الشبكة الديناميكية لوحدات التحكم المتغير لأحمال المحرك أحادي الطور

الاستدلال على الشبكة الديناميكية لوحدات التحكم المتغير لأحمال المحرك

تمثل المعوضات المتغيرة الثابتة (SVCs) فئة ناضجة من تقنية “نظام نقل التيار المتردد” المرن (FACTS) وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة لدعم (var) الديناميكي ومع ذلك، وعلى الرغم من التطورات في تقنية المعوضات الإستاتيكية (SVC)، وخاصةً عندما يتم تثبيت العديد من المعوضات الإستاتيكية (SVC) في نظام طاقة عملي؛ فقد تتفاعل وحدات تحكم المعوضات الإستاتيكية (SVC) سلباً، وذلك كما هو موضح في الشكل (1).

لا سيما عند توصيل المعاوقة المكافئة بين موقعي المعوضات الإستاتيكية (SVC) والدائرة القصيرة السعة (SCC) في الموقعين والنظام بأكمله بشكل عام منخفض، كما تم توفير نهج تحليلي يعتمد على نظرية الشكل العادي للتحقيق في التفاعل غير الخطي بين المعوضات البخارية المعزولة المتعددة من خلال مراقبة تباين الاقتران الكهربائي وكذلك (SCC) في ناقل (SVC).

كما تم تقديم نهج تحليلي يعتمد على طريقة السلسلة الشكلية لتحديد مدى تفاعل وحدات التحكم. ومع ذلك؛ فإنه يتم تبسيط نموذج (SVC) ويتم تمثيله بواسطة تفاعل متغير واحد لتجنب الحساب المفرط. في كما يتم تحليل التفاعل بين اثنين من المعوضات المتزامنة الثابتة التقليدية والمعوضات الثابتة المتزامنة (STATCOM) بناءً على مبدأ مصفوفة الكسب النسبي.

ومع ذلك، تم تطوير هذا النموذج على أساس أن النظام خطي وبالتالي لا يأخذ في الحسبان عدم الخطية لنظام الطاقة، بالإضافة إلى ذلك يتم تطبيق جميع هذه الأساليب التحليلية على أنظمة الاختبار الافتراضية فقط بناءً على محاكاة ديناميكية ذات تسلسل إيجابي لتبسيط استخدام الأساليب التحليلية من خلال تجاهل اللاخطية في الشبكة الكهربائية.

أيضاً يتم إجراء دراسة التفاعل عن طريق تقسيم النظام إلى وحدات تحكم التخميد القائمة على (SVC) والنظام الخارجي، أيضاً يتم إرفاق وحدة تحكم التغذية المرتدة بوحدات التحكم في التخميد القائمة على (SVC)، وذلك للتخفيف من التفاعل السلبي بين وحدات تحكم (SVC).

ومع ذلك، تم تبسيط نموذج (SVC) بوظيفة تحويل من الدرجة الأولى، إلى جانب ذلك يتضمن نموذج الحمل أحمالاً ثابتة فقط ويتم تجاهل ديناميكيات الحمل تماماً، بحيث تم إجراء دراسة تفاعل (SVC) باستخدام محاكي في الوقت الفعلي في مجال زمني ثلاثي الطور ولكن بدون نسخة متماثلة فعلية من وحدات تحكم (SVC) (أو أي جهاز آخر) في الحلقة.

نظام اختبار معوض (VAR) الثابت

يتضمن نموذج نظام الطاقة الذي تم فحصه في هذا الطرح الجزء الشرقي من شبكة نقل “ولاية تكساس” (138/230) كيلو فولت التي تحتوي على اثنين من المعوضات الإستاتيكية (SVC) تقع على بعد 17 ميلاً من بعضهما البعض والعديد من المكثفات ذات التبديل الميكانيكي (MSCs) التي يتم التحكم فيها بواسطة كل (SVC) على مسافة قريبة، وذلك حسب الشكل البياني (1).

كما يحتوي كل من (SVC) على تكوينات مختلفة مع إمكانيات القدرة التفاعلية المختلفة كما هو موضح في الجدول التالي، كما يمكن أن يقوم (SVC # 1)، وذلك إما بتزويد أو امتصاص طاقة تفاعلية بحجم خطوة (1 Mvar)، بينما يمكن لـ (SVC # 2) توفير طاقة تفاعلية فقط في كتل من (75 Mvar).

لمزيد من استكشاف التفاعلات؛ فإنه تم تطوير نموذج نظام الطاقة لمنطقة الدراسة في واجهة برنامج (Hypersim) مدمج مع نسخة الأجهزة من وحدات تحكم (SVC)، كما يتكون إعداد المختبر من كمبيوتر مضيف يعمل بنظام (Windows) (محطة عمل) مع واجهة برنامج (Hypersim) ومحاكي (OPAL-RT) في الوقت الفعلي ونسخة متماثلة لأجهزة (SVCs).

