اقرأ في هذا المقال
تحليل طريقة تشخيص خطأ مفتاح محولات مصدر الجهد الكهربائي
بسبب أزمة الطاقة الحادة في مجتمع اليوم، تم تطبيق تقنية على نطاق واسع في مجالات الشبكة الذكية وتوليد الطاقة الجديدة للطاقة وحركة السكك الحديدية، والتي يلعب فيها عاكس مصدر الجهد دوراً بارزاً، ومع ذلك؛ فإن خطأ جهاز طاقة أشباه الموصلات سيؤدي إلى ضرر مدمر حتمي للنظام، خاصةً لخطأ الدائرة المفتوحة غير الملحوظ، لذلك سوف يتم دراسة الخصائص الحالية لنظام العاكس ثلاثي الطور وتقدم طريقة دقيقة وسريعة لتشخيص الأخطاء، والتي تمتلك دلالات نظرية وعملية.
كما تم استخدام متوسط قيمة تيارات طور المحول الطبيعي والتيارات المطلقة المطلقة ككميات رئيسية لصياغة المتغيرات التشخيصية، وذلك من خلال المتغيرات التشخيصية والعتبة التكيفية، بحيث يمكن لطريقة أعطال التبديل المفتوح في المحول من الخلف إلى الخلف لتوربينات الرياح التي يتم تغذيتها بشكل مضاعف أن تدرك اكتشاف وتحديد أخطاء المفتاح المفتوح الفردي والمتعدد.
كذلك تم تقديم طريقة التشخيص عبر الإنترنت لنظام معدل مصدر الجهد ثلاثي الطور (PWM)، بحيث تم استخدام التشويه الحالي في الطريقة المقترحة لتشخيص الأعطال ويمكن للطريقة المقترحة تشخيص المفتاح الخاطئ في التيارات المنخفضة وكذلك في ظل ظروف الحمل المفاجئ العابرة دون إنذارات خاطئة، ومع ذلك يمكنها فقط أن تدرك تشخيص خطأ مفتاح مفتوح واحد.
أيضاً من خلال تحليل تأثير فشل التبديل المفتوح للوحدات الفرعية المتطابقة المتصلة بالسلسلة (SMs) على تشغيل المحول المعياري متعدد المستويات (MMC)، بحيث تم اقتراح طريقة قائمة على خوارزمية التجميع وطريقة محسوبة تعتمد على السعة.
وبناءً على طريقة مكونات التيار المستمر؛ فإنه يتم استخدام متوسط القيم المطلقة بدلاً من استخدام المكونات الأساسية ككميات طبيعية، وذلك من خلال الجمع بين التيارات المتوسطة الطبيعية والمتغيرات التشخيصية الإضافية، كما تم تحسين اليقين في التشخيصات في ظل حالات العبور والأحمال الخفيفة.
كذلك تم اقتراح طريقة تشخيص الخطأ بناءً على منحدر مسار التيار المتجه، والتي كانت مستقلة عن النموذج الرياضي وخصائص الحمل العابرة بينما تتطلب وقتًا أطول للتشخيص (حوالي 1.5 إلى 2 مرة من الفترة الأساسية الحالية)، أيضاً تم تقديم مرحلة المتجه الحالية لـ (Park) لتشخيص خطأ المفتاح المفتوح العاكس، كما قارن المؤلفون وحللوا العديد من مناهج “الطور المتجهي” الحالي لـ (Park)، بحيث كانت الطرق المقترحة مناسبة للتكامل في وحدة التحكم في القيادة وإطلاق الإجراءات العلاجية.
تحليل طور التيار الكهربائي من VSI
يظهر نظام عاكس مصدر الجهد الكهربائي ثلاثي الأطوار المعتمد في هذه الورقة في الشكل التالي (1)، والذي يتضمن مرشحات (LC) وجهاز تحكم (dSPACE)، يتم تنفيذ معالجة إشارة أخذ العينات والتحكم في نظام (VSI) بواسطة وحدة تحكم (dSPACE).
في وضع التشغيل العادي، تختلف إشارات التعديل المكونة من ثلاث مراحل التي يتم تغذيتها بواسطة تعديل عرض النبض (PWM) بمقدار (120) درجة كهربائية عن بعضها البعض، وهناك إشارات القيادة للمفاتيح العلوية والسفلية لنفس المرحلة مكملة، كما أن تيارات الخرج ثلاثية الطور هي جيبية من نفس الحجم وفرق الطور مع (120) درجة كهربائية، وهو:
حيث أن (Im) هو مقدار التيار الكهربائي و هو التردد الزاوي الحالي، لذلك خذ خطأ مفتاح مفتوح في مفتاح المرحلة (b) السفلي كمثال، وفي الدورة النصفية السالبة للتيار، يتأثر التيار في هذه المرحلة بشدة، وبالتالي؛ فإن تيار المرحلة (b) يساوي صفراً خلال نصف الدورة السلبية، في ظل هذه الظروف خلال فترة أساسية واحدة؛ فإنه يمكن إعطاء تيار المرحلة (b) بواسطة:
من خلال التحليلات المذكورة أعلاه وعلى أساس التيارات المقاسة؛ فإنه يمكن تشخيص الخطأ باستخدام طرق مثل معالجة الإشارات وتحويل التنسيق والتعرف على الأنماط وما إلى ذلك.
