواح الكهروضوئية الشمسية عند مدخلات وحدات (qZSI).

 

ولتحقيق التشغيل متعدد المستويات؛ فإنه يتم استخدام العديد من طرق التعديل للعاكسات التقليدية متعددة المستويات، وبالنسبة لعملية (qZSI) متعددة المستويات؛ فإن (PSCPWM) و (Space Vector PWM)، هما أكثر طرق التعديل شيوعاً، كذلك (PSCPWM) هو الحل الأنسب بسبب سهولة تنفيذه وتحسين أدائه.

 

ومع ذلك؛ فإن تنفيذ الخوارزمية القائمة على التحكم في (FPGA) مقيد بسبب القيود التالية، وهي مشاكل التزامن وتكرار الموارد بسبب استخدام لوحات (FPGA) المتعددة المستخدمة للتحكم في الأنظمة المعقدة والموزعة وكذلك التواصل من الأجهزة الطرفية مثل (ADCs) و (DACs) إلى (FPGA)، وأيضاً نقص الدراسات المتاحة للتعامل مع مفهوم التوحيد واستهلاك الموارد ومعايرة المستشعر.

 

وصف النظام الخاص للتحكم الكهربائي في عاكس المصدر

 

يتكون النظام من ثلاث مراحل (qZSI) متعدد المستويات متصل بحمل (RL) ثلاثي الأطوار كما هو موضح في الشكل التالي (1-a)، كما تتكون كل مرحلة من أربع وحدات (qZSI) متصلة في سلسلة، كذلك تتكون كل وحدة (qZSI) من مصدر جهد تيار مستمر للإدخال وشبه شبكة وجسر (H)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1-b)، بحيث يتم توصيل مصدر جهد دخل التيار المستمر بالشبكة. تتكون شبه الشبكة من محاثين ومكثفين وصمام ثنائي واحد. يتم توصيل خرج شبه الشبكة كمدخل إلى (H-Bridge).

 

 

كما أن عدد المستويات في جهد خرج الطور (2N + 1)، حيث (N) هو عدد الوحدات المتصلة في السلسلة، ونظراً لأن أربع وحدات متصلة في سلسلة، يكون الحد الأقصى لعدد مستويات الجهد في جهد طور الخرج تسعة، وهي مستويات الجهد الكهربائي4Vdc ، 3Vdc ، 2Vdc ، Vdc ، 0 ، Vdc ، −2Vdc) ، −3Vdc و −4Vdc)، حيث أن (Vdc) هو جهد الخرج للشبكة الكهربائية.

 

ولتحقيق عملية (qZSI) متعددة المستويات، تتوفر طرق تعديل مختلفة في الدراسات العلمية، بحيث تعد تقنية (PWM) بمثابة الحاملة المتغيرة الطور (PSCPWM) أكثر تقنيات (PWM) شيوعاً، وذلك لأنها توفر توزيعاً متساوياً للقدرة الكهربائية و (THD) أقل كما يوصى أيضاً باستخدام تقنية تبديل (PWAM)، ونظراً لاستخدامها بشكل أفضل للجهد وفقدان التبديل المنخفض.

 

خوارزمية التحكم الخاصة في عاكس مصدر ثلاثي الطور

 

في البداية يجب أن تفي خوارزمية التحكم بالمتطلبات التالية:

 

  • يجب التحكم في (Vdc) لكل جزء من الشبكة.

 

  • يجب تحقيق جهد خرج طور ذو تسعة مستويات.

 

  • يجب أن تكون متوازنة التيارات الحصول على ثلاث مراحل.

 

وبشكل قاطع، ولتحقيق ذلك؛ فإنه يجب التحكم في نظام (qZSI) المكون من ثلاث مراحل من تسعة مستويات على مستوى الوحدة ومستوى النظام.

 

شبه التحكم في جهد الشبكة الكهربائية: يتم عرض وحدة واحدة فقط من (qZSI) في الشكل السابق (1-b)، ولتحقيق التحكم في الحلقة المغلقة لجهد خرج الشبكة شبه (Vdc)؛ فإنه يتم استخدام جهازي تحكم (PI) موصولين في سلسلة متتالية كما هو موضح في الشكل التالي (2)، حيث أن الحلقة الأولى تقارن (Vdc) المرجعي مع (Vdc) الفعلي وتولد مرجع تيار المحرِّض من خلال وحدة تحكم (PI).

 

كما تتم مقارنة هذا المرجع مع (iL2) الفعلي لإنشاء الخطأ الحالي، كذلك ناتج حلقة التحكم هذه هو دورة عمل إطلاق النار (D)، أيضاً يتم استخدام (D) الذي تم الحصول عليه هنا لتوليد إطلاق النار من خلال نبضات، والتي تستخدم لزيادة الجهد الكهربائي المطبق.

 

 

طريقة التحوير: في الطرق التقليدية، يتم إجراء مقارنة إشارة التشكيل مع إشارة الموجة الحاملة لتوليد نبضات تبديل لمفاتيح (H-Bridge)، ومع ذلك في (qZSI)؛ فإنه يجب دمج نبضات إطلاق النار الإضافية، كما أن هناك طريقة للتعديل تمت مناقشتهما لتوليد نبضات التبديل، وهي تعديل عرض النبض للحامل المتحرك الطور (PSCPWM)، وفي هذه الطريقة للتحكم في العاكس متعدد المستويات، كما يجب تحويل إشارات الموجة الحاملة بمقدار (180) درجة / (N) (حيث N = عدد الوحدات النمطية) فيما يتعلق ببعضها البعض.

 

كما ويرد وصف طريقة التشكيل هذه في الشكل التالي (3-a)، بحيث يُظهر أربع إشارات حاملة تم إزاحتها بمقدار (45) درجة فيما يتعلق ببعضها البعض، كما تتم مقارنة إشارات الموجة الحاملة هذه بإشارة التشكيل (موجة جيبية) لإعطاء نبضات تبديل.

 

ومع ذلك؛ فإن هذه النبضات لن تعزز جهد خرج الشبكة الكهربائية، ولتحقيق التعزيز، تتم مقارنة إشارات الموجة الحاملة بـ (1 – D) و (D – 1) لإطلاق النبضات، وللحصول على نبضات التحويل النهائية؛ فإنه يتم إجراء العملية المنطقية (OR) بين هذه النبضات والنبضات التي تم الحصول عليها بمقارنة المثلث الجيبي التقليدي.

 

تعديل اتساع عرض النبضة (PWAM): في هذه الطريقة أيضاً، بحيث يتم الحفاظ على تحول طور الموجة الحاملة عند (45) درجة، وهنا لا يتم تثبيت سعة إشارات الموجة الحاملة على الوحدة. اتساع إشارة الموجة الحاملة يتبع مظروفاً على كلا الجانبين الموجب والسالب، حيث (ma ، mb ، mc) هي إشارات التعديل للمراحل الثلاث للعاكس متعدد المستويات.

 

كذلك اتساع إشارات الحامل يتبع غلاف الحد الأقصى {ma ، mb، mc} على الجانب الموجب والحد الأدنى من {ma، mb، mc} على الجانب السالب، كما تظهر إشارات الموجة الحاملة الناتجة مع إشارة التشكيل في الشكل التالي (3-b).

 

 

كما يتطلب تعديل هذا الناقل أيضاً تغييراً في توليد النبضات، كما يتم تنفيذ ذلك بضرب (1 – D) بالقيمة المطلقة للحد الأقصى {ma، mb، mc} على الجانب الموجب والحد الأدنى {ma، mb، mc} و (D – 1) بالقيمة المطلقة للدنيا {ma، mb، mc} على الجانب الإيجابي والحد الأدنى من {ma، mb، mc}، وهنا أيضاً للحصول على نبضات التبديل النهائية؛ فإنه يتم إجراء العملية المنطقية (OR) بين هذه النبضات والنبضات التي تم الحصول عليها من خلال مقارنة إشارات التضمين وإشارات الموجة الحاملة.