اقرأ في هذا المقال
أهمية مراجعة أخطاء مخططات مولد الجهد الكهربائي
يعتبر (VSG) عبارة عن جهاز يمكن استخدامه لمحاكاة ظروف ترهل الجهد لشبكة الطاقة في المختبر أو بيئة الاختبار الميدانية، وبالإضافة إلى ذلك يجب أن يكون (VSG) قادراً على محاكاة ترهل الجهد المتوازن واختلال التوازن في شبكة الطاقة والتحكم في عمق ومدة انخفاض الجهد عند محاكاة شبكة الطاقة، كما وينبغي أيضاً توفير منحنى استرداد الجهد القابل للتحكم بواسطة (VSG).
وفقاً للطوبولوجيا؛ فإن هناك أربعة أنواع من (VSGs) تعتمد على أساس “المولد الكهربائي” القائم على “الممانعة التحويلية”، كذلك (VSG) القائم على المحولات الكهربائية و (VSG) القائم على المحول الكامل، بحيث يتم تلخيص مخططات (VSG) الشائعة هذه بإيجاز في الأقسام الفرعية التالية، كما تتم مقارنة ومناقشة مزايا وعيوب مخططات (VSG) هذه.
المولد القائم على (VSG): هذا النوع من مولدات ترهل الجهد هو مولد ديزل مع دائرة إثارة مجال يتحكم فيها الكمبيوتر ونظام الحصول على البيانات، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-a)، بحيث يمكن التحكم في المولد المتزامن لتوليد ترهل الجهد المتماثل عن طريق تغيير جهد إثارة المجال الكهربائي.
تُظهر الاختبارات الميدانية إمكانية إنشاء انخفاض متماثل للجهد مع معدل انخفاض بطيء إلى حد ما للجهد في عدة فترات، وذلك على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن تحقق ترهل الجهد الكهربائي، إلا أن سرعة الاستجابة بطيئة وغالباً ما يستغرق الأمر عدة دورات للوصول إلى العمق المحدد لانخفاض الجهد.
تحويلة مبنية على مقاومة (VSG): في هذا المخطط، تُستخدم الممانعة التسلسلية في الدائرة بشكل أساسي لقمع تأثير تيار الدائرة القصيرة، كما ويتم استخدام الممانعة المتوازية في الدائرة لتوليد انخفاض الجهد كما هو موضح في الشكل (1-b)، لذلك تتم ملاحظة أنه يمكن تعديل تصنيفات السلاسل ومقاومة التحويل بشكل صحيح لتطبيقات الطاقة العالية أيضاً.
ونظر لأن إجراء التبديل سيحدث تلوثاً توافقياً للنظام عند تحقيق انخفاض الجهد؛ فيجب إضافة دائرة المرشح، وفي الوقت نفسه؛ فإنه يتمتع المخطط بمزايا التكلفة المنخفضة ويسهل تحقيقه ولكن له أيضاً عيوب فقدان الطاقة الكبير، ولا يمكن ضبط انخفاض الجهد بشكل تعسفي.
(VSG) القائم على المحولات: يوضح الشكل (1-c) مخطط (VSG) القائم على المحول الكهربائي، حيث يتم استخدام المحول الذاتي كواجهة لمفاتيح الطاقة الإلكترونية، وذلك من أجل تحقيق التبديل الفوري لنسبة اللفات المختلفة لدائرة الخرج، وذلك لمحاكاة ارتفاع أو هبوط الجهد الفعلي لشبكة الكهرباء.
كما يمكن أن تكون أجهزة التبديل عبارة عن مرحلات أو ثلاثة أجهزة تحكم ثنائية الاتجاه من السيليكون أو (IGBT) أو موصلات، بحيث يتميز هذا المخطط بالاستجابة السريعة والكفاءة العالية وتدفق الطاقة ثنائي الاتجاه، ولكن لا يمكن ضبط الجهد تلقائياً.
محول كامل قائم على (VSG): يعتبر الحل الأكثر شيوعاً لبناء مولد جهد كهربائي هو إعداد محول كامل، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-d)، نظراً لاستخدام محولات “الطاقة الإلكترونية” لاستبدال الممانعات والمحولات التلقائية و”المولدات المتزامنة”؛ فيمكن تقليل الحجم والوزن بشكل كبير، كما أنه سيتم مناقشة نظرة عامة منتظمة على مخطط (VSG) القائم على المحول الكامل.
نظرة عامة على VSG القائم على العاكس الكامل
في هذا الجزء، تتم مناقشة (VSG) الكامل القائم على العاكس للتطبيق في أنظمة الطاقة الكهربائية أحادية الطور وثلاثية الطور وثلاثية الأطوار بأربعة أسلاك، بحيث يتم عرض مزايا وعيوب هذه المخططات أيضاً.