طريقة تشخيص الأعطال
بشكل عام، في (VSI) النموذجي، إذا حدث خطأ مفتاح مفتوح في مفتاح علوي؛ فإن التيار في تلك المرحلة لن يأخذ سوى القيم السالبة، وخلاف ذلك إذا حدث خطأ في مفتاح سفلي؛ فإن التيار في تلك المرحلة لن يأخذ سوى قيم موجبة، لذلك يمكن إجراء توطين الخطأ بناءً على الخصائص الحالية المذكورة أعلاه، بحيث يعرض الشكل التالي (2) مخطط كتلة للكشف عن الأعطال وطريقة التوطين.
طريقة كشف الخلل: تيارات خرج (VSI) هي معطيات حالة لا يمكن أن تعكس معلومات الخطأ في الوقت المحدد، وهناك وطريقة التشخيص الحالية القائمة على الإخراج تعتمد على الفترة الأساسية، ومن ثم تقترح هذه الورقة طريقة اكتشاف جديدة.
ونظراً لأن السعة الحالية غالباً ما ترتبط بالحمل وعوامل أخرى، ومن أجل جعل الخوارزمية تتغلب على تأثير تغيير الحمل وعوامل أخرى وتبسيط طريقة التشخيص؛ فإنه يتم تطبيع التيار الكهربائي، وذلك من خلال تحويل كلارك، بحيث يتم تحويل التيار ثلاثي الطور من نظام إحداثيات ثابت ثلاثي الطور إلى نظام إحداثيات ثابت ثنائي الطور:
طريقة توطين الخطأ: يمكن للطريقة المقترحة في القسم السابق أن تحقق الاكتشاف السريع عند حدوث عطل في العاكس، لكنها لا تستطيع تحديد موقع مفتاح الطاقة الخاطئ، لذلك تم اقتراح خوارزمية موقع الخطأ كما هو موضح أدناه.
كما يتم استخدام طريقة الكشف الحالية المتقاطعة الصفرية لتجنب تأثير التشويه الحالي الناجم عن الحمل العابر، حيث يتم تحويل موجة التيار الجيبية إلى موجة مربعة، وذلك من أجل تجنب الخطأ الناجم عن القيمة القريبة من العتبة، كما تم إدخال مستوى ثالث (صفر) لتحسين طريقة الكشف التقليدية الصفرية، وهنا نحدد:
حيث أن (sp) هي قيمة العتبة، بحيث يجب أن يضمن اختيار قيمة العتبة (sp) القدرة على تحديد موقع المفاتيح المعيبة في نطاق واسع من الأحمال، ومع ذلك؛ فإنه يعتمد على عدة عوامل، مثل تبديل التردد والوقت الميت وإزاحة مستشعر التيار ونسبة الإشارة الحالية إلى الضوضاء وتكوين طوبولوجيا العاكس، وما إلى ذلك، لذلك تم اختيار (sp) كنسبة (2 ٪) تقريباً من التيار المقدر.
كما يمكن أن يعتمد توطين الخطأ على قطبية تيارات الطور الحركي. لتحقيق هذا الهدف، بحيث يمكن وصف قطبية التيارات الناتجة بالعلاقة التالية:
وأخيراً تم تقديم طريقة التشخيص للكشف عن أخطاء المفتاح المفتوح وتحديد موقعها لعاكس مصدر الجهد ثلاثي الأطوار، كما تم تصميم طريقة الكشف عن التقاطع الصفري الحالي وإشارة اكتشاف الأعطال بناءً على تيارات الطور لتحديد مواقع المفاتيح المعيبة بدقة، بحيث يمكن الكشف عن الأعطال المفتوحة والمزدوجة والمفردة من خلال (12) توقيع خطأ مميز يتوافق مع تركيبة فريدة لفشل العاكس.
وفيما يتعلق بسرعة اكتشاف طريقة التشخيص، تُظهر نتائج المحاكاة والتجربة أنه يمكن اكتشاف مفتاح خاطئ في غضون فترة زمنية تعادل ثُمن الفترة الأساسية الحالية، والتي يمكن اعتبارها، وذلك مقارنة بالتقنيات المماثلة سريعة نسبياً، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإن طريقة التشخيص لديها القدرة على ضمان المتانة للحالة العابرة، مثل تغيرات الحمل وتغيرات التردد الكهربائي ومنع سوء التفسير في ظل الحالة العابرة.
