التوازن ثلاثي الأطوار للتحكم بالجهد الكهربائي المستمر

أهمية التوازن ثلاثي الأطوار للتحكم بالجهد الكهربائي المستمر

مع تطور الطاقة الكهربائية الجديدة، تم تطبيق طوبولوجيا متعددة المستويات المتتالية للجسر (H)، وذلك بشكل متكرر في التحكم في تدفق الطاقة والمحولات الإلكترونية للطاقة والمعوض المتزامن الثابت و (APF)، كما أصبح أيضاً بحث ساخن في مجالات الجهد العالي والطاقة العالية، وذلك لقمع التوافقيات في الشبكة الكهربائية، بحيث يحتاج (APF) إلى العمل بتردد تبديل أعلى ولكن قدرته محدودة في حالة الطاقة العالية.

كما ويمكن لتعديل عرض النبضة المتحول في الطور الحامل أن يحل التعارضات بين قدرة أنبوب تبديل الطاقة وتبديل التردد جيداً، مما يجعلها مناسبة لتطبيق (APF) المتتالي للجسر (H) في حالة الجهد العالي، بحيث يرتبط توازن جهد مكثف التيار المستمر في (APF) المتتالي للجسر (H) ارتباطاً مباشراً بجودة جهد جانب التيار المتردد وتيار تعويض الخرج وضغط الجهد لكل مفتاح رئيسي.

لذلك؛ فإن جهد التيار المستمر الثابت هو فرضية تشغيل (APF) المتتالي على شكل (H) بأمان وموثوقية، ومع ذلك؛ فإن المكثفات الجانبية للتيار المستمر في كل جسر (H) مستقلة عن بعضها البعض، كما ويمكن أن تؤدي الاختلافات في الخسارة المتوازية والفقد الهجين وتأخير نبضة الإدخال وتشويه جهد الشبكة الكهربائية إلى اختلال توازن جانب التيار المستمر والجهد الكهربائي.

كما يوجد الآن نوعان من الطرق المستخدمة في توازن جهد التيار المستمر، أحدهما هو تحقيق توازن الجهد من خلال تبادل الطاقة مع الدائرة الخارجية، بحيث تم طرح استراتيجية موازنة الجهد المستمر على أساس تبادل الطاقة مع ناقل التيار المستمر وتلك مع ناقل التيار المتردد على التوالي، ومع ذلك؛ فإن استراتيجية الدائرة المعقدة، والتي تكلف أكثر منخفضة أيضاً في كفاءة التحكم، والآخر هو تحقيق توازن الجهد عن طريق تحسين خوارزمية التحكم.

كذلك يتم إجراء خوارزمية موازنة الجهد بشكل أساسي على مستويين، وهما مستوى الطور والمستوى بين الطور، فيما يتعلق بتوازن الجهد بين الأطوار، بحيث يقترح إضافة حلقة تحكم في التوازن في كل مرحلة وذلك للتحكم في توازن الجهد من خلال التحكم في الطاقة النشطة، ومع ذلك؛ فإنه يسبب عدم التوازن الحالي، كما يحاول تحقيق توازن الجهد عن طريق حقن تيار التسلسل السلبي، لكن تيار التسلسل السلبي الإضافي يتسبب أيضاً في تلوث الشبكة ويؤثر على أداء التعويض.

وبالنسبة لتوازن الجهد داخل الطور الفردي؛ فإنه يحاول تحقيق توازن الجهد عن طريق ضبط زاوية تغيير الطور في كل وحدة، لكن زاوية تحويل الطور ضيقة في المحول ذي السعة الكبيرة، لذلك تعديل زاوية تغيير الطور بشكل غير لائق سيؤدي إلى عدم استقرار النظام.

كمال تعتمد طريقة تحريك موجة التعديل لأعلى ولأسفل، وذلك على الرغم من أنه من السهل تحقيق ذلك رقمياً، إلا أن هناك تقلباً كبيراً يظهر في جانب التيار المستمر، كما يحقق التحكم (PI) مباشرة في جهد التيار المستمر لكل جسر (H)، لكن تصميم متطلبات (PI) في هذه الطريقة غير واضح، كما أنه من الصعب اختيار معطيات وحدة التحكم (PI)، خاصةً إذا كان عدد الجسر (H) المتتالي كبيراً.

مبادئ توجيهية لإعداد المنظومة للتحكم بالجهد الكهربائي المستمر

يظهر الشكل التالي الدائرة الرئيسية لـ (APF) المتتالي للجسر (H) الذي يعتمد اتصال النجمة.

حيث أن (UA ، UB ، UC) تمثل جهوداً شبكية ثلاثية الطور، (UcA ، UcB ، UcC) تعتبر الفولتية العكسية الجانبية (AC) لـ (APF. Udc1 … Udcn)، وهي عبارة عن جهد مكثف والسعة هي (C)، كذلك؛ فإن عدد الجسور (H) في كل مرحلة هو (n)، كما أن المفاعل الشبكي هو (L، iA ، iB ،iC) يمثلان التيار التعويضي لـ (APF N) هي النقطة المحايدة.

وبافتراض أن (Um) هي القيمة الصالحة لجهد الطور؛ فإن جهد النظام هو:

كما أن تيار تعويض الإخراج لـ (APF) هو:

حيث أن (Imn) هي القيمة الفعالة للتيار الكهربائي التوافقي (n)، و (n) هي زاوية المرحلة الأولية للتيار التوافقي (n)، وهي دارة مقوم الجسر أحادية الطور تنتج تياراً فردياً متناسقاً وتولد دائرة مقوم الجسر ثلاثي الطور البالغ (6) كيلو [± 1 (ك = 1،2،3 …)] لترتيب التيار التوافقي.

لذلك؛ فإن تطبيقات هذه الدائرة عالمية للغاية، وهي أيضاً المصدر الرئيسي للتيار التوافقي، بحيث تتجاهل دوائر تصحيح حمل “محاثة المقاومة” للتخفيف والتقلب الحالي، وعندما يكون المحاثة كبيرة بما فيه الكفاية يكون تيار الحمل للمرحلة (A) هو موجة مربعة تبلغ (120) درجة في نصف الدورة الموجبة والسالبة، كما ويتم تحللها على تحلل فورييه في الصيغة التالية: