تحسين مدى استجابة المولد التزامني لتوافقيات الشبكة

ضرورة تحسين استجابة المولد التزامني لتوافقيات الشبكة:

مع زيادة السعة المركبة للمحولات الموزعة في نظام الطاقة، تنخفض نسبة السعة المركبة للمولدات المتزامنة التقليدية تدريجياً، وذلك بسبب نقص القصور الذاتي والتخميد للمولدات المتزامنة التقليدية في أنظمة التوليد الموزعة مع المحولات الإلكترونية للطاقة، حيث تكون أنظمة الطاقة أكثر عرضة لتقلبات الطاقة وأعطال النظام.

حيث يُمكّن المولد الافتراضي المتزامن (VSG) التوليد الموزع القائم على المحولات المتصلة بالشبكة من محاكاة خصائص التحكم في التردد الكهربائي والجهد للمولدات المتزامنة من الخصائص الخارجية، والتي يمكن أن توفر بعض الجمود والتخميد للشبكة، وبالتالي تحسين الاستقرار من النظام الموزع.

لذلك فقد تم اقتراح مفهوم المولد المتزامن الافتراضي، حيث تم إنشاء نموذج الأنطولوجيا لـ (VSG)، واكتمل تصميم معلمات حلقة التحكم على هذا الأساس، حيث يتم تعزيز مرونة (VSG) من خلال تحسين التحكم بدون اختلاف في التردد، كما يتم تحليل تأثير القصور الذاتي على خصائص مخرجات (VSG).

ومن خلال إدخال تباين التردد في التحكم في القصور الذاتي لتشكيل تحكم تكيفي في القصور الذاتي؛ فقد تم توضيح مزايا القصور الذاتي الافتراضي في تحسين ثبات التردد لنظام الشبكات الدقيقة، حيث تم إنشاء نموذج الإشارة الصغيرة عالي المستوى لـ (VSG). كما يتم تطبيق فكرة المولد الافتراضي المتزامن في مجال توليد طاقة الرياح، مما يعكس عالميتها.

تأثر المولدات التزامنية بالتوافقيات أثناء التشغيل الفعلي:

تستند جميع الأبحاث والدراسات التي تم إجراؤها على (VSG) إلى شرط أن جهد الشبكة لا يحتوي على التوافقيات، ومع ذلك؛ فإنه أثناء التشغيل الفعلي، غالباً ما يحتوي جهد الشبكة على التوافقيات، والتي ستقدم نفس التوافقيات الترددية للتيار المتصل بالشبكة وتؤثر بشكل مباشر على جودة الإخراج الحالية لـ (VSG).

ومن أجل ضمان جودة الطاقة المتصلة بالشبكة؛ فقد تمت صياغة سلسلة من المعايير والمواصفات الفنية من قبل الإدارات المعنية في الداخل والخارج، وذلك للتحكم في العواكس التقليدية تحت تشويه جهد الشبكة، حيث يتم اقتراح استراتيجية تحكم مزدوجة الحلقة المغلقة تعتمد على فرق جهد الحث والتغذية المرتدة الحالية المتصلة بالشبكة.

كما تم اقتراح استراتيجية التحكم المباشر في القدرة على أساس وضع الانزلاق الطنين، بحيث يتم تحليل استقرار وتقارب استراتيجية التحكم المقترحة بعمق، وذلك من أجل تحسين التجاوز الحالي اللحظي أثناء ركوب الخطأ من خلال العاكسات، كما يتم إدخال رابط تعويض تقدم الطور لمكون التغذية إلى الأمام لجهد الشبكة في الحلقة الحالية.

أيضاً تم اقتراح طريقة تحكم توافقية مرنة لمحولات ثلاثية الطور متصلة بالشبكة بدون الكشف التوافقي، وذلك من أجل التحكم في (VSG) تحت تشويه جهد الشبكة، وتم اقتراح أيضاً طريقة تجمع بين المعاوقة الافتراضية مع الحد من طور التيار لنظام الجهد المباشر، مما يحد بشكل فعال من المكونات العابرة والثابتة لتيار الخطأ.

ومن خلال التحكم في القيم المرجعية للتيارات المتسلسلة الموجبة والسالبة بشكل منفصل؛ فإنه يتحقق التيار المتوازن الناتج لـ (VSG) تحت جهد الشبكة غير المتوازن، وهناك استراتيجية جديدة لتعويض التغذية الأمامية للجهد تعتمد على مرشح القطع، والتي يمكنها قمع التوافقي بترتيب معين للتيار المتصل بالشبكة.

تم وضع خوارزمية محسّنة للقيمة المرجعية الحالية للمحاثة بناءً على تكامل معمم مزدوج من الدرجة الثانية، بحيث يتم التخلص من تأثير التوافقيات الناتجة عن جهد الشبكة الكهربائية عن طريق طريقة التغذية الأمامية، والتي تعمل على تحسين جودة تيار الخرج في مجال التردد بأكمله، ومع ذلك؛ فإن عملية التحكم الكامل في التغذية لجهد الشبكة تحتاج إلى عملية تفاضلية، ومن السهل إدخال مكونات توافقية إضافية وإبطاء وقت الاستجابة.

المبادئ الأساسية لـ VSG:

يحاكي (VSG) معادلة الدوار للمولد المتزامن، وفي التحكم في التردد النشط؛ فإنه يتم إدخال القصور الذاتي والتخميد الظاهري، وفي التحكم في الجهد التفاعلي، يتم محاكاة تنظيم الإثارة للمولد المتزامن. المعادلة الحاكمة هي:

حيث أن:

(Pref) – (Pe): القوة النشطة والقوة الكهرومغناطيسية المعطاة لـ (VSG).

(ω) & (ω0): التردد الزاوي لـ (VSG) والتردد الزاوي لشبكة الطاقة على الترتيب.

(J) & (D): هما معامل القصور الذاتي والتخميد لـ (VSG).

(Qref) & (Q): هما القيمة المعطاة والفعلية للقدرة التفاعلية.

(V0) & (V): قيم الفولتية المقدرة والمقاسة على الترتيب.

(Dq): هو معامل ترهل القدرة والجهد التفاعلي.

ومن أجل التعامل مع ظروف عمل التوافقيات في شبكة الطاقة، تم تحسين استراتيجية التحكم في (VSG)، بحيث يتم استخدام الطريقة المحسنة القائمة على التكامل المعمم من الدرجة الثانية المزدوجة لاستخراج مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لقيمة قياس جهد الشبكة، والذي يستخدم لتحسين القيمة المرجعية لتيار الحث.

وعلى هذا الأساس، يستبدل العملية التفاضلية المطلوبة لعملية التحكم الكامل في التغذية الأمامية لجهد الشبكة بالوصلة المتكاملة بالقصور الذاتي ويختار منظم التيار المقابل لتحقيق التتبع الحالي، وبالتالي القضاء على تأثير توافقيات جهد الشبكة على الشبكة المتصلة تيار، كما يتم التحقق من جدوى استراتيجية التحكم المقترحة من خلال المحاكاة والنتائج التجريبية، ويتم الحصول على الاستنتاجات التالية.

• يتم استخدام الطريقة المحسنة القائمة على التكامل المعمم من الدرجة الثانية المزدوجة لاستخراج مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لقيمة قياس جهد الشبكة، مما يقلل بشكل كبير من المكون التوافقي للقيمة المرجعية لتيار الحث.

• يتم استبدال العملية التفاضلية المطلوبة في عملية التحكم الكامل في التغذية لجهد الشبكة بالوصلة المتكاملة بالقصور الذاتي، والتي تقضي على المكونات التوافقية الإضافية التي قد يتم إدخالها في الارتباط التفاضلي ولا تؤثر على وقت استجابة النظام.