كما ترسل واجهة البرنامج أبو تستقبل الإشارات التناظرية والرقمية من وحدة النسخ المتماثلة لوحدة التحكم (SVC) عبر وحدات الإدخال والإخراج (I / O) (OPAL-RT) في إعداد محاكاة (HIL)، كما يتم تكوين بروتوكولات الإشارة للتواصل مع نظام (HIL) في واجهة برنامج (Hypersim).

أيضاً يقوم الكمبيوتر المضيف بتجميع المشروع وإرساله إلى جهاز محاكاة الهدف المستند إلى (Linux) للمحاكاة في الوقت الفعلي، بحيث يتكون الكمبيوتر الهدف من (24) مركز معالج نشط لمحاكاة الوقت الفعلي بالإضافة إلى معالج مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA) للتواصل مع نظام اختبار (HIL) (أي نسخ SVC). يتم عرض نظرة عامة على إعداد (HIL) مع وحدات تحكم (SVC) فعلية حقيقية في الشكل التالي (2).

تتطلب وحدات التحكم (SVC) أنظمة تحكم مفصلة ليتم تضمينها في النموذج، وعندما يعمل اثنان من المعوضات الإستاتيكية (SVC) بالتوازي، كما أن هناك ما يقرب من (250) إشارة يتم التقاطها في وقت واحد لكل عملية محاكاة، وبالنسبة لـ (SVC # 2) تتضمن توصيلات الأجهزة ما مجموعه (27) زوجاً من إشارات الإخراج التناظري (AO) و (42) زوجاً من إشارات الإدخال الرقمي (DI) و (16) زوجاً من إشارات الإدخال التناظري (AI) المستخدمة للاتصالات بين نموذج (Hypersim) و النسخة المتماثلة (SVC # 2).

كما تُستخدم جميع إشارات الذكاء الاصطناعي للمراقبة، بحيث تحتوي إشارات (AO) التي تدخل إلى نسخة متماثلة (SVC) على إشارات الجهد الكهربائي أو التيار التي تم الحصول عليها من كتل (TSC) لنموذج (SVC) في البرنامج، كذلك من (42) زوجاً من إشارات (DI) للنسخة المتماثلة (SVC 24)، وهي إشارة من إشارات المراقبة، ومن بينها إشارتان تتحكمان في (CB) الرئيسي.

كما تستخدم (14) إشارة لإطلاق (TSCs) وتستخدم (4) إشارات للتحكم في (DSWs) وللإشارة إلى حالة تشغيل وإيقاف تشغيل (SVC)، وباستثناء إشارات المراقبة القادمة من النسخة المتماثلة، كما يتم إخراج جميع الإشارات الأخرى من مستشعرات نموذج (Hypersim) ثم إرسالها إلى النسخة المتماثلة عبر لوحة التصحيح، كما يتم استخدام إعداد مماثل لـ (SVC # 1).

نموذج تحميل المولد الى المحرك

نموذج مولد حقيقي (أو مادي)

تضيف نماذج المولدات الحقيقية ديناميكيات إلى النظام مقارنة باستخدام مصدر الجهد المثالي وراء تمثيل مقاومة (Thevenin)، وهي منطقة الدراسة في الشكل (1)، كما تحتوي فقط على “مولدين حقيقيين” (أو ماديين)، حيث يشار إلى هذه المولدات الكهربائية الحقيقية (G1 و G2)، وهي المصادر المتبقية هي مصادر جهد مثالية مكافئة تمثل مكافئ (Thevenin) متعدد المنافذ للنظام بأكمله.

نموذج تحميل المحرك

بالنسبة للأنظمة الكبيرة، يجب إجراء تحليل الاستقرار العابر باستخدام تمثيل واقعي لأحمال المحرك حيث يتم تحديد عدم استقرار الجهد في الغالب من خلال خصائص حمل المحرك وفقاً لـ (MISO)، كما تشكل المحركات الحثية أحادية الطور 34٪ من جميع الأحمال السكنية مثل أحمال المضخات الحرارية.

كما تحدد بيانات نموذج (MISO) تكوين الأحمال كما في الشكل التالي، ومع ذلك ومع الأخذ في الاعتبار الاختراق العالي لمحركات المضخات الحرارية في منطقة الدراسة، بحيث يعتبر (51 ٪) من إجمالي الحمل السكني محركات تحريضية أحادية الطور والباقي (49 ٪) كأحمال (PQ).

وأخيراً تم التحقيق في التفاعل بين جهازي (SVC) في إعداد اختبار (HIL) على نظام عملي (138/230) كيلو فولت، وذلك مع وحدات تحكم (SVC) المادية ونموذج تحميل دقيق في ظل حالات الطوارئ وحالات الاختبار المختلفة، حيث أبرزت نتائج المحاكاة بوضوح أهمية نمذجة ديناميكيات الحمل، والتي غالباً ما يتم تجاهلها أثناء اختبار المصنع لوحدات تحكم (SVC).