(VSG) على أساس عاكس أحادي الطور
في هذا المخطط، تُستخدم محولات الجسر (H) أحادية الطور كوحدات تحكم مستقلة لتحقيق الفصل الكامل لمخرجات (VSG) ثلاثية الطور، ثم لمحاكاة أشكال الموجة التعسفية لأعطال شبكة الطاقة، كما تم تقديم استراتيجية التحكم في انخفاض الجهد لمولد ترهل الجهد ثلاثي الأطوار المتوازن وغير المتوازن (VSG) واختبار المعدات الكهربائية.
كذلك تم تطبيق ثلاثة محولات كهربائية أحادية الطور ونظام (PWM) أحادي القطب ببنية بسيطة، وذلك بناءً على طريقة التشكيل أحادي القطب، كما أنه يتم استخدام تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) للتحكم في كل عاكس، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2).
كذلك يتم توصيل “المحولات الثلاثة أحادية الطور” لجسر (H) بوصلة (DC) المشتركة لتحويل جهد التيار المستمر إلى جهد تيار متردد، بحيث يمكن إنشاء نوعين من “ترهل الجهد”، أي النوع (A) والنوع (B)، وذلك باستخدام هذا المخطط الذي يتميز بمزايا استراتيجية التحكم البسيطة والفصل الكامل لإشارات الخرج ثلاثية الطور وطوبولوجيا الدائرة البسيطة.
ومع ذلك، ونظراً لأن هذا الهيكل يعتمد ثلاثة محولات جسر (H) أحادية الطور؛ فإن مرشحات (LC) المستقلة ذات التمرير المنخفض والمحولات من النوع (Y) مطلوبة لكل مرحلة وحجمها وعدد الأجهزة الإلكترونية للطاقة كبير نسبياً ومكلف نسبياً.
العاكس إلى العاكس (VSG) القائم على المحول
هذا المخطط هو مخطط التطبيق الأكثر شيوعاً في الوقت الحالي، بحيث يتم إنشاء طوبولوجيا الدائرة الرئيسية لنظام (VSG)، وذلك بواسطة محولين مصدر جهد ثلاثي الأطوار من خلال اتصال متماثل تماماً “من الخلف إلى الخلف” (BTB)، والذي يستخدم لمحاكاة خصائص خرج الطاقة للشبكة اللانهائية في ظل الوضع الطبيعي و ظروف خطأ مختلفة.
كما يتميز المخطط بتقسيم (VSG) إلى جزأين للتحكم، وهما الدائرة الأمامية والدائرة الجانبية لتوليد الأعطال، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (3-a)، بحيث يتم التحكم في الدائرة الأمامية بشكل أساسي عن طريق الجهد المحسن والحلقة الحالية المزدوجة (SPWM)، وذلك للتحكم في جهد ناقل التيار المستمر والحفاظ على ثباته كما هو موضح في الشكل(3-b).
ومن خلال التحكم الفعال في حجم وتردد جهد الخرج لكل مرحلة؛ فإنه يمكن محاكاة تبلد الجهد المتماثل وغير المتماثل والجهد الزائد والوميض واضطرابات الشبكة الأخرى، بحيث يوضح الشكل التالي (4) علاقة طور الجهد ثلاثي الأطوار بين أعطال شبكة الطاقة المختلفة.
وكما هو مبين في الشكل السابق؛ فإنه يمكن التعبير عن جهود الطور على النحو التالي (U˙a ،U˙b ،U˙c U˙ab ،U˙bc ، U˙ca)، وذلك للدلالة على الفولتية الخطية، كما ويتم التعبير عن الخطوط المنقطة كعلاقات طور متناظرة لـ الفولتية ثلاثية الطور والخطوط الصلبة المعبر عنها كعلاقات طور غير متكافئة للجهود ثلاثية الطور، وخاصةً عندما يحدث ترهل جهد متماثل ثلاثي الأطوار، بحيث ينخفض جهد كل مرحلة إلى (p) الأصلي (0-1.2) مرة، كما وتبقى زوايا الطور دون تغيير، وذلك كما هو موضح بالخط المنقط. يظهر ترهل الجهد للمرحلة (A) و (B).
عندما يبقى اتساع وطور (U˙c) دون تغيير وينخفض (U˙ab) إلى (p -fold) الأصلي، وذلك من أجل الحفاظ على توازن النقطة المحايدة، بحيث ينخفض (U˙bc) و (U˙ca) إلى (q -fold) الأصلي، وذلك كما هو مبين في الشكل السابق، بحيث يمكن الحصول على الصيغة الرياضية السابقة، وذلك وفقاً لعلاقة متجه الجهد وقانون كيرشوف.
