بناء النظام الكهروضوئي متعدد الأطوار والتحكم المتزامن

يعد أداء عاكس تشكيل الشبكة الكهربائية، والذي يدمج مزارع الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو طاقة الرياح مع الشبكة حالياً موضوعاً ذا اهتمام واسع، كما يعد التحكم في المزامن أحد تقنيات محول تشكيل الشبكة المعروفة، كما سيساعد تقييم التحكم في المزامنة في نظام القياس في فهم تشغيله عند الاتصال بنظام أكبر.

التركيز على بناء النظام الكهروضوئي متعدد الأطوار وضمان التحكم المتزامن

تكتسب مولدات التوزيع (DGs) شعبية بسبب فوائدها التقنية والبيئية وأصبحت حلاً بديلاً لحل أزمة الطاقة، كما تُستخدم محولات الطاقة الإلكترونية في (DGs) للتفاعل مع الشبكة لتحسين أداء (DGs) وضمان الطاقة جودة، حيث أدت الزيادة في تغلغل (DGs) إلى تحدي الشبكة من حيث التوليد المتقطع للطاقة ومستوى الأعطال الحالي وما إلى ذلك.

كذلك يحدث اضطراب كبير في النظام بسبب طفرات الجهد وتيار التدفق، مما قد يؤدي إلى تلف الأجهزة الإلكترونية للطاقة، بحيث تشكل هذه الاضطرابات الكبيرة تحديات كبيرة للتشغيل المستقر للمديريات العامة، لذلك لقد حفز هذا الاهتمام تطبيق المحولات الإلكترونية للطاقة لدعم الشبكة والسماح لمزيد من الطاقة المتجددة بالتكامل مع الشبكة.

تتبع وضع الشبكة الكهربائية من خلال محولات القدرة التقليدية

تقليدياً تعمل محولات الطاقة في وضع تتبع الشبكة وتعمل كمصدر حالي بتقنيات التحكم الحالية التقليدية، كما يتم إجراء دراسة محاكاة العاكس المرتبط بالشبكة الكهروضوئية باستخدام تقنية التحكم في التيار التقليدي، حيث أجريت الدراسة على نظام قياس الأداء (MV)، والذي يتضمن مبدأ التشغيل واختيار المعلمة وتصميم التحكم وتحليل أخطاء النظام الكهربائي.

وبصرف النظر عن المحولات التالية للشبكة الكهربائية؛ تظهر محولات تشكيل الشبكة الآن، بحيث تمت مناقشة استراتيجيات تحكم تشكيل الشبكة المختلفة، كما تنبع تقنية تشكيل شبكة التحكم المتدلية من إجراء الحاكم وتمكن من مشاركة الطاقة وفقاً لتصنيف (VSCs)، وعند التشغيل بالتوازي؛ تنشأ مشكلات الاستقرار في التحكم في التدلى عند استخدام مكاسب تدلى عالية.

كما أن هناك طريقة أخرى لتشكيل الشبكة هي التحكم المباشر في القدرة (DPC)، بحيث يعطي جهد الخرج مرجع زاوية الطور وهذا هو سبب تصنيفها في محول تشكيل الشبكة، كذلك تم اقتراح التحكم المباشر المحسن في القدرة (EDPC) للمولد الحثي ذو التغذية المزدوجة (DFIG) المدفوع بتطبيق توربينات الرياح (WT) متغيرة السرعة.

نهج التبديل من خلال المحولات المتحكمة بالتردد الكهربائي

في هذا النهج، يتم إنتاج نمط التبديل لـ (VSCs) من التحكم في التخلف، كذلك التحكم في المذبذب الافتراضي (VOC) يقترن بالتحكم في تشكيل الشبكة على أساس المذبذب، حيث أن الميزة الرئيسية للمركبات العضوية المتطايرة هي أنها تزامن العاكس المتوازي المتصل بدون اتصال بين العاكس، حيث إن التحكم المعتمد على معادلة التأرجح مع قدرات القصور الذاتي القائمة على التحكم المتزامن في القدرة (SPC) هو نهج آخر للتحكم في تشكيل الشبكة.

لذلك يحتوي على هيكل تحكم متتالي مع تحكم داخلي في التيار الكهربائي والتحكم في الجهد الخارجي ومرجع للتحكم الخارجي يتم إنشاؤه بواسطة معادلة التأرجح، ومن ثم؛ فإنه يخلق تعقيداً في ضبط وحدة التحكم بحيث يكون “المولد الافتراضي المتزامن” (VSG) هو أحد الأساليب المستخدمة في محولات تشكيل الشبكة التي تحاكي القصور الذاتي.

لذلك؛ فإن الفكرة هي جعل محول مصدر الجهد (VSC) يعمل مثل مولد متزامن (SG)، حيث يعد (Synchronverter) أحد النماذج المختلفة لـ (VSG)، كما ويقوم بتشغيل محولات الطاقة في وضع تشكيل الشبكة من خلال تنفيذ تقنية المزامنة الذاتية، إضافة الى المعادلة الرياضية وجزء التحكم الذي ينظم التردد والجهد في (SG) المدمج في وحدة التحكم، بحيث يحاكي (SG) ويستخرج العديد من المزايا منه.

