نظام حماية الترحيل في المولدات الكهربائية الموزعة

أهمية نظام حماية الترحيل في المولدات الكهربائية الموزعة

في الوقت الحاضر، يتم توصيل المزيد والمزيد من المولدات الموزعة التي تستخدم موارد الطاقة المتجددة بشبكة توزيع الجهد المتوسط والمنخفض (DN) بسبب تعزيز إصلاح الطاقة الذي يتميز بالنظافة والمتجددة والمستدامة، حيث أن العاكس (محول مصدر الجهد بشكل أساسي، VSC) هو المولد الموزع البيني، وعادةً بعود إلى (IIDG)، بحيث يثري طرق الاستخدام المشار إليها للطاقة المتجددة.

ومع ذلك؛ فإنه يغير أيضاً خصائص خطأ (DN)، مما قد يبطل نظام حماية الترحيل الحالي، مثل استراتيجية تحديد موقع الخطأ التقليدية وحماية التيار الزائد على أساس تيار العطل وحماية المسافة على أساس الممانعة المقاسة، لذلك هناك حاجة إلى تحليل الخطأ لتقييم تأثير (IIDGs) على خصائص خطأ (DN) مع (IIDGs) وكذلك التحقق من صحة نظام الحماية وتحسينه.

كما أن التحليل القائم على المحاكاة العابرة هو أسلوب مباشر وقد تم تبنيه من قبل العديد من العلماء لدراسة خصائص خطأ (IIDG) وكذلك تأثيره على (DN)، ومع ذلك هناك عيبان يجعلان المحاكاة العابرة غير مناسبة جداً لتحليل أخطاء (DN) مع (IIDGs)، لذلك أولاً يتطلب بناء النماذج الديناميكية لمحاكاة عابرة الجودة المهنية العالية.

ثانياً يستغرق تشغيل المحاكاة العابرة وقتاً طويلاً، خاصةً بالنسبة لـ (DN) مع العشرات من (IIDGs)، وهذان العاملان يجعلان تحليل الخطأ السهل والسريع غير ممكن، وبالتالي فإن التحليل شبه الساكن الذي هو بسيط نسبياً وأكثر كفاءة في الوقت بكثير يجذب انتباهاً واسعاً، بحيث يعد بناء نموذج شبه ثابت لـ (IIDG) يمكنه تصوير سلوكه بدقة أثناء الخطأ هو الجزء الأكثر أهمية في تحليل الخطأ شبه الثابت.

كذلك تم تصميم (IIDG) كمصدر تيار ثابت تبلغ اتساعه (1.5 ~ 2) ضعف تياره المقنن، كما ويسهل إدراك النموذج ويمكن اعتماد خوارزمية حساب تدفق الطاقة الكهربائية العادية لتنفيذ تحليل الأعطال، ومع ذلك لا تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار الناتج الحقيقي لـ (IIDG)، مما يقلل من دقتها، أيضاً تم نمذجة (IIDG) كمصدر جهد متسلسل بمقاومة متغيرة لمراعاة تذبذب خرج (IIDG) تم تحسين الدقة ولكن حساب الممانعة معقد ويختلف هيكلها عن هيكل (VSC) الطبيعي.

نمذجة IIDG ذات المستويين وVSC المتحكم فيه PQ

(IIDG) هو نوع من أنظمة التوليد التي تتصل بالشبكة الكهربائية بواسطة عاكس، والذي يترجم التيار المباشر (DC) إلى التيار البديل (AC)، وذلك بدون فقدان التعميم، بحيث يأخذ (IIDG) من مستويين (VSC) بواجهة تتبنى استراتيجية التحكم (PQ) كمثال، بحيث تهيمن استراتيجية التحكم (PQ) في التشغيل العملي لـ (IIDG)، كما ويتم استخدام (VSC) على مستويين على نطاق واسع في تصنيف (IIDG) أدناه (750) كيلوواط بسبب هيكلها البسيط وانخفاض تكلفتها.

ومن العمل السابق؛ فإنه من الواضح أن استراتيجية (FRT) والخصائص الديناميكية للعاكس يجب أن تؤخذ في الاعتبار لنمذجة خطأ (IIDG)، ونظراً لأن هذين الجانبين مختلفان تماماً عن بعضهما البعض في كل من الوظيفة والتكوين، فإنه ينبغي أولاً نمذجتها بشكل منفصل ثم ندمجهما، لذلك يمكن تقسيم نمذجة خطأ (IIDG) إلى الخطوات الثلاث التالية:

• نمذجة عنصر تحكم (FTR)، وهو الهدف الرئيسي هو صياغة صيغة استراتيجية التحكم في (FTR) المنصوص عليها في رمز الشبكة، وعادة يأخذ شكل وظيفة من فهرس الخطأ إلى ترتيب نظام التحكم في العاكس.

• نمذجة العاكس، والهدف الرئيسي هو صياغة وظيفة النقل للعاكس أثناء الخطأ، وذلك نظراً للخاصية غير الخطية للعاكس، بحيث يتم استخدام نموذج (stagewise).

