مكاسب التحكم الكهربائي المحسنة باستخدام خوارزمية Gray Wolf

تقترح هذه الدراسة خوارزمية تحكم تعتمد على نظرية الإطار المرجعي المتزامن مع قوالب الوحدة بدلاً من الحلقة المغلقة بالطور للنظام الشمسي الكهروضوئي (PV) المتصل بالشبكة الكهربائية، والذي يشتمل على الألواح الكهروضوئية الشمسية ومحول (DC-DC) ووحدة تحكم لتتبع أقصى نقطة للطاقة والمقاومة.

تعزيز مكاسب التحكم الكهربائي المحسنة باستخدام خوارزمية Gray Wolf

الدافع والتحريض وكذلك التحدي الأساسي الذي يواجه شبكات أنظمة الطاقة الحالية هو الاحتباس الحراري وانبعاث غازات الدفيئة الناتجة عن الوقود الأحفوري واحتراق الفحم، ومن ثم يلزم وجود نظام ذكي لتوليد الطاقة ذكي وفعال وفعال وقوي وآمن وصديق للبيئة.

كما يناقش هذا القسم تطبيقات تكنولوجيا توليد الطاقة الشمسية وتصميم وتنفيذ التقنيات التي لا يتم أخذها في الاعتبار عادةً، مثل ضخ المياه بالطاقة الشمسية والتقطير وإزالة السموم والتبريد وكهرباء الريف، وذلك إضافة الى تقييم جدوى استخدام موارد المياه البديلة لتلبية الطلب على المياه لتطوير الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، وذلك مع التركيز على الطاقة الشمسية ومناطق الطاقة المتجددة التنافسية.

أيضاً يتيح ذلك توليد الطاقة من مصادر متجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، حيث أن الطاقة الشمسية هي مصدر طاقة نظيف وغير محدود وصديق للبيئة، ومع ذلك وعلى الرغم من استمرار إمدادها؛ فإن ربطها بأنظمة الشبكة الشمسية تواجه العديد من التحديات مثل الموثوقية وجودة الطاقة والأداء وتكلفة تحويل الطاقة، بحيث يجب أن تفي أي شبكة متصلة ببعضها بمعايير جودة الطاقة هذه لتكون متوافقة مع معايير (IEC-IEEE 519).

تكوين النظام وتشغيله ضمن مكاسب التحكم الكهربائي

يوضح الشكل التالي (1) نظام الشبكة الشمسية لتحسين ديناميكيات النظام وجودة الطاقة، بحيث يتكون النظام من الألواح الشمسية الكهروضوئية المتوازية المتسلسلة ومحولات (DC-DC) (بين وحدة التحكم والألواح الشمسية) وثلاثة محاثات واجهة (AC) ووحدات تحكم (تعمل باستخدام خوارزمية التحكم SRF القائمة على قالب الوحدة).

كما يستخدم خرج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الذي يتم تشغيله عند أقصى نقطة طاقة خوارزمية تعتمد على التوصيل المتزايد، والذي يولد دورة عمل لمحول (DC-DC) لتزويد الطاقة الشمسية إلى ناقل التيار المستمر الذي يتم صيانته عند (800) فولت، كما يعوض المحول المعزول عن التيار الكهربائي المحايد عن طريق توصيل المحول المحايد والحمل.

أيضاً تُستخدم وحدات التحكم في الأنظمة المتصلة بالشبكة الشمسية لتقديم نفس القدرات الوظيفية مثل المعوضات النشطة للتحويل جنباً إلى جنب مع ضخ الطاقة الشمسية في الشبكة، وهي الأهداف الرئيسية هي تحقيق موازنة الحمل وتقليل التوافقيات وقمع حمل التيار الكهربائي المحايد وإمدادات الطاقة التفاعلية، كذلك تعتمد الاستجابة السريعة على مكاسب وحدات تحكم (AC ، D -PI) ويتم تحسينها باستخدام خوارزمية تحسين الذئب الرمادي.

كما يوضح الشكل التالي (2- a -2 ،b) منحنيات (I-V ،P-V) للوحدات الشمسية، وذلك مع (13) لوحة سلسلة للحصول على الجهد الكهروضوئي الشمسي (Vsol) و (66) سلسلة متوازية للحصول على التيار الكهروضوئي الشمسي (Isol)، وللحصول على الطاقة الكهروضوئية الشمسية (Psol) في درجات حرارة مختلفة ومستويات إشعاع؛ يوضح الشكل التالي (2-c) اختلاف درجة الحرارة والإشعاع مع مرور الوقت.

أيضاً يحتوي تنظيم الطاقة الشمسية الكهروضوئية على ثلاث خوارزميات متميزة.، أولاً تستخرج خوارزمية التحكم (SRF) القائمة على قوالب الوحدات التيارات المرجعية المخصصة لوحدة التحكم، وثانياً يمكن الحصول على طاقة الذروة للنظام الشمسي الكهروضوئي من خلال تطبيق خوارزمية التوصيل الإضافي لتوليد دورة عمل لمحول (DC-DC)، وأخيراً؛ فإنه يمكن الحصول على مكاسب تكاملية متناسبة مع وحدة التحكم باستخدام خوارزمية تحسين الذئب الرمادي.

خوارزمية التحكم الكهربائي القائمة على قالب الوحدة SRF

يوضح الشكل التالي (3) خوارزمية التحكم (SRF) القائمة على قالب الوحدة (UT) لتوليد (sinθ ،cosθ) للأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة الكهربائية ووحدة التحكم مخصصة لاستبعاد التوافقيات وتنظيم الجهد والتعويض الحالي المحايد، كذلك يتم استخراج التيارات المصدر المرجعي على النحو التالي، وهي استخدام تحويل النطاق الأول، بحيث يتم تحويل تيارات الحمل من المحور (a ،b ،c) إلى (d − q − o).

حيث يتم استخراج (sinθ ،cosθ) من مصادر الجهد الكهربائي (vsa ،vsb ،vsc) في النظام، مما يقلل العبء الحسابي على وحدة التحكم مقارنة بـ (PLLs) ثلاثية الطور (wpa ،wpb ،wpc)، وهي هي قوالب وحدة على مراحل مماثلة لـ (sinθ)، كذلك قوالب وحدة المرحلة التربيعية (wqa) تكون مماثلة لـ (cosθ).

حيث أن (vtg) هو مقدار الجهد الطرفي لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية ويتم التعبير عنه كـ:

تحليل خوارزمية المواصلة الإضافية المساهمة في التحكم الكهربائي

تقوم خوارزمية المواصلة التزايدية بتقييم مسار التباين للقوة الآنية للوحدات الشمسية للتوصيل المتزايد عن طريق حسابها ومقارنتها بقيمتها السابقة، لذلك إذا كانت القيمة (dIpv / dVpv) تساوي (Ipv / Vpv)؛ فهذا يعني أنه تم الوصول إلى أقصى نقطة للطاقة (MPP)، بحيث يظهر منحنى (P-V) للوحدة الشمسية في الشكل التالي (3).

باستخدام المعادلة أعلاه (dP / dV = 0)، كما يمكن كتابتها كـ [dI / dV = (- I / V)]، حيث تمثل(dV ،dI) جهد الخطأ والتيار بعد التغيير التدريجي وقبله على التوالي، بحيث يوضح الشكل التالي (4) مخطط انسيابي لخوارزمية التوصيل المتزايد (MPPT).

تحليل تقنية التحسين من خلال خوارزمية (Gray Wolf)

يحاكي (GWOT) آلية الحصول والتسلسل الهرمي لـ (Canis lupus) المتوفرة في الطبيعة، بحيث يعتبر أفضل حل تم الحصول عليه هو [alpha (α)]، وهو ثاني أفضل حل مثل [beta (β)] و [delta (δ)] وثالث أفضل حل مثل [omega (ω)]، كما تم اقتراح سلوك النموذج الرياضي لـ (GWOT) على النحو التالي:

حيث أن:

(A ،C): معاملات متجه.

(k): هو التكرار الحالي.

(Xp ،X): هما موقعان فريسة والذئب الرمادي على التوالي.

كذلك يتم تحديد النواقل (A ،C) من خلال:

كما يتم تحديد المتجهات العشوائية (r1 − r2) في [0 1]، في حين يتم تقليل “a” خطياً من (2 → 0) للتكرارات المختلفة، وعادة ما تكتشف الذئاب الرمادية الفريسة وتطوقها، بحيث يقود ألفا المطاردة بشكل عام، بحيث تشارك دلتا بيتا أحياناً في الصيد، ومع ذلك؛ فإن أقصى موضع (فريسة) في مساحة البحث المجردة غير معروف.

وفي النهاية تم العثور على أداء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصل بالشبكة باستخدام مكاسب محسّنة في (Gray Wolf) خوارزمية التحكم (SRF) القائمة على (UT)، وذلك لتقديم موازنة الحمل  الكهربائي وتعويض الطاقة التفاعلية وإزالة التيارات التوافقية مع تطبيق الأحمال الخطية وغير الخطية، بحيث يمكن استخدام خوارزمية (GWO) المقترحة لتقدير سريع لمكاسب (Kp ،Ki) لوحدات تحكم (PI).

كذلك تظهر نتائج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المرتبط بالشبكة أن خوارزمية التحكم (SRF) القائمة على (UT) بسيطة وفعالة وقوية، وعلاوة على ذلك؛ فهو يعوض عن مشاكل جودة الطاقة ويحسن ديناميكيات النظام، كما تشير أشكال الموجة الخاصة بإخراج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصل بالشبكة إلى أن جهد ناقل التيار المستمر المستشعر والجهد الكهربائي لشبكة (PCC).