دراسة تحول الطور الكهربائي في العاكس المتصل بالشبكة

ضرورة دراسة تحول الطور الكهربائي في العاكس المتصل بالشبكة

زاد عدد الأجيال الموزعة (DG) المتصلة بنظام الشبكة مثل توربينات الرياح وخلية الوقود والطاقة الكهروضوئية وسيكون هناك المزيد في المستقبل، كما أن هذه (DGs) تكون متصلة بنظام الشبكة من خلال العاكس المتصل بالشبكة، وذلك للتشغيل المستقر مع (DGs) المتصلة بالشبكة الكهربائية، بحيث يحتاج مشغلو الشبكة الرئيسية إلى (DGs) لتلبية المعايير الدولية مثل (IEEE 1547 ، IEC 61727 ، UL 1741) وما إلى ذلك.

ونظراً لأن العاكس المتصل بالشبكة ينشط الطاقة الكهربائية للشبكة من خلال نقطة الاقتران المشترك (PCC) وهي الواجهة بين مصادر الطاقة والأحمال المحلية؛ فإن مصدر جهد المنفعة الذي يعد مصدر جهد قوي في شبكة التيار المتردد يوفر الطاقة أيضا إلى الشبكة، خاصةً إذا تم فتح قاطع الدائرة في جانب شبكة التيار المتردد بسبب العطل؛ فسيتم فصل العاكس عن مصدر جهد المنفعة.

ونظراً لأن معظم (DGs) التي تستخدم العاكس المتصل بالشبكة لا تتصل بمشغل الشبكة؛ فإن (DG) لا تعرف ما إذا كان مصدر جهد المنفعة مفصولاً، ولهذا السبب قد يستمر في تنشيط الطاقة لـ (PCC) على الرغم من فصل مصدر الجهد الكهربائي، لذلك يتم توصيل الطاقة النشطة فقط للأحمال المحلية، وهذا ما يسمى عملية التجزير للعاكس، حيث أن عملية الجزر لديها بعض المشاكل.

وفيما يلي أسباب إيقاف العملية:

• في لحظة فصل مصدر جهد المنفعة عن الشبكة، سيتأرجح حجم وتردد جهد الشبكة عن القيمة الاسمية. لذلك سيقيس العاكس المتصل بالشبكة الجهد المتغير ثم يقوم بتوليف نفس الجهد مثل الجهد المقاس مع تغير الحجم والتردد الذي قد يتسبب في تلف الأحمال المحلية الرئيسية.

• عند صيانة الشبكة، قد تتسبب الطاقة التي يوفرها العاكس المتصل بالشبكة في تلف عامل الصيانة.

• لتسهيل إعادة توصيل مصدر الجهد الكهربائي بعد الصيانة، ولمنع مثل هذه المشاكل؛ فإن الكشف عن الجزر مطلوب من أجل (DGs)، كما ويجب أن تتوقف (DGs) في حالة الجزر عن تنشيط الطاقة للشبكة على الفور.

وفي ظل حالة “الجزر”، يتغير حجم وتواتر جهد (PCC) من القيمة الاسمية لجهد الشبكة، خاصةً في (IEEE 1547)، بحيث تم تحديد متطلبات النطاق المسموح به لمعلمات الشبكة، وعلى سبيل المثال؛ فإن المقدار المسموح به للجهد هو من (88٪) إلى (110٪) من الجهد الأساسي، كما ويكون تنظيم التردد بين (59.3) هرتز و (60.5) هرتز حيث يكون التردد الكهربائي الاسمي للشبكة الكهربائية (60) هرتز.

يوضح الشكل التالي دائرة الاختبار لاختبار الكشف عن الجزر المحددة في (IEEE 1547)، بحيث يوفر العاكس الطاقة النشطة والمتفاعلة (Pinv و Qinv) التي يحتاجها تحميل (RLC) (التحميل و Qload)، بحيث ويوفر مصدر جهد المنفعة على جانب الشبكة الطاقة غير المتطابقة (ΔP و Q). عند فتح قاطع الخدمة، بحيث يتم إيقاف تشغيل الطاقة التي يتم توفيرها من مصدر الجهد الكهربائي.

وفي هذه اللحظة، لا تتشابه الطاقة الناتجة عن العاكس مع الطاقة التي يحتاجها الحمل الكهربائي، ونظراً للقوة غير المتطابقة، يمكن تغيير حجم وتردد جهد (PCC) وفقاً لخصائص الحمل، لذلك كلما زادت القوة غير المتطابقة، زاد تباين جهد أو تردد (PCC)، ونظراً لأن المحولات المتصلة بالشبكة تقيس المعطيات في (PCC)، بحيث أنه يتم استخدام هذه التغييرات للكشف عن الجزر.

طرق الكشف عن تحول الطور الكهربائي في العاكس

عادةً ما يتم تصنيف طرق الكشف عن الجزر إلى طرق سلبية وطرق نشطة، كما تراقب الطرق السلبية تغيير معطيات الشبكة مثل حجم جهد الشبكة وتردد الشبكة والمركبات التوافقية، خاصةً إذا تجاوزت المعلمات النطاق الطبيعي المحدد في المعايير؛ فإن الطرق السلبية تحكم على أن النظام يخضع لظروف المجال، كما يمكن تنفيذ الأساليب السلبية بسهولة وبديهية.

ومع ذلك؛ فإن له عيباً لأنه لا يمكنه اكتشاف الجزر في ظروف شبكة محددة، خاصة عدم تطابق الطاقة الصغيرة (ΔP و Q) الذي يحدث عند أحمال عامل الجودة العالية (Qf)، وفي هذه الحالة لا يكفي تباين جهد الشبكة أو ترددها لتنشيط حماية الجهد المنخفض والجهد الزائد (UVP / OVP) أو حماية التردد المنخفض والمرتفع (UFP / OFP) للعاكس.

كما تسمى هذه الحالة منطقة عدم الكشف (NDZ)، خاصةً على الرغم من أن العديد من الطرق السلبية قد تمت دراستها لتقليل (NDZ)، إلا أن (NDZ) الواسع يمثل مشكلة حرجة للطرق السلبية، وبشكل عام تقوم الطرق النشطة بحقن الاضطراب الذي يتم إنشاؤه عن قصد بواسطة الخوارزمية في الشبكة والتحقق من تباين معلمات الشبكة مثل التردد والحجم وتوافقيات جهد الشبكة والتيار لاكتشاف حالة الشبكة.

لكن الاضطراب الاصطناعي الذي يتم حقنه في الشبكة يؤدي إلى ضعف جودة الطاقة وعدم استقرار العاكس، كما أن هناك العديد من الدراسات حول الطرق النشطة التي ركزت على تغيير تردد (PCC)، كذلك جهد (PCC) وتقدير مقاومة(PCC) باستخدام الحقن التوافقي و (PLL) المعدل، كما تولد طريقة انجراف التردد النشط (AFD) تسلسلاً صفرياً لشكل موجة التيار الناتج عندما تصل إلى الصفر.

لذلك يتم تنفيذه بسهولة باستخدام المعالج الرقمي ولكن تشويه شكل الموجة الحالي الناتج عن التسلسل الصفري مهم للغاية بحيث لا يمكن إهماله، كما تعمل طريقة إزاحة التردد في وضع الانزلاق (SMS)، والمشهورة بين الطرق النشطة على ضبط مرحلة تيار الخرج وفقاً لتغيير تردد (PCC) المقاس، خاصةً إذا تغير التردد؛ فإن مرحلة مرجع تيار الخرج يتم إجراؤها لتؤدي أو تتأخر مما يؤدي إلى ردود فعل إيجابية لتغير التردد.

كما أن طريقة (SMS) لها خوارزمية بسيطة وقابلة للتطبيق بسهولة على وحدة التحكم الحالية، ولكن يتم تحديد طريقة (NDZ) الخاصة بـ (SMS) بواسطة معطيات التحميل المحلية، علاوة على ذلك عندما يضطرب التردد ضمن النطاق الطبيعي المسموح به، يتم إنشاء طاقة تفاعلية غير ضرورية بسبب مبادئ الخوارزمية، ونتيجة لذلك، قد يؤدي ذلك إلى تدهور جودة طاقة العاكس على الرغم من حالة الشبكة العادية.

فيما بعد تم اقتراح طريقة جديدة للكشف عن الجزر باستخدام جهد التغذية الأمامي، وفي حالة العاكس المتصل بالشبكة؛ فإنه يتم استخدام وحدة التحكم الحالية للتحكم في تيار الشبكة، وبشكل عام تتكون حلقة التحكم الحالية من وحدة التحكم في التغذية العكسية الحالية ووحدة التحكم في التغذية الأمامية بجهد الشبكة.

كما أنه يضاف جهد التغذية إلى خرج وحدة التحكم التناسبية المتكاملة (PI) لإنتاج مرجع جهد (PWM)، و في حالة وحدة التحكم بالتيار العادي؛ فإن جهد التغذية الأمامية هو جهد الشبكة المقاس بواسطة مستشعر الجهد الكهربائي، وبدلاً من ذلك تستخدم الطريقة المقترحة جهد التغذية الأمامي المتحرك في الطور، حيث أن طور جهد التغذية الأمامي هو دالة لتردد (PCC) الذي تم الحصول عليه من خلال الحلقة المغلقة بالطور (PLL).

وعندما ينجرف تردد (PCC)؛ فإنه يتم عمل زاوية طور إضافية تتناسب مع انجراف التردد ثم يغير طور جهد التغذية إلى الأمام، بحيث ينتج عن هذا ضبط طور جهد خرج العاكس لتوجيه أو تأخير جهد (PCC)، كما وتحدث ردود فعل إيجابية لزاوية الطور.