مربع متوسط الجذر للعاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار

أدت تعريفة التغذية والتي تم تقديمها في عام (2012)م إلى زيادة كبيرة في الخلايا الكهروضوئية (PVs) في جميع أنحاء اليابان، وهو حوالي نصف الكهروضوئية عبارة عن ثلاث مراحل من الخلايا الكهروضوئية متصلة بشبكات الجهد المنخفض أو الجهد الكهربائي المتوسط.

تحليل مربع متوسط الجذر للعاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار

تمت زيادة مصادر الطاقة المتجددة (RES) والتي تتميز بالخلايا الكهروضوئية (PVs)، وبشكل كبير في اليابان وذلك استجابة للاتجاه العالمي لزيادة الوعي البيئي، لذلك قد تؤدي الزيادة المفاجئة في (RES) إلى ضعف نظام الطاقة، مما يؤدي في النهاية إلى تدهور غير متوقع في الاستقرار خاصة بعد حدوث اضطراب في نظام الطاقة، ومن أجل التعامل مع هذه المشكلات الفنية مسبقاً؛ فإنه يلعب نموذج (RES) العددي دوراً مهماً في دراسات الاستقرار الديناميكي من وجهة نظر تشغيل نظام الطاقة والتحكم.

وبشكل عام، تعتبر الحالة الطارئة التمثيلية لدراسة الاستقرار الديناميكي في نظام الطاقة السائبة خطأ في النظام على خط النقل، وذلك على الرغم من وجود العديد من نماذج (RES) العددية المتاحة، والتي توفرها البرامج المتاحة تجارياً وغالباً ما يتم التحقق من صحة النماذج دون حدوث خلل في النظام يتسبب في انخفاض الجهد بشكل كبير، بحيث يتم التحقق من صحة بعض النماذج بشكل مكثف مع حدوث اضطراب شديد، ومع ذلك يتم تطبيق خطأ متوازن فقط باعتباره الاضطراب.

بالإضافة إلى ذلك؛ فإن معلمات النموذج المقدمة استجابة للسلوك الديناميكي الذي يتبع أخطاء النظام محدودة للغاية، كما ويتم توفير العديد منها كقيمة نموذجية من عدة بائعين، مما يجعل من الصعب إدراكها كيف تختلف معلمات النموذج من واحد إلى آخر، بحيث لا توجد تقريباً معلمات نموذجية مقبولة عموماً لدراسات الاستقرار الديناميكي في نظام الطاقة السائبة.

الاستقرار الديناميكي في أنظمة الطاقة المجمعة ثلاثية الطور

تتوفر حالياً نماذج (RES) العامة فقط، وفي البرنامج حول العالم لدراسات الاستقرار الديناميكي في نظام الطاقة المجمعة؛ فإنها تصنف النماذج العددية إلى نوعين، وهما نموذج قائم على جذر متوسط التربيع (RMS-) أو نموذج قائم على الطور والنموذج الكهرومغناطيسي العابر (EMT)، كما تم تطوير معظم النماذج العامة للنموذج السابق الذي يستخدم على نطاق واسع لدراسات الاستقرار الديناميكي في أنظمة الطاقة السائبة، كما ويتم أخذ الأعطال المتوازنة فقط في الاعتبار لتحليل الطوارئ، أي دراسات الاستقرار العابر.

ومع ذلك؛ فقد اعتمدت معظم المرافق اليابانية أنظمة إغلاق متعددة المراحل عالية السرعة لأنظمة نقل الجهد العالي الإضافي، كما يتم فصل الخطوط المعيبة فقط في حالة الأعطال غير المتوازنة، مثل الأعطال من خط إلى خط والأعطال من خط واحد إلى أرضي، كما ويتم إعادة غلقها بعد ثانية واحدة تقريباً بعد إزالة الخطأ غير المتوازن.

النموذج الخاص بالجذر للعاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار

العنصر النموذجي

تم تطوير نموذج الخلايا الكهروضوئية ثلاثي المراحل من خلال النتائج الجديدة من الاختبارات المعملية للمحولات الكهروضوئية التجارية ثلاثية الطور والاستقصائيات السمعية للمصنعين والمسوحات العلمية ذات الشأن، بحيث يتكون النموذج المطور من مكون نموذج حساب الطاقة النشطة والقدرة التفاعلية ومكون نموذج التحكم في مصدر التيار المستمر المبسط.

بالإضافة الى مكون نموذج التحكم في الطاقة النشطة والقدرة التفاعلية (مع وحدة تحكم PI ومحدده الحالي) ومكونات نموذج حماية ربط الشبكة الكهربائية، بما في ذلك الحماية المضادة للجزيرة كذلك مكون نموذج المحول الذي يضخ تيار تسلسل موجب وسالب بشكل فردي.