• دمج النموذج، بحيث يتم ربط نموذج استراتيجية التحكم (FTR) والعاكس والحصول على نموذج خطأ (IIDG).

نمذجة تحكم (FRT)

من أجل تجنب الانقطاع المتتالي لمجموعات (IIDG)، بحيث يتعين عليهم الحفاظ على الاتصال بالشبكة وتزويد طاقة الدعم اللازمة للفترة المطلوبة عند حدوث انخفاض الجهد أثناء حدوث خطأ في الشبكة الكهربائية، كما تم تصميم استراتيجية التحكم في (FRT) للوفاء بالمتطلبات المذكورة أعلاه ويتم نشر رموز الشبكة المختلفة التي تنص على المتطلبات التفصيلية لـ (FRT) مثل دعم القدرة التفاعلية.

لذلك يهيمن دعم الطاقة التفاعلية على سلوك (IIDG) أثناء الخطأ، لذلك يتم النظر فيه بشكل أساسي هنا، كما يتم أخذ متطلبات دعم الطاقة التفاعلية المنصوص عليها في كود الشبكة الألماني الموضح في الشكل التالي (1) كمثال، حيث يشار إليها غالباً باسم رمز الشبكة النموذجي في الدراسات.

في الشكل السابق، (ΔUPCC) هو مؤشر قياس انخفاض الجهد وتشير المنطقة المظللة إلى المنطقة الميتة للتحكم التي تعتمد على انحراف الجهد المسموح به خلال فترة التشغيل العادية، كما يوضح الخط خارج المنطقة الميتة أن التيار التفاعلي المدعوم المطلوب يزداد خطياً مع درجة انخفاض الجهد، وبالتالي عندما ينحرف جهد الشبكة عن القيمة العادية.

كما يجب أن تولد (IIDG) طاقة تفاعلية كما هو موضح في الشكل السابق، وفي الوقت نفسه يجب أن تحاول (IIDG) توليد نفس الطاقة النشطة مثل الخطأ المسبق، وبالتالي فإن التيار الكهربائي النشط والمتفاعل يمكن حساب (idref) و (iqref) المعطى بواسطة استراتيجية التحكم (FRT) لنظام التحكم في العاكس على النحو التالي:

حيث يكون (Pref) هو أمر الطاقة النشط قبل حدوث الخطأ ويتم الاحتفاظ به أثناء الخطأ، كذلك (UPCC0) و (UPCC) هما جهد نقطة التوصيل المشترك (PCC) قبل وأثناء الخطأ، كذلك (Kq) هو عامل دعم القدرة التفاعلية الذي يعكس متطلبات دعم الطاقة التفاعلية ويجب ألا يقل عن (2) في كود الشبكة الألمانية.

النموذج الرياضي لـ VSC ونظام التحكم الخاص به

يوضح الشكل التالي (2) طوبولوجيا الدائرة الرئيسية لنظام (VSC) ذي المستويين ونظام التحكم الخاص به، ونظراً لأن “طاقة الإدخال” التي توفرها معدات “الطاقة الأولية” يمكن رؤيتها ثابتة أثناء الخطأ؛ فقد تم تصميمها كمصدر جهد تيار مستمر، وهنا؛ فإن:

(R ، L): هي المعطيات المكافئة لمرشح التيار المتردد، كذلك ek، ik) (k = a، b، c)) هي جهد تيار الخرج (PCC) والعاكس على التوالي vk) ،(k = a، b، c)) هو الجهد المقلوب و (Vdc) هو مقدار مصدر جهد التيار المستمر.

أيضاً (vd ،vq ،ed ،eq) هي مكونات (d) و (q) للجهد المقلوب والجهد لـ (PCC) على التوالي، كذلك معرف (iq) هي مكونات ثابتة لـ (d) و (q) ولتيار خرج العاكس و هي السرعة الزاوية المتزامنة، كما أن vmd)  vmq) هما مراجع جهد التعديل، بحيث تم اعتماد الهيكل النموذجي ذو الطبقة المزدوجة باستخدام وحدة التحكم (PI) وفصل التغذية الأمامي في نظام التحكم، والذي يأخذ الترتيب الحالي من تحكم (FRT) ويولد نبضات الزناد للمفاتيح في الدائرة الرئيسية.

استناداً إلى الشكل السابق (2)؛ فإنه يمكن استنتاج النموذج الرياضي للعاكس وكذلك نظام التحكم الخاص به، ومع ذلك هناك نوعان من المحددات في نظام التحكم، مما يجعل خصائص المحول أكثر تعقيداً، وهو المحدد (1) هو المحدد الحالي المستخدم لمنع النظام الحالي من تجاوز نطاق الأمان للمفاتيح الإلكترونية، مما يحمي العاكس من الاحتراق، بحيث يشيع استخدام قاعدة التقييد بالتيار الظاهري الأقصى الثابت وتأخذ التعبير على النحو التالي: