اقرأ في هذا المقال
إن الشبكة الصغيرة (Microgrid) باعتبارها لبنة البناء الرئيسية للشبكات الكهربائية الذكية المستقبلية، تكون عرضة لعدم الاستقرار الناشئ عن المولدات الموزعة القائمة على المحول (DG)، وهنا يتم تحليل استقرار الإشارة الصغيرة لشبكة صغيرة ذات واجهة عاكس.
الغرض من مشاركة الطاقة الكهربائية التفاعلية
تهدف ثورة الطاقة العالمية إلى استخدام موارد الطاقة الخضراء وتسليط الضوء على التحديات المحتملة للشبكات الصغيرة ذات المحولات البينية المستقبلية، كما أن الشبكة المصغرة هي في الأساس نظام ديناميكي غير خطي بما في ذلك الأجيال الموزعة القائمة على الطاقة الإلكترونية (PBDG) وأنظمة تخزين الطاقة (ESS) والأحمال الثابتة والديناميكية.
كما يمكن أن تكون الشبكة الصغيرة إما جزءاً من نظام طاقة مضيف أو يمكن أن تكون مورداً مستقلاً للطاقة للتحميل عن بُعد، بحيث يُعرَّف استقرار الشبكة المصغرة بأنه قدرة الشبكة المصغرة على تحقيق قيم حالة ثابتة جديدة لمتغيرات الحالة بعد تعرضها لاضطراب إشارة صغيرة، كما تتمثل الخطوة الأولى لدراسة استقرار الشبكة الصغيرة في نمذجة الشبكة الصغيرة كنظام تحكم غير خطي قائم على نمذجة العناصر المختلفة ثم وضع المعادلات الديناميكية حول نقطة التشغيل خطياً.
كذلك يمكن التحكم في المحولات المتعددة في (microgrid) على إطار مرجعي متزامن مشترك (dq) على أساس التحكم في التدلي، بحيث يتم تقدير حدود منطقة الاستقرار للمولد الموزع (DG) بواسطة طريقة (Kernel Ridge Regression)، كما توجد مفاضلة بين مشاركة الحمل واستقرار الشبكة الدقيقة ويُقترح مثبت نظام الطاقة (PSS) لتخميد التذبذبات منخفضة التردد عند قيم تدلى أعلى.
كذلك تمت ترقية أداء الشبكة الدقيقة في ظل الظروف التوافقية التي نشأت من الأحمال غير الخطية من خلال منهجية جديدة للتحكم في المعاوقة الافتراضية، بحيث تعد النمذجة التفصيلية للشبكة المصغرة ضرورة لإجراء تحليل دقيق لاستقرار الإشارة الصغيرة ويجب مراعاة ديناميكيات العناصر المختلفة مثل حلقة القفل المرحلي (PLL).
ومن وجهة نظر الاستقرار؛ فإن الأداء الديناميكي للجهد القائم على النموذج ووحدة التحكم الحالية أفضل بكثير من وحدات التحكم التقليدية للتكامل النسبي (PI) ولكن هذه الطريقة لا تتعامل مع مشكلة مشاركة الطاقة التفاعلية في الشبكة المصغرة، بحيث يتم إجراء تحليل الاستقرار (Microgrid) تحت السيطرة الموزعة من خلال إطار نظري، ومع ذلك يؤثر زمن انتقال الاتصال وطوبولوجيا الشبكة الصغيرة على أداء هذه الطريقة.
تحليل العوامل المشتركة لمجموعات الشبكات الكهربائية الصغيرة
تم إنجاز نمذجة الإشارات الصغيرة لمجموعات الشبكات الصغيرة وتحليل عوامل المشاركة للأنماط المنخفضة التخميد وتحليل الحساسية لمعلمات التحكم، ومع ذلك كانت متطلبات الاتصال بين المحولات عيباً لهذه الدراسة، وذلك بطريقة التحكم في التدلي الديناميكي المقترحة، كما حسنت الاستجابة العابرة واستقرار الشبكة الصغيرة.
ومن ناحية أخرى، قامت هذه الطريقة بضبط وحدات التحكم في وضع عدم الاتصال وقد لا يكون أدائها هو الأمثل في جميع نقاط التشغيل. تم اقتراح التنبؤ باستقرار العاكسات، واستناداً إلى نمذجة خاصية طرفية جديدة لمحولات التحكم المتوازية المتدلية، ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة لا تتعامل مع قضية عدم تطابق القوة التفاعلية، كذلك يمكن تحديد الفترات الزمنية المسموح بها لمعطيات (microgrid) في وجود ردود فعل الحالة الحالية باستخدام تحليل ثبات الإشارة الصغيرة.
النمذجة الهندسية الخاصة بالشبكات من نوع Microgrid
يوضح الشكل التالي (1) مخطط كتلة التحكم الخاص بـ (PBDG) الذي يوفر حملاً ثابتاً، ومن المفترض أن العديد من وحدات (PBDG) تتقاسم الطاقة بناءً على التحكم التقليدي في التدلي في (MG) المحاطة بالجزيرة، بحيث يتم تنفيذ منهجية التحكم على إطار (dq) العالمي.
