تعديل النبضة المتزامنة للمحولات الكهربائية ثلاثية الطور

ضرورة تعديل النبضة المتزامنة للمحولات الكهربائية ثلاثية الطور

تم تنفيذ المحولات الموزعة على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، مثل محطة الطاقة الكهروضوئية (PV) ومحطة الرياح والشبكة الدقيقة، وذلك لربط المصادر الموزعة بشبكة الطاقة الكهربائية، حيث يتم توزيعها يتم التحكم في العواكس بشكل عام عن طريق طرق تعديل عرض النبضة (PWM)، وبالنسبة للمحولات ثلاثية الطور؛ فإن تعديل عرض النبضة الجيبية (SPWM) مع إضافة التوافقية الثلاثية وتعديل عرض النبضة المتجهية الفضاء (SVPWM).

كما يمكن أن يزيد بشكل فعال من مؤشر التعديل الأقصى إلى (1.15)، وذلك بالمقارنة مع (SPWM)، بحيث يمكن لتعديل عرض النبضة غير المستمر (DPWM) تثبيت المرحلة المصاحبة على سكة (DC) الموجبة أو السالبة، ومن ثم تقليل خسائر التبديل بشكل كبير، لكن (DPWM)، كما ستقدم المزيد من التوافقيات عالية التردد الكهربائي من (SPWM).

ولتقليل التوافقيات عالية التردد؛ فإنه يمكن استخدام (LC) أو (LCL) أو مرشحات أخرى عالية الترتيب، ومع ذلك؛ فإن ذروة الرنين (LC) أو (LCL) ستؤدي إلى انخفاض أداء العاكس. يمكن استخدام طريقة التخميد النشط أو السلبي للتخلص من ذروة الرنين، لكن هذه الأساليب ستزيد من تعقيد نظام التحكم، علاوة على ذلك قد يتسبب مرشح الترتيب العالي في حدوث مشكلات رنين خطيرة عند توصيل العديد من المحولات الموزعة بـ (PCC).

وبدلاً من ذلك؛ فإنه يمكن لـ (PWM) المشذرة تقليل التوافقيات عالية التردد، لكن لا يمكن تطبيقه بشكل مباشر على عدة محولات موزعة لأنها غير متصلة بالتوازي في جانب التيار المستمر.

كما تم اقتراح طريقة تعديل عرض النبضة المتزامنة العالمية (GSPWM)، حيث تم استخدام الوحدة المتزامنة العالمية (GSU) لتحقيق الوظائف الأساسية لـ (GSPWM)، كما ويمكن التخلص من المركبات التوافقية عالية التردد في (PCC)، كما اقترح طريقة لتقليل تردد التبديل وحجم المرشح عند استخدام (GSPWM)، وذلك عند حساب توافقات المحولات التي يتحكم فيها (DPWM)، بحيث سيكلف (GSPWM) الكثير من الوقت لحساب توافقيات أشكال موجة التعديل غير المستمرة.

ومن الصعب تنفيذ هذه الحسابات المعقدة في معالج الإشارات الرقمية (DSP) أو وحدات التحكم الرقمية الأخرى، إلى جانب ذلك تعتمد طريقة (GSPWM) التقليدية طريقة تحسين سرب الجسيمات (PSO) مع العديد من الجسيمات وخطوات التكرار للعثور على زوايا إزاحة الطور المثلى وتردد التزامن، وذلك جنباً إلى جنب مع إجراء الحساب التوافقي، بحيث سيؤدي ذلك بالتأكيد إلى زيادة عبء تشغيل (GSU).

المبدأ الأساسي لثلاث مراحل (PWM)

بالنسبة لمحولات ثلاثية الأسلاك ثلاثية الأطوار، يمكن حقن أي إشارة صفرية التسلسل في التشكيل، كما أن هناك 6 أنواع من (DPWMs) التي تم إنشاؤها عن طريق اعتماد مكونات مختلفة ذات تسلسل صفري، وهي (DPWMO ، DWPM1 ، DPWM2 ، DPWM3 ، DPWMMIN، DPWMMAX) وبشكل عام؛ فإنه يمكن سرد القيم المرجعية للتشكيل كـ:

حيث تكون القيمة المرجعية للتضمين (SPWM)، كما تستخدم القيمة المرجعية للتشكيل لـ (DPWM ،u0) مكون التسلسل الصفري و (D) مؤشر التعديل.

كما يوضح الشكل التالي (1) الأشكال الموجية المعيارية لـ (ua و u a و u0) لستة أنواع من طرق (DPWM) عندما يكون (D = 0.9)، وهو الاختلاف الرئيسي بين طرق (DPWM) هو نفسه (u0)، وبالإضافة إلى ذلك يتكون شكل موجة التعديل لـ (PWM) التوافقي الثلاثي من كلا المكون الأساسي والمكون التوافقي الثالث كما هو موضح في الشكل التالي (2).

وبالنظر إلى أن أشكال موجة التعديل لطرق التعديل هذه متقطعة أو غير جيبية؛ فإنه يمكن استخدام التكامل متعدد التعريف لحساب التوافقيات عالية التردد والفرق الوحيد هو حدود فورييه المزدوجة الخارجية والداخلية، لذلك تم أخذ (DPWMMIN) كمثال في التحليل والتحقق.

