من أجل تقليل قدرة مرشح الطاقة النشط (APF) وتحسين سرعة التتبع الديناميكي وقدرته على مقاومة الاضطرابات للتيارات التوافقية، وذلك من أجل حل أفضل لمشكلة التلوث التوافقي في شبكة توزيع الجهد المتوسط والعالي، وفي هذه الدراسة يظهر هناك نطاق مناسب لشبكات التوزيع ذات الجهد المتوسط والعالي.
تحليل مرشح القدرة النشط لحقن شبكة توزيع الجهد الكهربائي
مع تطور العلوم والتكنولوجيا والطلب المتزايد على الكهرباء؛ تم استثمار عدد كبير من المعدات الإلكترونية للطاقة وأحمال مختلفة غير خطية في شبكة الطاقة، بحيث أصبحت تقلبات الجهد الكهربائي والوميض وعدم الاتزان ثلاثي الطور وتشويه شكل الموجة الحالية محور الاهتمام، ومن بينها مشكلة التلوث التوافقي هي الأكثر خطورة، والتي تسببت في انخفاض خطير في جودة الطاقة لشبكة الكهرباء.
كما أصبح (APF) بخصائص تعويض جيدة وقدرة كبت قوية واستجابة ديناميكية سريعة هي الطريقة الرئيسية للتحكم التوافقي، ونظراً للزيادة في قدرة أجهزة التبديل؛ فإنه يمكن أن تلبي سعة (APF) متطلبات مناسبات الجهد المنخفض، ومع ذلك في نظام السعة الكبيرة للجهد المتوسط والعالي؛ فإنه لا يمكن للسلسلة التقليدية والهيكل المتوازي (APF) تلبية متطلبات الكبت التوافقي.
ونظراً لوظيفة فرع الحقن؛ فإن (IHAPF)، بحيث يجعل الجهد الأساسي يعمل فقط على فرع الحقن والجزء النشط يتحمل فقط الجهد التوافقي، لذلك لديه القدرة على توفير تعويض الطاقة التفاعلية والقمع التوافقي في الجهد المتوسط والعالي نظام التوزيع الكهربائي.
استراتيجية التحكم الكهربائي في الحلقة المزدوجة المغلقة
في الوقت الحاضر، كما يعتمد بحث الأشخاص حول (IHAPF) بشكل أساسي على استراتيجية التحكم في الحلقة المزدوجة المغلقة لوحدة التحكم التقليدية (PI)، كما يتم الكشف عن المكون التوافقي لتيار الحمل بطريقة الكشف عن التيار التوافقي، ثم يتم حقن التيارات التوافقية ذات الحجم المتساوي والاتجاه المعاكس في الشبكة الكهربائية لتحقيق الغرض من التعويض.
ومع ذلك؛ فإن خوارزمية التحكم التقليدية في (PI) لا يمكنها حل التناقض بين “التتبع” و “مقاومة الاضطراب” للنظام، مما يُظهر قيوداً هائلة، حيث لا يمكن لطريقة التحكم هذه أن تمنع المرشح السلبي لسلسلة الشبكة ومشاكل الرنين المتوازي، كما سيؤدي أيضاً إلى عدم استقرار النظام وبطء سرعة الاستجابة، كما تم اقتراح جهاز التحكم في رفض الاضطراب النشط الخطي (LADRC) في عملية التفكير المستمر والمتعمق في الأفكار الداخلية لوحدات تحكم (PID) التقليدية ونظرية التحكم الحديثة.
تفاصيل النموذج الرياضي الخاص بالتحكم بالحلقات الكهربائية المغلقة
لا يعتمد على النموذج الرياضي للكائن الخاضع للرقابة ويمكن أن يؤدي بشكل فعال إلى الاضطراب العام للنظام بأكمله، كما يقدر التعويض بأنه دقيق، ولدى (LADRC) أيضاً فصل طبيعي، كذلك تستخدم (LADRC) للتحكم في مرشح الطاقة النشط الهجين (SHAPF) مزدوج الحلقة المغلقة، مما يحسن أداء التحكم بشكل كبير.
لذلك يمكن لرابط التحكم في التتبع الحالي لـ (IHAPF) استناداً إلى وحدة التحكم (LADRC)، بحيث تتبع تغييرات التيارات التوافقية في شبكة توزيع الجهد المتوسط والعالي بسرعة، وعندما يتعرض النظام لاضطرابات كبيرة، بحيث يمكن لـ (LESO) تقديره وتعويضه بشكل فعال، بحيث يكون للنظام القائم على التحكم في وحدة التحكم (LADRC) متانة وقدرة قوية على التكيف.
وفي محولات الطاقة العالية ذات الجهد المتوسط والعالي، كما تعمل أجهزة التبديل عادةً بترددات تحويل منخفضة لتقليل الخسائر، ولكن هذا سيؤدي إلى تشوهات تيار شديدة وزيادة التوافقيات وحتى عدم الاستقرار، بحيث لا يعمل العاكس بشكل طبيعي، كما يمكن لاستخدام استراتيجية (LADRC) تقدير وتعويض تأثيرها باعتباره الاضطراب الكلي.
النموذج الكهربائي والتحليل الرياضي الخاص بـ (IHAPF)
يوضح الشكل التالي (1) مخطط هيكل الدائرة الرئيسية (IHAPF)، حيث أن (ua ، ub ، uc) عبارة عن جهد شبكة ثلاثي الطور، كذلك (isa ،isb ،isc)، وهو عبارة عن تيار شبكي ثلاثي الطور، لذلك إذا كان الناتج الحالي للتعويض بواسطة المرشح.
حيث أن:
(C0 ، L0): هما (PWM) على التوالي مكثف المرشح ومحاثة المرشح للمحول،
(C): هو المكثف الجانبي (Udc).
(DC): هو الجهد الجانبي (DC ،T) هو محول الاقتران.
(n): هي نسبة التحويل لمحول التوصيل، بحيث يشتمل الجزء السلبي بشكل أساسي على فرع الطنين المتسلسل الأساسي المكون من (R1 ،L1 ،C1) ومكثف الحقن (C2).
كذلك يمكن ملاحظة مخطط الهيكل أن (IHAPF) بأكمله يعمل بالتوازي مع شبكة الطاقة ويتكون أساساً من الترشيح النشط والتصفية السلبية، كما أن مبدأ التشغيل الأساسي هو فرع الرنين المتسلسل الأساسي المكون من (C1 و L1) له صدى متسلسل عند التردد الأساسي، بحيث تكون المعاوقة الأساسية لهذا الفرع تقريباً صفراً، كما وسيُضاف الجهد الأساسي إلى طرفي الحقن للمكثف (C2).
ونظراً لأن الممانعة التوافقية لفرع الرنين الأساسي للسلسلة تتناسب مع التردد؛ فإن المعاوقة التوافقية للمكثف المحقون (C2) تتناسب عكساً مع التردد الكهربائي، لذلك مع زيادة التردد سوف ستزداد المعاوقة التوافقية لفرع الرنين المتسلسل الأساسي، كما وسيتم تقليل المعاوقة التوافقية لمكثف الحقن (C2)، وفي هذا الوقت؛ فإنه يتم تطبيق الجهد التوافقي بشكل أساسي على طرفي فرع الرنين المتسلسل الأساسي.
ووفقاً لمخطط بنية النظام الموضح في الشكل التالي (1)؛ تظهر الدائرة الكهربائية المكافئة أحادية الطور في الشكل التالي (2).
من الشكل السابق (2)؛ فإن المعطيات المكافئة للنظام هي:
حيث أن:
(ω): هو التردد الزاوي للنظام.
(ZL0 ، ZC0): هما ممانعتان للمرشح ومحاثة (L0) ومكثف المرشح (C0) بواسطة المرشح.
(Zeq): هو المعاوقة المكافئة التي تُرى من الجانب الثانوي للمحول الكهربائي.
ومن أجل إنشاء نموذجها الرياضي؛ فإن مخطط بنية النظام الموضح في الشكل السابق (1) يعادل مخطط دائرة التبديل، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (3):
ومن أجل إنشاء النموذج الرياضي لـ (IHAPF) تصبح [Sj (j = A ، B ، C)] هي وظيفة التبديل و (Sj = 1) تعني أن الأنبوب العلوي لـ (J -arm IGBT) قيد التشغيل وأن الأنبوب السفلي مغلق، كذلك تكون حالة التبديل التي يمثلها (Sj = 0) معاكسة لحالة التبديل عند (Sj = 1)، وهذا يضمن أن كل من أذرع الجسر العلوي والسفلي به (IGBT) للتوصيل، كذلك (j = a، b، c، u) بحيث يمثل تداخل جانب (IHAPF AC) وخسارة التحويل الجانبي (DC) وخطأ الاكتشاف والعوامل الخارجية للنظام.
وأخيراً ومن أجل تقليل قدرة مرشح الطاقة النشط؛ فإنه يتم التحكم بشكل فعال في التوافقيات المتولدة في شبكة توزيع الجهد المتوسط والعالي، واستناداً إلى وضع التشغيل لشبكة توزيع الجهد المتوسط والعالي وخصائص تشغيل (IHAPF)؛ يستخدم هذا البحث (IHAPF) وهو مناسب لشبكة توزيع الجهد المتوسط والعالي كجهاز تعويض، كما ويؤسس نموذجها الرياضي.
وعلى هذا الأساس تم تصميم جهاز تحكم في رفض الاضطراب النشط الخطي من الدرجة الأولى وتطبيقه على وصلة التحكم في الحلقة الخارجية للجهد الكهربائي، كما وتم إعطاء عملية تحليل خصائص رفض الاضطراب، وذلك من أجل حل المشكلة الصعبة لضبط معامل وحدة التحكم، بحيث تم اقتراح (Fuzzy-LADRC) مع الضبط الذاتي للمعامل.
