حقن التيار غير المتماثل للمولد الكهربائي ونموذج مجال Phasor

يقدم هذا الطرح نموذج تحكم لحقن التيار غير المتماثل للمولدات ذات واجهة المحول المناسبة لمجال طور الجذر التربيعي (RMS) والتردد الأساسي ثلاثي الطور وأدوات المحاكاة الديناميكية، كما يتم تقييم فعالية وحدة التحكم المقترحة من خلال عمليات المحاكاة في أنظمة الاختبار مع نسبة عالية من توليد واجهة المحول الكهربائي.

الغاية من التحكم بحقن التيار غير المتماثل للمولد الكهربائي

مع الضغط المتزايد على المخاوف البيئية، تمر العديد من البلدان بعملية تقليل استخدام الوقود الأحفوري التقليدي، بالإضافة إلى هذا الاتجاه؛ أدت التطورات التكنولوجية وخفض التكاليف في مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى خلق بيئة موصلة لاختراق سريع الخطى للمولدات المترابطة (CIGs) في نظام الطاقة السائبة (BPS).

ونظراً للخصائص الكهربائية المحددة التي قدمتها (CIG)، بحيث تنشأ تحديات متزايدة بحيث تبقى (BPS) تعمل، وإلى جانب القضايا المهمة مثل التخفيض النسبي لقصور الدوران المتزامن؛ فإن التأثير الملحوظ بشكل متزايد بسبب وجود (CIG) هو تقليل سعة الدائرة القصيرة في النظام، وعلى عكس (CIGs)؛ فإنه يمكن للمولدات المتزامنة التقليدية (SGs) توفير تيارات ماس ​​كهربائي عالية الاستقراء أثناء حدوث عطل.

كما أن هذا المبدأ له أهمية قصوى في ضبط مرحلات الحماية، وذلك مع التمييز بين الخطأ وظروف التشغيل العادية، بحيث لا تملك (CIGs) القدرة على ضخ التيارات العالية بسبب قدرة التحميل الزائد المحدودة لمفاتيح إلكترونيات القدرة (أو mally ،10 ٪ -30 ٪ أعلى من التيار المقنن).

بالإضافة إلى ذلك، بحيث لا تقوم هذه المصادر عادةً بحقن تيارات سلبية أو صفرية التسلسل أثناء حدوث أخطاء غير متماثلة، كما يمكن أن تتسبب هذه الحقيقة في حدوث خلل في الحماية على الوظيفة الاتجاهية لمرحلات المسافة التي تعتمد على كميات التسلسل السلبي.

ديناميكيات نظام الطاقة الخاصة بحقن التيار الكهربائي غير المتماثل

تتعامل العديد من الأعمال في مجال ديناميكيات نظام الطاقة والحماية والتحكم مع استخدام الكميات السلبية للحماية، كما يعد استخدام التسلسلات غير المتماثلة للحماية الكهربائية في (BPS) مفيداً جداً، لأن المتواليات السالبة والصفر لا تكاد تذكر في العملية العادية (ما لم تكن هناك اختلالات صغيرة)، لذلك هناك مساحة كبيرة لتعيين قيم التقاط الترحيل، كذلك الخصائص الكهربائية لمصدر توليد متصل من خلال محول كامل النطاق.

أيضاً تتم مناقشة التأثيرات الكهربائية لفصل هذه الأنظمة بسبب جسور المقوم والعاكس وكيف يؤثر التحكم في مفاتيح إلكترونيات الطاقة هذه على تيارات الدائرة القصيرة، وهذه مفاهيم أساسية مهمة تساعد في الحصول على الفهم الكامل لهذه الدراسة، أيضاً التحكم في وضع العاكس الذي يمنع تيار التسلسل السلبي وعواقبه.

كذلك يعد قمع تيار التسلسل السلبي هو العامل الرئيسي الذي يغير سلوك (CIG) مقارنةً بـ (SGs) في مساهمة الدائرة القصيرة تحت الأعطال غير المتوازنة، بحيث يتسبب في تقليل حجم التيار السلبي، بالإضافة إلى مشاكل اتجاهية المرحلات التي تستخدم التسلسل السلبي، كما يؤدي قمع تيار التسلسل السلبي إلى أن تكون مقاومة دائرة التسلسل السلبي للعاكس عالية جداً.

النموذج الديناميكي للمولد المتصل من خلال محول كامل النطاق TP-RMS

يعتمد نموذج (CIG) الديناميكي المستخدم في هذه الطرح، وعلى نماذج مجلس تنسيق الكهرباء الغربية العامة (WECC) المقدمة، وذلك لتوليد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية (PV) على التوالي، كما يكمن الاختلاف في التمثيل ثلاثي المراحل للنماذج المستخدمة في هذه الطرح.

كما يهدف النموذج الديناميكي الحالي إلى تحليل المشكلات الكهروميكانيكية في الشبكة الكهربائية، وذلك بغض النظر عن ديناميكيات محول التبديل السريع، وعلى الرغم من كونها أكثر دقة؛ فإنه لا تزال نماذج (EMT) تتحمل عبئاً حسابياً باهظاً لدراسات المحاكاة على مستوى التوصيل البيني.

يوضح الشكل التالي (1)، وهي مخطط الكتلة المبسط للنموذج الديناميكي (CIG) ثلاثي المراحل القائم على (WECC)، وهو المصدر الخاضع للرقابة والذي يتم توفيره بواسطة الوحدات النمطية لمولد أو محول الطاقة المتجددة (REGC) والتحكم الكهربائي للطاقة المتجددة (REEC) والتحكم على مستوى محطة الطاقة المتجددة (REPC)، كما يضخ تيار تسلسل موجب في الحافلة الطرفية.

وبدون الحقن الحالية ذات التسلسل السالب والصفر؛ فإن هذين التسلسلين لهما مصدر خاضع للتحكم بزاوية صفرية بقيمة صفر، بحيث يمكن للنموذج ثلاثي الطور أن يحقن بشكل غير مباشر تيارات غير متناظرة عن طريق مصدر تحويل ممانعة غير متحكم فيه قادم من دائرة مكافئة لـ (Norton).

كما يستقبل مصنع التوليد إشارات الجهد (Vreg) والتردد الكهربائي (Freg) ليتم التحكم فيها بناءً على الجهد (Vref) والتردد (Fref) أو على مراجع الطاقة النشطة والمتفاعلة (Pref) و (Qref) على التوالي، كما تتم معالجة إشارات الطاقة الناتجة (Pext ،Qext) في إشارات التيار النشط والمتفاعل المساعد (I′pcmd) و (I′qcmd) على التوالي، كذلك تمر هذه الإشارات عبر محدد التيار الذي يولد (Ipcmd ،Iqcmd).

وبالنسبة لمصدر مقاومة التحويل غير المتحكم فيه؛ فإنه يكون (Y1) فارغاً لأن سلوك مصدر التوليد المتصل من خلال محول كامل النطاق في التسلسل الإيجابي يتم توفيره بواسطة مصدر تيار محكم مثالي (مقاومة داخلية غير محدودة)، وذلك مع تنظيم تحكم في الناقل متصل بـ محطة (CIG) أو في حافلة بعيدة، حيث إن القبول ذو التسلسل الصفري (Y0)، ويعتبر لاغٍ لأن العواكس تُبنى عادةً في جسر ثلاثي الأرجل.

التحكم بالتيار الكهربائي في التسلسل السلبي في (Cigs)

تعتبر مقاومة التسلسل السلبي لمصادر (CIG) عالية، وهو الفرق الرئيسي بين (CIG) ومصادر التوليد التقليدية التي تسبب علاقات زاويّة مختلفة بين تيار التسلسل السلبي والجهد، وفي (SGs) تكون ممانعة التسلسل السالب حثياً في الغالب، مما يتسبب في أن التيار الذي يتم توفيره بواسطة مصدر التسلسل السلبي هذا يكون تقريباً (90) درجة قبل جهد التسلسل السلبي.

وفي حالة (CIG)؛ فإنه يمكن أن يكون تيار التسلسل السلبي صفراً أو يكون له سلوك مقاوم أو استقرائي أو سعوي، واعتماداً على عناصر التحكم في العاكس، يوضح الشكل التالي (2) الرسم التخطيطي لنظام تعليمي مع مولدين، حيث أن أحدهما متصل بالناقل (1)، وهو (CIG) والآخر متصل بالتفرع (5) وهو (SG) تقليدي.

كذلك يتم تطبيق دائرة قصر أحادية الطور إلى الأرض على (TL2) على مسافة (x) من محطة نقطة التفرع (3)، وفي تمثيل المتواليات الموجبة والسالبة والصفر؛ فإنه يكون التيار السالب (I2 ،CIG) والمقاومة السلبية (Z2CIG)، وهي بمثابة متغيرات اعتماداً على التحكم في العاكس، وبشكل عام على صورة (I2 ،CIG = 0) و (Z2 ،ClG → )، كذلك لا توفر تيار تسلسل سلبي للخطأ، كما تم تصميم خطوط النقل (TLs) كنموذج (PI)، ولكن من أجل الوضوح؛ فإنه تم حذف سعات التحويل الخاصة بهم في الشكل (2).

وأخيراً يقدم هذا البحث نموذج تحكم حقن تيار غير متماثل لـ (CIGs) لاستخدامه في أدوات محاكاة ديناميكية (RMS) ثلاثية الطور للتردد الأساسي، كما يسمح تمثيل النظام في إطار عمل (RMS) الديناميكي ثلاثي الأطوار من خلال:

• تمثيل تقريبي مناسب لوحدة تحكم حقن التيار غير المتماثل لـ (CIG).

• تمثيل على مستوى التوصيل البيني للحماية في محاكاة الاستقرار.

• تمثيل أكثر واقعية للأخطاء غير المتوازنة.

• تكامل مرحلات الحماية المشاركة في دوائر الطور والأرض.

• محاكاة أسرع بكثير من محاكاة (EMT)، لا سيما بالنظر إلى الأنظمة الكبيرة إلى المتوسطة الحجم.