اقرأ في هذا المقال
على الرغم من أن استخدام مصادر الطاقة المتجددة (RESs) في الشبكة الصغيرة (MG) يقدم حلاً معترفاً به لتلبية الطلب المتزايد؛ إلا أن أدائه يعتمد على عوامل الأرصاد الجوية المختلفة لـ (RESs)، ومرة أخرى غالباً ما يتأثر عمل (MGs) بديناميكيات حمل صناعية معينة تسمح لها بتغيير منطقة التشغيل ووظيفة التتبع الخاصة بـ (MGs).
أهمية ضبط الجهد الكهربائي للشبكات الأحمال الصناعية
في العصر الحديث للأتمتة، يتوسع استخدام الطاقة خطوة بخطوة، كما ينتج عن زيادة استهلاك الطاقة إجباراً متنوعاً على نظام الطاقة التقليدي ويمكّن المجتمع الهندسي من اكتشاف طريقة اختيارية لإنتاج الطاقة، ونظراً لأن مواردنا الطبيعية محدودة؛ فإن الطريقة البديلة تتطلب تغلغل مصادر الطاقة المستدامة مع نظام الطاقة التقليدي.
كما تتيح [Microgrid (MG)] طريقة لإنتاج الكهرباء باستخدام (RERs) مثل الماء والشمس والهواء وأنواع مختلفة من الطاقة المتجددة، كذلك يمكن أن يقدم تطوراً ملحوظاً لفائدة التحميل داخل تكلفة الأساس المحدودة ويمنح طاقة موثوقة وآمنة ومستدامة وصديقة للبيئة، بحيث يحتوي الشكل العام للشبكة المصغرة على مصادر الطاقة المستدامة ونقطة الاقتران المشترك (PCC) وعاكس أو محول إلكترونيات القدرة والأحمال، كما يمكنه دفع الحمل في وضعين، وهما وضع غير متصل بالشبكة ووضع متصل بالشبكة.
أثناء الوضع المتصل بالشبكة، يعتمد تشغيل (MG) بشكل كبير على شبكة التيار المتردد الرئيسية التي قد تزيد من خسارة النقل والاستثمار عندما تكون إمدادات الطاقة في مكان بعيد عن نهاية التوليد الكهربائي، ووفقاً لذلك يعتمد نمط تشغيل (MG) على الجزيرة على أداء المحرك الرئيسي الذي غالباً ما يُطلق عليه اسم وحدة المولدات الموزعة (DGs).
طرق تنظيم تزويد الشبكات الكهربائية الصغيرة للأحمال الصناعية
تم تطوير طريقة تنظيم (Droop) الخطية، بحيث يتم اعتبار المقاومة فعلياً عند طرف التحميل في (MG)، كما يمكن أن يؤدي عدم وجود ضبط مناسب لمعاملات التدلى إلى أداء أكثر تذبذباً مقابل تباين ظروف التشغيل، كذلك يمكن لدراسة استراتيجية التحكم في الوضع الانزلاقي غير الخطي (SMC) التعامل مع المشكلة المذكورة أعلاه وإظهار أداء مستقر.
وعلى الرغم من أن (SMC) يتعامل مع الأداء المستقر في ظل مناطق التشغيل المختلفة؛ إلا أنه يهمل تأثير تغييرات التوليد، وبالتالي؛ فإن تصميم وحدة التحكم التكيفية لا يزال موضع اهتمام الباحث، كذلك لا يمكن أن يضمن تنظيم الأداء المستقر على تغير عوامل الطقس أداء التتبع للأحمال الصناعية، بحيث يتطلب تشغيل هذه الأحمال إدراج الشبكة الثانوية القائمة على العاكس (ISN) أو نظام التوزيع في مباني (MG).
ومع ذلك، قد تؤدي إضافة (SNs) القائمة على العاكس إلى إنتاج عنصر غير خطي بسبب طبيعة العاكس الذي يقود الأحمال إلى جانب حالات عدم الثقة، وعلاوة على ذلك؛ فإن عناصر الحمل غير المصممة في منطقة (MG) (الشبكة الصغيرة) تنتج ضوضاء خارجية قد تعيق أداء التتبع، وبالتالي؛ فإن تنظيم استجابة تتبع (MG) قد أدى إلى ظهور منطقة بحثية وتنفيذ مخطط تحكم موثوق مطلوب لتأكيد أداء التتبع التكيفي على الأحمال الصناعية.
التحقيق الفني والهندسي الخاص بنظام الشبكة الصغيرة
دراسة نظام (Microgrid)
يعتبر السبب وراء دراسة هذا النوع من (MG) هو تأكيد التشغيل المحسن لموارد الطاقة المتجددة مقابل عدد الأحمال الديناميكية، كما تصف الدائرة الكهربائية الخاصة بالنظام المحاكي نموذج (MG) المدروس حيث تعمل مصطلحات (DC) الشائعة كجسر لتوصيل مصدر طاقة مستدام (SES) مثل (PV)، وهي شبكة ثانوية أحادية الطور وشبكة التيار المتردد الأولية.
