نظام التوليد الكهربائي الموزع العاكس متعدد المدخلات

تحليل نظام التوليد الكهربائي الموزع العاكس متعدد المدخلات

نظراً للنقص المتزايد في الطاقة الأحفورية التقليدية والطاقات الجديدة مثل الخلايا الكهروضوئية (PV)، تمتلك طاقة الرياح مستوى عالٍ من الاختراق لأنها نظيفة وخالية من التلوث ووفرة، ومع ذلك؛ فإن الطبيعة الدورية للطاقة المولدة والخصائص المتقطعة للطاقة الجديدة المفردة تقدم تأثيرات سلبية على أداء نظام الطاقة، ومن أجل الاستقلال قدر الإمكان عن هذه التأثيرات وتحسين استقرار نظام توليد الطاقة الجديد للطاقة؛ فإنه تم تنفيذ (DGSs) التي تجمع بين العديد من الطاقات الجديدة.

كما تم اقتراح محولات (DC-DC) متعددة المدخلات أحادية الطور من النوع (DGS)، والتي تم إنشاؤها بواسطة عدة محولات (DC-DC) متعددة المدخلات وعاكس من النوع (Buck) المتتالي، كما تم توصيل مخرجات محولات (DC-DC) أحادية الإدخال بالتسلسل أو بالتوازي، حيث أن هذا النوع من(DGS) لديه عيوب في تحويل الطاقة على مرحلتين، وهما الحجم الضخم والتكلفة العالية.

وعند استبدال محولات (DC-DC) متعددة المدخلات بمحول (DC-DC) واحد متعدد المدخلات، تم تشكيل محول (DC-DC) متعدد المدخلات من النوع (DGS)، بحيث تم تقديم محول (DGS) من نوع (DGS) متكامل ثنائي المرحلة أو ثنائي الجسر من النوع (DGS)، كما اعتمد مصدراً الإدخال للطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح تحكم (MPPT).

لذلك كانت البطارية مشحونة حالياً بشكل محدود أثناء التشغيل المتصل بالشبكة الكهربائية، كما  واستكملت طاقة الحمل أو تمتص الطاقة الزائدة أثناء تشغيل الجزيرة، حيث كان (DGS) عبارة عن تحويل طاقة أحادي المرحلة عندما تم شحن البطارية ولكن تحويل ثلاثي المراحل عند تفريغها، وأيضاً كان التحكم في النظام معقداً ولم يكن متاحًا للتوسع إليه من عدة مصادر.

كما تمت المناقشة محول (Buck / Buck-Boost) متعدد المدخلات من النوع (DGS) مدمج من مرحلتين، بحيث اعتمدت الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح التحكم (MPPT) واعتمد العاكس باك الحلقة الخارجية لجهد ناقل التيار المستمر والتحكم في الحلقة الداخلية الحالية المتصلة بالشبكة الكهربائية.

كما تم تقديم محول (Buck / Boost / Buck-Boost) متعدد المدخلات من النوع (DGS)، حيث يمكن أن يعمل محول (DC-DC) متعدد المدخلات في أوضاع (Buck و Boost و Buck-Boost)، ومع ذلك لم يتم ذكر (EMCS) للنظام.، كما تم اقتراح محول (LCC) متعدد المدخلات متعدد المدخلات من النوع (DGS).

هيكل الدائرة الكهربائية والتفاصيل الطوبولوجية

يوضح الشكل التالي (1) هيكل الدائرة والعائلة الطوبولوجية لمحول (DGS) متعدد المدخلات المقترح من نوع (Buck) ويتكون (DGS) من عاكس متعدد المدخلات أحادي المرحلة من النوع (Buck) مع مفاتيح اختيار خارجية لمشاركة الوقت المتوازي وعزل أحادي المرحلة محول شحن وتفريغ البطارية، وذلك مع توصيل مخرجاته بالتوازي على جانب التيار المتردد.

كما أن العاكس متعدد المدخلات متتالي بواسطة مكثفات مرشح الإدخال (Ci1∼Cin)، ومفاتيح الاختيار الخارجية ثنائية الاتجاه ذات المشاركة الزمنية المتوازية (Ss1∼Ssn) والجسر العكسي (HF) ومحث مرشح الإخراج (Lf1) ومحول تردد الخط [(LF) T1] ومرشح الإخراج مكثف (Cf)، بحيث يشير مصطلح “مشاركة الوقت” إلى أن كل مصدر إدخال متصل بشكل متوازي يوفر الطاقة بشكل منفصل من خلال مفتاح الاختيار الخاص به (Ss1∼Ssn) في وقت واحد خلال فترة تبديل التردد الكهربائي العالي.

وباستخدام أربعة مفاتيح تبديل رباعي (Ss1∼Ssn) يمكن أن يمنع ماس كهربائي بين المدخلات المختلفة؛ لأن (Ss1∼Ssn) يعمل في مشاركة الوقت، بحيث لا يوجد مسار تدفق تيار بين أي مدخلات، كما تم تصميم دائرة الرنين المتوازي (Lr -Cr) لقمع تموج التيار الكهربائي منخفض التردد على جانب البطارية.

