موازنة المكثفات وخفض الجهد الكهربائي في الوضع المشترك

التأكيد على موازنة المكثفات وخفض الجهد الكهربائي في الوضع المشترك

تعتبر المحولات متعددة المستويات من النوع (T -MLCs) هي بمثابة طوبولوجيا عنصر المحولات المخفضة التي تم تطويرها لمحول الصمام الثنائي التقليدي (DCC)، وذلك بالمقارنة مع محولات مصدر الجهد ذات المستويين (2L) (VSCs)، بحيث يُفضل (T-type MLC) نظراً لانخفاض المركبات التوافقية الضرورية في أي تطبيق محرك صناعي، وعلاوة على ذلك وبالمقارنة مع (DCCs) التقليدية؛ يقلل النوع (T) خسائر المحول بنسبة (30-40٪) في نطاق تردد تبديل معين (حتى 12 كيلو هرتز).

وفي الآونة الأخيرة، أثبت نموذج التحكم التنبئي (MPC) كفاءته وكفاءته بالنسبة لطرق التحكم الكلاسيكية لمحولات الطاقة الحركية، وعلى وجه الخصوص؛ فإن مصفوفة التحكم المحدودة (MPC (FCS-MPC)) تناسب الطبيعة المنفصلة لمحول الطاقة وتمثل بديلاً محتملاً لتجنب تقنيات (PWM) المعقدة المطلوبة لمحولات الطاقة المعقدة في (FCS-MPC).

كما أنه يتم اختبار متجهات جهد المحولات (VVs) بشكل فردي في دالة تكلفة محددة مسبقاً، بحيث سيتم تحديد (VV) الذي يقلل من دالة التكلفة على أنه الوظيفة المثلى ويتم تطبيقه على عينة التحكم التالية، بحيث تتكون دالة التكلفة عادة من ملخصات للانحرافات المتوقعة للمتغيرات الخاضعة للرقابة مقارنة بقيمها المرجعية، لذلك لا يمكن التحكم في عزم وتدفق المحركات الكهربائية فحسب؛ بل يمكن أيضاً تحقيق موازنة المكثف والتخفيف من جهد الوضع المشترك (CMV) للمحولات متعددة المستويات.

كما تم فحص موازنة الجهد المكثف من النوع (T) بثلاثة مستويات (3 لتر) باستخدام تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) وباستخدام (MPC)، ومع ذلك؛ فإن امتداد هذه التقنيات إلى محولات ذات خمسة مستويات (5 لتر) له بعض القيود الفنية من حيث أوقات الحساب والتنفيذ، بحيث تمت دراسة موازنة مكثف (DCC) متداخلة 5 لتر باستخدام (MPC)، لذلك؛ فإن دراسة واحدة فقط قد حققت في موازنة المكثف للطوبولوجيا المزدوجة من النوع (T) باستخدام التكرار في حالة التبديل بناءً على دراسة خارج الخط.

كما أن مشكلة أخرى مهمة ذات صلة في محركات التيار المتردد هي (CMV)، بحيث يؤثر هذا الفيروس المضخم للخلايا على تحمل المحرك التعريفي (IM) ويقلل من عمره، كما تم تقديم طريقتين معروفتين لحل هذه المشكلة، وهما تقليل [CMV (CMVR)] والقضاء على [CMV (CMVE)]، بحيث تعتمد طريقة (CMVE) على اختيار (VVs) التي تنتج صفر (CMV)، كما تقلل هذه التقنية عدد (VVs) الممكنة للتحكم في نظام القيادة.

نمذجة وتشغيل ثنائي النوع من T – MLC

يوضح الشكل التالي (1) دائرة الطاقة لطوبولوجيا محول (T-type 5L) المزدوج والمتصل بـ (OEIM) ثلاثي الطور، كما يتكون كل هيكل (3L) من النوع (T) من اثني عشر مفتاحاً لأشباه الموصلات ويمكن تصنيفها على أنها مفاتيح أفقية (Q2x و Q4x ؛ x هي a و b و c) ومفاتيح عمودية (Q1x و Q3x)، كما تصف الأقسام الفرعية التالية العملية والنمذجة الرياضية للطوبولوجيا المزدوجة من النوع (T).

النموذج الرياضي لمحول مزدوج من النوع (T): يعتبر نموذج وظيفة التبديل هو تمثيل رياضي لمحولات مصدر الجهد الذي يهدف إلى الحصول على رؤية واضحة لحالات تبديل المحول (SS)، وذلك بناءً على وظائف التبديل، كما يتم اشتقاق نموذج مقترح للطوبولوجيا المتقدمة المزدوجة من النوع (T) على النحو التالي.

يتم تلخيص أوضاع تشغيل المحول المزدوج من النوع (T) في الجدول التالي (1)، وذلك بافتراض أن (mX) هي وظيفة التبديل لتوصيل المرحلة (X) بـ (P) أو (N) أو (O)، وذلك كما هو موضح بالشكل التالي (1)، حيث (X) هي (A) أو (B) أو (C) للمحول (1)، بينما يحتوي المحول (2) على نفس الرموز مع عدد أولي، كما يمكن أن تكون وظيفة التبديل هذه (1) أو (-1) أو (0)، وذلك كما هو موضح في الجدول التالي (1)، بحيث يمكن وصف الفولتية لكل محول من النوع (T) بواسطة:

وبتطبيق (KVL)، يمكن وصف الجهد عبر (AA) بواسطة:

وللحصول على حمل متوازن؛ فإن مجموع الفولتية ثلاثية الطور يساوي صفراً، كما يمكن وصف الجهد (vOO) من خلال:

كما يمكن اشتقاق الفولتية (BBB ′ و vCC ′) بنفس الطريقة، وذلك من خلال تطبيق إمكانيات وظيفة التبديل، بحيث يمكن لجهد الطور الحصول على (17) مستوى جهد كهربائي مختلف مشابه لأي محول (5) لتر.

تشغيل طوبولوجيا المحول المزدوج من النوع (T): يمكن وصف التوصيلات المحتملة للمرحلة (A) لمحول واحد من النوع (T) في الجدول التالي (2)، وبالمثل؛ فإن التوصيلات المحتملة للمرحلة (VAA) لطوبولوجيا المحول من النوع (T)، وهو المزدوج موصوفة في الجدول التالي (3)، كما يمكن حساب محول النوع بواسطة (m3)، حيث أن (m) هو عدد مستويات الجهد في وصلة (DC) المتصلة، والتي تعطي (27) حالة في هذه الحالة.

ومع ذلك، لا تنطبق هذه العلاقة على تكوين المحول المزدوج حيث يتم عزل روابط (DC)، حيث أن إجمالي عدد (SS) للمحول المزدوج من النوع (T) هو (272 = 729) حالة، وذلك من خلال تطبيق هذه الحالات الـ (729)، كما يمكن وصف المخطط المتجه لهذا المحول بواسطة السداسي كما هو موضح في الشكلالتالي (2) وهو مخطط متجه (5L).

كما أنه يتكون من (61) متجهاً، أي (O ، a1 –a6 ، b1 –b12 ، c1 –c18 ، و d1 –d24)، كما يتم سرد ملخص لحالات التبديل (729) ونواقل الجهد المقابلة لها في الجدول التالي (4)، بحيث يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول حالات التبديل لهذا المحول من خلال الجداول.

عدم توازن المكثفات لطوبولوجيا النوع T المزدوج

يؤثر اختيار حالة التبديل لـ (VV) التشغيلي على حالة شحن المكثف بالإضافة إلى قيمة (CMV) المتولدة.

موازنة المكثفات لـ (Dual T-Type MLC): نظراً لأن حالة التبديل تؤثر على حالة شحن المكثف؛ فإنه يتم إجراء دراسة مكثفة لجميع تأثيرات (729) حالة على مكثفات وصلة التيار المستمر، كما تم توضيح ملخص الدراسة المقترحة في الجدول السابق (4)، بحيث يتم وصف معنى تأثير المجموعة على النحو التالي، وذلك بافتراض أن عدم توازن الجهد هو (ΔVc = Vc1 − Vc2) للمحول (1) و (V′c = Vc3 − Vc4) للمحول (2) وفقاً لقيمة عدم التوازن، كما يمكن تصنيف تأثيرات حالة التبديل على النحو التالي:

• مجموعة عالية التأثير، حيث تميل (ΔVc) أو (ΔV′c إلى Vdc / 2).

• مجموعة ذات تأثير متوسط، حيث تميل (ΔVc) أو (ΔV′c إلى Vdc / 4).

• مجموعة بلا تأثير، حيث تميل (ΔVc) أو (ΔV′c) إلى الصفر.

لذلك يمكن أن يؤدي استخدام المجموعات ذات التأثير العالي والمتوسط إلى تغيير حالة موازنة المكثف، ومن ثم؛ فإن العدد الكبير من (SS) لهاتين المجموعتين (528 من أصل 729 حالة) يعطي مرونة عالية في قرار الاختيار لموازنة الفولتية الأربعة للمكثفات، ومن الجدير بالذكر أن مجموعة مقترحة من (219 SS، من أصل (528) تم اختيارها بهذه الطريقة لتمثيل جميع الـ (61 VVs) وتضمين كل من مجموعات (SS ذات التأثير العالي والمتوسط.