كما يتطلب تشغيل شبكة التيار المتردد جنباً إلى جنب مع ناقل التيار المستمر محولًا ثنائي الاتجاه ثلاثي الطور، بحيث يمكّن إطار (MG) من تبادل الطاقة في منتصف جانب التيار المتردد والتيار المستمر، وفي هذه الدراسة تلعب شبكة التيار المتردد الأساسية دوراً في تثبيت جهد الناقل من خلال أخذ الطاقة وتوفيرها عندما تكون الطاقة المولدة من (SES) أكبر أو أصغر من الجهد المرجعي لناقل التيار المستمر.
كذلك يتم إصلاح زوجين من (SNs) بشكل مباشر مع ناقل (DC) المرتبط باستخدام أجهزة التصفية وإلكترونيات القدرة مثل محولات مصدر الجهد (VSI)، كما يتم استخدام جهد الخرج من (VSIs) لقيادة الأحمال الكهربائية المرتبطة بـ (SNs)، وهي المدخلات المحددة لـ (SNs) الرئيسية و (SN) هي تقريباً (3-KV) و (300-V) على التوالي.
تصميم إطار التحكم التكيفي الذكي لمثبت جهد التفرع الكهربائي
يعد المصدر الثابت للجهد مع اختلاف طلب المستهلك والمعلمات الكهروضوئية، أي درجة الحرارة والإشعاع، وهو الشرط الأساسي لضمان التشغيل الموثوق لـ (SN)، وهنا يتم إطالة جهد الناقل المشترك المتكيف المستقر من خلال تصميم إطار تحكم تكيفي ذكي (IAC)، والذي يحمل مزيجاً من منظم (ANN ، PI)، بحيث تتمثل وظيفة (ANN) في تقدير جهد ناقل التيار المستمر الناتج على أساس درجة الحرارة والإشعاع والجهد المرجعي لمحطة الحافلة المشتركة.
وفي الوقت نفسه؛ يقلل (PI) الخطأ الناتج من مقارنة جهد ناقل التيار المستمر المقدر وطلب المستهلك، كما ويسمح بتتبع الأداء من خلال التحكم في المحول ثنائي الاتجاه الذي يسمح بتبادل الطاقة بين الشبكة الكهروضوئية وشبكة التيار المتردد الأولية عند الزيادة أو الحاجة يتم إنتاج الطاقة الكهربائية.
تصميم التحكم في الجهد الكهربائي مع تحليل الاستقرار SN
تتكون وحدة التحكم (MR-FOPID) المطورة أساساً من حلقتين تحكم هما الحلقة الداخلية والحلقة الخارجية كما هو موضح في الشكل التالي، وهي حلقة التحكم الخارجية المعروفة باسم حلقة التكيف، كما تضبط كسب التكيف باستخدام قاعدة (MIT)، بينما الحلقة الداخلية عبارة عن حلقة تحكم (FOPID) مضبوطة جيداً ومستقرة تعمل على تحسين أداء التحكم في التتبع وفقاً لاتجاه النموذج المرجعي.
ومن خلال ضبط معلمات حلقة التحكم الداخلية بشكل صحيح؛ فإنه يمكن ضبط خطأ التحكم (الخطأ بين الأمر المرجعي المعدل الذي ينظمه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وإخراج المصنع) بالقرب من الصفر الذي يؤكد أن الإخراج المتحكم فيه يستقر بشكل فعال مع الأمر المرجعي، ووفقاً لذلك تتمثل الوظيفة الرئيسية للحلقة الخارجية في تشكيل الأمر المرجعي بحيث تقل قيمة خطأ النموذج (حساب إخراج عدم التطابق من المرجع والنموذج الفعلي) إلى الصفر.
كما يثبت هذا الإجراء أن حلقة التحكم الداخلية تتبع اتجاه النموذج المرجعي الذي ينظم بشكل أساسي عمل وحدة التحكم المعدلة المقترحة، بحيث يمكن إجراء التصميم التفصيلي لوحدة التحكم (MR-FOPID) المقترحة عن طريق التصميم المنفصل لـ (FOPID)، أي حلقة التحكم الداخلية و (MRAC).
وأخيراً قدمت هذه الدراسة حل التحكم الإضافي المعترف به لاستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل المصادر الكهروضوئية مقابل عدد الأحمال الصناعية، كما تمت دراسة نظام (microgrid) الهجين (HMG) المرتبط بشبكات ثانوية متعددة قائمة على العاكس أولاً لصياغة تحديات تشغيل الأحمال الصناعية المختلفة، بحيث تحتوي (HMG) المدروسة على مصدر شبكة الطاقة الكهروضوئية ومصدر التيار المتردد الذي يعمل كمحرك رئيسي لقيادة الأحمال الكهربائية الصناعية.