تحليل نظام القياس المعياري PV-Synchronverter

يوضح الشكل التالي النظام الكامل المأخوذ للدراسة، بحيث يتم أخذ تصنيف مصدر الكهروضوئية على أنه (1.4) ميغاوات والذي يتم تحقيقه من خلال مجموعة من الألواح الكهروضوئية المتسلسلة والمتوازية تسمى مجموعة (PV)، كما تولد الألواح الكهروضوئية الجهد المنخفض، ومن ثم تم تشكيل مجموعة (PV) لبناء جهد أعلى للتكوين أحادي المرحلة، والذي يبلغ حوالي (800) فولت عند أقصى نقطة طاقة (MPP) وحوالي (1000) فولت في الدائرة المفتوحة.

لذلك يتم توصيل مكثف (dc-link Cdc) بالتوازي مع المصفوفة الكهروضوئية للحفاظ على جهد (DC-link Vdc)، كما يتم استخدام عاكس مصدر الجهد المعتمد على (IGBT) أحادي المرحلة (VSI) كواجهة بين المصدر الكهروضوئي ونظام التوزيع، بحيث يتم توصيل خرج (VSI) بالشبكة عند نقطة اقتران مشترك (PCC)، وذلك باستخدام مرشح تمرير منخفض ومحول واجهة.

كذلك يتم ترشيح التوافقيات عالية التردد الكهربائي، والتي يتم حقنها بواسطة نظام (PV) في الشبكة باستخدام مرشح (LCL. Lf)، وهو محث مرشح متسلسل بمقاومة (Rf)، بحيث تمثل (Rf) المقاومة الداخلية للمحث (Lf) ومقاومة مفاتيح (IGBT)، حيث (Cf) هو مكثف مرشح متسلسل مع طريق مقاومة التخميد، كما أنه يتم استخدام التيار من خلال المحث (Lf) والجهد عبر المكثف (Cf) والجهد عبر مكثف (DC-link Cdc) و (PV) الحالي (Ipv) كإشارات تغذية مرتدة لوحدة التحكم.

آلية توصيل المحول الخاص بالقياس ولتحكم المعياري

يتم توصيل (VSI) بالنظام المعياري من خلال محول واجهة (Δ / Y)، كما يتم تمثيل محاثة التسرب لمحول الواجهة كـ (Lt)، بحيث يتم توصيل نظام الطاقة الكهروضوئية بشبكة أمريكا الشمالية ذات الجهد المتوسط ​، والتي تتم معالجتها بواسطة فريق عمل خاص، كما أن هذا النظام المعياري مخصص للتكامل الشبكي لـ (DGs) ويسهل نظام الاختبار هذا التحليل والتحقق من صحة الأساليب والتقنيات المتقدمة.

لذلك؛ فإن الجهد الأساسي للجهد العالي هو (115) كيلو فولت، ثم ينخفض ​​إلى (12.47) كيلو فولت، كما تم تصميم خطوط الشبكة كنموذج (PI) وتم تصميم أحمال الشبكة على أنها أحمال مرتبطة بالجهد الكهربائي، وفي كل ناقل؛ فإنه يتم توصيل الأحمال الكهربائية وتحتوي بعض النواقل أيضاً على شبكة فرعية أحادية الطور.

كما أن النظام المعياري لديه توزيع غير متوازن للحمل، بحيث يتم توصيل النظام الكهروضوئي بالنظام المعياري في (BUS 3)، وذلك كما هو مبين في الشكل السابق، بحيث يتم إجراء بعض دراسات حالة المحاكاة عن طريق إحداث اضطراب في نظام التوزيع، كما يتم إجراء الاختبارات عن طريق إنشاء خطأ في النقطة (4)، وذلك كما هو موضح في الشكل أو فصل الحمل على النقطة (1) حيث يتم توصيل الحد الأقصى للحمل بالنقطة (1).

في النهاية قدمت هذه الدراسة أداء محول (PV) مع نظام قياس (MV)، بحيث يتم وصف وحدات التحكم مثل المزامن والتحكم في الجهد الكهربائي ذي الارتباط الثابت والتحكم في جهد التيار المتردد بالتفصيل، كما يتم عرض تصميم وضبط وحدات التحكم هذه.

كما كشفت النتائج أنه بالنسبة لاضطراب تغيير الحمل الكهربائي، بحيث لوحظ أن تجاوز تردد (PCC) يكون أقل بشكل هامشي مع نظام (PV)، وذلك مقارنة بالنظام بدون (PV)، كما تمت دراسة استجابة النظام الكهروضوئي لاضطرابات جانب الشبكة أثناء وضع (MPP) و (nonMPP)، كما ويلاحظ أن تجاوز تردد العاكس أقل قليلاً في الوضع (nonMPP) مقارنة بوضع (MPP) الاعتيادي.