مواصفات نموذج التحكم والحماية الكهربائية

وفقاً لتحقيق السمع للمصنعين؛ فقد تم إدراك أن طريقتين مختلفتين لاشتقاق الطاقة ومحددات التيار المختلفة، كما يتم تنفيذها في محولات الطاقة الكهروضوئية:

• تُستخدم إما كمية التسلسل الموجب أو كميات إحداثيات (DQ0) لحساب القدرة النشطة والمتفاعلة.

• يتم إعطاء الأولوية للتيار النشط على التيار التفاعلي والعكس صحيح.

حساب القوة النشطة والقوة التفاعلية

طورت (CRIEPI) أداة محاكاة النطاق الزمني المستندة إلى (RMS)، والتي تسمى أدوات تحليل الطاقة (CPAT) من (CRIEPI) والمستخدمة حالياً من قبل جميع المرافق ومشغل نظام النقل على الصعيد الوطني، وعلى الرغم من أن العديد من النماذج المستندة إلى (RMS) لا يمكن أن تمثل السلوك غير المتوازن؛ فقد تم تصميم (CPAT) لتحقيق هذا الإدخال الصريح للكميات الموجبة والسالبة والصفر التسلسل.

كما يصمم (CPAT) محول مصدر الجهد كمصدر حالي يمكّن من حقن تيار تسلسل موجب وسالب، وذلك بشكل فردي، لذلك يتم حساب خرج الطاقة النشطة والمتفاعلة للعاكس الكهروضوئي، في النموذج المطور وباستخدام الحقن الحالي الموجب والسالب إن وجد والجهد الطرفي؛ فإنه يتم حساب ناتج (PV) بشكل خاص وبالإشارة إلى ذلك؛ تُستخدم المعادلات التالية للتحويل من جهد الإحداثيات المتماثل والتيار إلى تنسيق الجهد والتيار (ألفا بيتا).

حقن التيار الكهربائي

بعد تحديد إشارة التحكم للقدرة النشطة والقدرة التفاعلية، كما يتم حقن التيار كتيار تسلسل موجب وسالب يتحول من إحداثيات (DQ0) إلى تنسيق متماثل، كما وتجدر الإشارة إلى أن العاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار يستخدم اتصال دلتا للجهد ثلاثي الطور وأن المرحلة (B) للعاكس الكهروضوئي متصلة مباشرة بالأرض، وهذا يعني أن الجهد من خط إلى خط يحتاج إلى استخدامه لاشتقاق جهد موجب وسالب.

الاختبار العملي ومعطيات فحص العاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار

تم تحديد معلمات نموذج التحكم الكهربائي للنموذج المطور من خلال المقارنة بين الاستجابات التي تم قياسها في جهاز محاكاة نظام الطاقة (CRIEPI) وكذلك الاستجابات التي تمت محاكاتها بواسطة (CPAT) في حالة الأعطال المتوازنة وغير المتوازنة، وهو بمثابة نظام الاختبار الذي يستخدم محاكي نظام الطاقة (CRIEPI).

• نظام الاختبارات المعملية وحالة التشغيل: نظام الاختبار متصل بشركة الكهرباء، بحيث يتم وضع نقطة الخطأ في إحدى الدوائر المزدوجة على خط النقل المحاكي للجهد المتوسط (MV)، وذلك من أجل ضمان عدم تأثر الشبكة التجارية بالخطأ المطبق، كما يتم إضافة خط النقل المحاكي للجهد العالي (HV) البالغ (300) كم بالإضافة إلى ذلك بين الشبكة التجارية وخط النقل المحاكي للجهد المتوسط.

• مواصفات المعدات قيد الاختبار: تم إجراء اختبار معمل مع خطأ اصطناعي لمحولين مختلفين من ثلاث مراحل (PV)، بحيث يطلق عليهما فيما بعد النوع (A) والنوع (B)، وذلك من قبل جهات تصنيع مختلفة، بحيث تستخدم محولات النوع (A) والنوع (B) إحداثيات (DQ0) لاشتقاق خرج الطاقة النشط والمتفاعل، كما يستخدم العاكس من النوع (A) أولوية (P) للمحدد الحالي، بينما يستخدم العاكس من النوع (B) أولوية (Q) للمحدد الحالي.

• حالة الاختبار المعملي: لإنشاء نموذج أكثر تفصيلاً لأخطاء النظام؛ فإن استجابة الخطوة بدون أخطاء في النظام المادي لمحولات الطاقة الكهروضوئية، حيث أنها ليست دائماً جيدة بما يكفي، كما تم تمثيل مستويات مختلفة من ترهل الجهد، والتي تأتي من أخطاء ثلاثية الطور أو أخطاء من خط إلى خط (مع فترات خطأ مختلفة ومقاومة خطأ مختلفة) لنظام الاختبار وقياس استجابات (PVs) ثلاثية الطور.

وأخيراً قدم هذا البحث نموذج العاكس الكهروضوئي ثلاثي الأطوار المعتمد على (RMS)، والذي يمكّن من تمثيل الاستجابة الديناميكية بعد الأعطال غير المتوازنة وكذلك الأعطال المتوازنة، وذلك من خلال التحقيق للمصنعين والاختبارات المعملية.