مبادئ وإدراك تعديل عرض النبض المتزامن (GSDPWM)

عندما يتم توصيل المحولات ثلاثية الطور بالتوازي؛ فإن (THD) للتيار الكلي سوف يتغير بشكل دوري كما تم تحليله من خلال الدراسات، وللتبسيط يأخذ هذا القسم الفرعي محولين متطابقين من ثلاث مراحل كمثال للتحليل، كما ويتم سرد معلماتهما في الجدول التالي (1)، كذلك يتم استخدام (MATLAB) لمحاكاة هذه الظاهرة.

وبافتراض أن تردد هذين المحولين هو (10.0001) كيلوهرتز و (9.9999) كيلوهرتز بسبب تردد التذبذب المتغير الذي لا مفر منه للبلور داخل وحدة التحكم الرقمية ويتم استخدام (DPWMMIN)، يوضح الشكل التالي (3) مسارات (THD) للتيارات في (5) ثوانٍ.

كما أنه من الواضح أن (THD) لإجمالي التغييرات الحالية مع تقدم الوقت وأن الحد الأدنى من (THD)، بحيث يظهر مرة واحدة فقط، لذلك من الأفضل تثبيت (THD) للتيار الكلي ليكون صغيراً قدر الإمكان أثناء العملية، بحيث يمكن استخدام (GSU) وطريقة ضبط زاوية طور الموجة الحاملة المقابلة لتحقيق هذا الهدف، والذي يظهر هيكله الأساسي في الشكل التالي (4).

كما تتمثل الوظائف الأساسية لـ (GSU) في:

• استقبال المعطيات ونوع (PWM) لكل عاكس وحساب التوافقيات عالية التردد للتيار الكلي باستخدام طريقة الحساب السريع المقترحة.

• احسب (φPWMMbest ، fsyn) بطريقة ذكية سريعة، حيث (φPWMMbest) هي الزاوية المثلى لتحول الطور و (fsyn) هي تردد إرسال الإشارات المتزامنة.

ومع ذلك، سوف ينتج (DPWM) خصائص توافقية مختلفة مقارنة بـ (SPWM)، لذلك سيناقش القسم التالي طرق الحساب السريعة لتحقيق التشغيل المتزامن المتوقع لمحولات ثلاثية الطور.

طريقة الحساب السريع للتوافقيات الحالية

يقترح هذا القسم طريقة جديدة لحساب سريع للتوافقيات عالية التردد لمحولات ثلاثية الطور، كما تم تطوير جدول بحث للمساعدة في الحساب السريع لتوافقيات الجهد لكل عاكس، ثم تم اقتراح دائرة توافقية مكافئة مبسطة لحساب التوافقيات الحالية للعاكس ثلاثي الطور، وعند القيام بذلك يمكن اشتقاق التوافقيات الحالية الإجمالية للحصول على العلاقات بين التوافقيات الحالية الكلية وزاوية إزاحة الطور لكل عاكس.

كذلك يمكن تحليل التوافقيات الحالية للعاكس ثلاثي الطور باستخدام طريقة فورييه المزدوجة، وذلك بافتراض أن (ua ∗ ، ub ، uc ∗) متناظرة في حالة الثبات؛ فلا يلزم حساب سوى أجزاء قليلة من التوافقيات في (ua) على وجه التحديد، نظراً لأن زاوية تحول الطور لـ (φPWMM) تولد تأثيراً متساوياً على التيارات ثلاثية الطور؛ فمن المعقول حساب التوافقيات الحالية لمرحلة واحدة فقط. سيتم عرض طريقة حساب إجمالي التوافقيات الحالية أدناه.

حساب الجهد التوافقي: يوضح الشكل التالي (5-A) الرسم التوضيحي العام للعاكس ثلاثي الطور (M)، حيث تكون (uMa و uMb و uMc)،  وهي جهود الإخراج ثلاثية الطور، كما يشير (ZM و ZM) إلى مقاومة مرشح الإخراج للعاكس (M)، وذلك بافتراض أن جهد الشبكة هو جيبي بحت، كما يمكن رسم التوافقيات المكافئة للدائرة كما في الشكل التالي (5-B)، حيث أن (uhMa ، uhMb ، uhMc) هي توافقات الجهد لـ (uMa ،uMb ، uMc) على التوالي:

باستخدام طريقة فورييه المزدوجة؛ فإنه يمكن التعبير عن توافقيات الجهد على النحو التالي:

حيث (m ، n) هما الفهرس متعدد الموجات الحاملة والفهرس المتعدد الأساسي على التوالي، وكذلك (Am0 و Bm0) تعتبر معطيات التوافقيات المتعددة الحاملة، (Amn ، Bmn) معطيات توافقيات النطاق الجانبي، وبالمقارنة مع (SPWM)؛ فإن القيم المرجعية للتشكيل لـ (DPWM) متقطعة، لذلك يتم استخدام طريقة التكامل المتعددة التعريف هنا، وذلك بالنسبة لنوع (DPWMMIN).