وبالنسبة لطوبولوجيا نصف الجسر الموضحة في الشكل (1-C)، يتم فرض جهد المصادر متعددة المدخلات في التقاسم الزمني على مكثفات ذراع الجسر (C1 ، C2) في فترة تبديل (HF)، وبالتالي يجب أن يكون جهد المصادر متماثلاً تقريباً والذي يقيد التطبيق العملي إلى حد كبير، ومع ذلك بالنسبة لطوبولوجيا الدفع والسحب والجسر الكامل الموضحة في الشكل (1-B)، (D)>

كما يسمح جهد مصادر الدخل بالاختلافات، بحيث ينعكس التباين في جهد مصادر الدخل على الجهد عبر المكثف الخاص به (Ci1∼Cin) والمنحدر الصاعد للتيار الكهربائي المحرِّض (iLf1) مقارنة (DGS) المقترح مع محول (DC-DC) متعدد المدخلات على مرحلتين بالكامل من النوع (DGS)، كما يحتوي (DGS) المقترح على مفاتيح طاقة أقل ومحث مرشح واحد فقط.

أيضاً يتم ضبط توصيل الملف الثانوي للمحول (HF T2) والمحول الحلقي من مجمعي (Sb5) و (Sb7) إلى جامعي (Sb6 و S′b5)، مما يقصر السلك الرصاصي للملف الثانوي في الدائرة العملية وبالتالي ينخفض تحريض التسرب لـ (T2)، بحيث يختلف هذا النوع من الاتصال عن الطريقة التقليدية، وبدلاً من وصلة (DC) في محولات أخرى متعددة المدخلات، بحيث تقترح هذه الدراسة طوبولوجيا وصلة التيار المتردد التي تتضمن مصادر الطاقة الجديدة والبطارية.

EMCS من DGS المقترح

الطاقة القصوى (EMCS): تكمن الاهتمامات الرئيسية لـ (EMCS) ولـ (DGSs) بإدارة الطاقة للمصادر متعددة المدخلات وتحكم (MPPT) في معدات الطاقة الجديدة مثل الكهروضوئية وطاقة الرياح و استقرار جهد الخرج خذ طوبولوجيا الجسر الكامل الموضحة في الشكل و (PV) وطاقة الرياح مدخلين كمثال (نفس أدناه) يوضح الشكل التالي (2) أقصى طاقة (EMCS) مع تحول طور أحادي القطب متماثل من (DGS) المقترح.

كما يستخدم العاكس متعدد المدخلات أحادي المرحلة استراتيجية تحكم (SPWM) لإدارة الطاقة القصوى للطاقة، والتي تتكون من الحلقات الخارجية للجهد الكهروضوئي وطاقة الرياح (MPPT) وحلقات التيار الداخلي للمحث، وذلك بأخذ عينات الجهد الكهربائي والتيار لمصدري الإدخال، بحيث يمكن الحصول على جهد (MPP U i1) و (U i2) من خلال خوارزمية (MPPT. i1r ، i2r) كمنتج لـ (PV).

(PSMs): بمقارنة قوة التحميل (Po) وإجمالي طاقة الإدخال (P1max + P2max)؛ فإن (DGS) المقترح يحتوي على ثلاث وحدات (PSM).

• (P1max + P2max> Po) هما اثنان من المدخلات يزودان الحمل والبطارية في وقت واحد والنظام مكافئ لعاكس متعدد المدخلات أحادي المرحلة ومعدل (HF) أحادي المرحلة مع طاقة خرج البطارية [Po− (P1max + P2max) <0].

• (P1max + P2max <Po)، اثنان من المدخلات والبطارية تزود الحمل في نفس الوقت، في حين أن النظام يعادل عاكسًا متعدد المدخلات أحادي المرحلة وعاكس (HF) أحادي المرحلة من النوع باك متصل بالتوازي في مخرجاتهما، وذلك مع طاقة خرج البطارية (Po− (P1max + P2max)> 0).

• (P1max + P2max = Po) المدخلان فقط يوفران الطاقة للحمل الكهربائي، في حين أن طاقة خرج البطارية هي (0) (محول الشحن والتفريغ يعمل في حالة عدم التحميل)، ومع ذلك في الحالة القصوى بينما لا يوفر المدخلان الأول والثاني الطاقة، أي (P1max + P2max = 0)، كما يتم توفير طاقة التحميل بالكامل بواسطة البطارية وهي حالة استثنائية للوضع.

آلية الانتقال السلس بين (PSMs) المختلفة: بالنسبة لمكثف مرشح الإخراج (Cf) وتحميل (ZL)؛ فإن التوصيل المتوازي للعاكس متعدد المدخلات ومحول الشحن أو التفريغ يعادل التراكب المتوازي لمصدرين حاليين. من الشكل (2-A)، بحيث يشير (EMCS) إلى أن تيار المحرِّض [iLf1 (أو iN12N12 / N11)] في طور بجهد خرج (uo)، مما يوفر الطاقة النشطة، كما يختلف اختلاف الطور (θ) بين (iLf2) و (uo) لمحول الشحن والتفريغ حسب مقدار واتجاه الطاقة النشطة للمحول الكهربائي.