كذلك يمكن مزامنة الإطار المرجعي العالمي مع أحد (PBDGs) المحلية أو مرجع زاوية خارجي، بحيث يتم شرح الكتل المختلفة مثل حاسبة الطاقة ووحدة التحكم في التدلي ووحدة التحكم في الجهد ووحدة التحكم الحالية و (PLL) الموضحة في الشكل (1) على النحو التالي.
حساب القدرة الكهربائية: يُحسب مكونان من مكونات القدرة اللحظية (p ، q) في إطار مرجعي (dq) ثم يمر عبر مرشح تمرير منخفض (LPF) بتردد القطع (ωc) ويتم حساب القدرة النشطة والمتفاعلة بعد ذلك.
مسارات التحكم الكهربائي
يتم تطبيق معادلات (Droop) للتحكم في التردد الكهربائي والجهد في الإطار المرجعي (dq) لتعيين مراجع التردد والجهد، بحيث يتم حساب التردد المرجعي بواسطة معادلة مسار التحكم، حيث (n ، m) هما التردد الاسمي للشبكة الكهربائية ومعامل تدلي الطاقة النشط على التوالي، كما يتم حساب مكونات جهد المحور (dq)، لذلك؛ فإنه من الواضح أن مرجع الجهد يتأثر بقيمة التفاعل الافتراضي (Lv) والذي يتم حسابه لاحقاً بشكل مباشر بواسطة وحدة تحكم (ANFIS).
حيث أن (vqN ، n ، Lv) هي جهد المحور (q) الاسمي وهو معامل تدلي القدرة التفاعلية ومحاثة افتراضية على التوالي.
التحكم الجهد الكهربائي
تقوم وحدة التحكم في الجهد بتعيين المراجع الحالية من حيث قيم الجهد والتردد اللحظية، كما تحسب معادلتان ديناميتان من الدرجة الأولى المراجع الحالية للـ (dq) كما يلي:
حيث أن:
(kpv ، kiv): معاملات متناسبة ومتكاملة لوحدة التحكم النسبية المتكاملة (PI) المستخدمة في وحدة التحكم في الجهد الكهربائي.
(ωPLL ، v ∗ oq ، ω): هي التردد الزاوي المقاس بواسطة (PLL) ومرجع جهد المحور (q) والتردد الكهربائي الزاوي المرجعي على التوالي.
وحدة التحكم بالنيار
تقارن وحدة التحكم الحالية مكونات التيار الآني بالمراجع الحالية وتولد مكونات جهد مرجعي لكتلة (PWM) وفقاً لذلك.
حيث أن (kpc ، kic) هما المعامل النسبي والمتكامل لوحدة تحكم (PI) و متغير مساعد لتبسيط الصيغة.
نموذج (PLL)
الحلقة المقفلة الطور (PLL) تقيس انزياح الطور للمكون الأساسي للجهد، بحيث تم تقديم نموذج (PLL)، والذي يستخدم جهازي تحكم (PI) مع معاملات (kp ، PLL ، ki ، PLL) في الإطار المرجعي (dq)، بحيث يحدد نموذج (PLL) في الدراسة الحالية زاوية المرحلة بحيث تكون (vod) صفراً في حالة ثابتة، كذلك نموذج (PLL) في بعض الدراسات الأخرى.
كما تم إجراء النمذجة الديناميكية لشبكة ميكروية ذات واجهة محول بما في ذلك الأحمال الثابتة والخطوط وأجهزة (PLL) كخطوة أولى، كذلك تم تحديد وظيفة موضوعية بناءً على تحليل استقرار الإشارات الصغيرة للشبكة الدقيقة وعدم تطابق القدرة التفاعلية في الشبكة المصغرة، بحيث كانت الخطوة التالية هي تحديد خوارزمية لتدريب شبكات (ANFIS)، والتي كانت عناصر جديدة مطبقة في طريقة التحكم المقترحة.
أيضاً تحدد هذه العناصر قيم (VI) فيما يتعلق بالقوى النشطة والتفاعلية اللحظية في مخطط كتلة التحكم المقترح، وهي الطريقة القائمة على (ANFIS)، بحيث طبقت خوارزمية (PSO) لرسم بيانات التدريب المثلى في جميع سيناريوهات التحميل، وأخيراً تم الانتهاء من بيانات التدريب وتم تسليم هذه البيانات إلى خطوة تدريب (ANFIS).
ولاحقاً تم تركيب شبكات مدربة في وحدة تحكم المحول وتم تنفيذ سيناريو محاكاة يتضمن ثلاثة تغييرات متتالية للحمل الكهربائي في الشبكة المصغرة، ووفقاً لنتائج المحاكاة ؛ فإنه يمكن أن تقلل طريقة التحكم المقترحة بشكل إيجابي من عدم تطابق القدرة التفاعلية بين المحولات الكهربائية المستقلة عن موقع تغيير الحمل الكهربائي.
