اقرأ في هذا المقال
تحليل نهج التحكم لمتغيرات الخدمة الإضافية للجهد الكهربائي
يكتسب مفهوم (Microgrids-MGs) زخماً كبيراً كحل رئيسي وفعال من حيث التكلفة لدمج موارد الطاقة الموزعة (DERs) في شبكات الطاقة الكهربائية علاوة على ذلك، بحيث جلبت القدرة التشغيلية المستقلة المميزة لـ (MGs) تدابير موثوقية أعلى في توفير متطلبات الطاقة عندما لا تتوفر شبكة المرافق، ومع ذلك تعد قضايا الاستقرار والتحكم في (MGs) المستقلة من بين التحديات الرئيسية بسبب انخفاض القصور الذاتي وعدم اليقين والطبيعة المتقطعة لـ (DERs).
كما تتمثل إحدى مهام التحكم الحاسمة في وضع التشغيل المستقل في تنظيم تردد الشبكة وحجم الجهد، كما أصبحت أنظمة التخزين عالية السرعة، وعلى سبيل المثال “بطاريات الليثيوم أيون” أو الحذافات أو المكثفات الفائقة تكون ضرورية، مما أدى إلى تكوينات جديدة للشبكة الكهربائية، والتي تتطلب هياكل تحكم قوية أكثر تعقيداً للتعامل مع قيود متعددة مثل الاضطرابات غير المتوقعة والنماذج غير المؤكدة.
كما يتم في الوقت الحاضر استكشاف الموضوعات المتعلقة بالتحكم في الجهد في الحكم الذاتي – وتسمى أيضاً (MGs) المحصورة أو المستقلة، وذلك على نطاق واسع من خلال استخدام تقنيات التحكم المتقدمة، من بينها تصميم التحكم القوي له دور رئيسي، كما تم دمج وحدة التحكم في الجهد متغير الهيكل مع وحدة تحكم مشاركة الطاقة القائمة على التدرج لتحسين الاستجابة المؤقتة والثابتة لـ (MG) ضد اضطرابات الجهد وتقلبات زاوية الطاقة، وذلك بناءً على هيكل التحكم الرئيسي أو التابع.
لذلك؛ فإنه تم تقديم وحدة تحكم قوية في الجهد الكهربائي تعتمد على الحساسية المختلطة (H∞) للوحدة الرئيسية في نقطة تفرّع واحدة (MG)، بحيث توفر وحدة التحكم اللامركزية المقترحة تتبعاً جيداً للإشارات المرجعية وتحافظ بقوة على حجم جهد الحمل على الرغم من عدم اليقين في المعطيات، وبالمثل باستخدام طريقة التحكم في الحساسية المختلطة الخطية (H∞)؛ فإنه يُقترح مخطط تحكم جديد قوي في التغذية الراجعة من درجتين من الحرية لتشغيل جزيرة (MG) التي تضم العديد من وحدات (DG).
ولتنظيم جهد الحمل بقوة في وجود ديناميكيات غير مسبوقة، على سبيل المثال؛ فإن أحمال خطية وغير خطية وغير متوازنة للغاية، أيضاً تم تقديم تصميم تحكم قوي قائم على شكل حلقة مختلطة من الحساسية (H∞) لتحسين المشاركة الحالية في (MG) المحصورة على الجزر المكونة من وحدات (DG) ذات واجهة عاكس متوازية متصلة، كذلك وحدة التحكم القوية المصممة قادرة على ضمان استقرار وأداء قويين في ظل شكوك معلمات الخط والأحمال المختلفة.
تكوين النظام الكهربائي ومواصفات التصميم
هيكل (Microgrid): تركز هذه الدراسات على (MG) الموجودة في الجزر والمكونة من مولد محرك ديزل ومصدر (PV) ووحدة تخزين طاقة تعتمد على المكثف الفائق، كما تم توضيح إعداد (MG) المدروس في الشكل التالي (1)، حيث يتم توصيل مصادر الطاقة بالتوازي مع (PCC) وتغذية حمولة مشتركة، بحيث يتم توصيل مولد محرك الديزل بـ (PCC) عبر محول تصاعدي ثلاثي الأطوار وخط نقل.
كذلك يتم توصيل بنك الألواح الكهروضوئية بـ (PCC) من خلال نظام تحويل إلكتروني للطاقة ومحول تصاعدي ثلاثي المراحل يسمح فقط بتدفق الطاقة أحادي الاتجاه، وذلك في حين أن وحدة تخزين الطاقة القائمة على المكثف الفائق متصلة بـ (PCC) عن طريق محول تصاعدي ثلاثي المراحل، مما يسمح بالشحن أو التفريغ، كما يقوم محول التدريجي ثلاثي الأطوار بتوصيل الحمل المجمع بـ (PCC)، كذلك يتم إعطاء معلمات (MG) المدروسة.
مواصفات التصميم: في (MGs) المستقلة ذات الاختراق العالي لمصادر الطاقة الكهروضوئية، يكون جهد (PCC) محفوفاً بالمخاطر ليكون غير مستقر أو يمكن أن تكون اختلافات حجمه كبيرة وغير مقبولة، كما أنه يمكن بعد ذلك استخدام (ESSs) المصممة بشكل صحيح لتحقيق الاستقرار في (MG) أو تحسين الاستجابة المؤقتة لجهد (PCC) عن طريق امتصاص أو حقن الطاقة التفاعلية اللحظية بعد الاضطرابات.
وفي (MG) المدروس، تم اقتراح استراتيجية تحكم حيث يتعين على (ESS) ومولد محرك الديزل أداء أدوار مميزة في التحكم في الجهد الكهربائي، وبالتالي يجب أن يعمل (ESS) بتردد عالٍ من خلال ضمان استرداد أسرع لمقدار جهد (PCC) من خط إلى خط (UPCC) نتيجة للحمل أو تغير الطاقة التفاعلية للخرج الكهروضوئي، أي لتحسين أدائه الديناميكي (على سبيل المثال، التجاوز، وقت الاستجابة، خطأ الحالة المستقرة).
وعلى أساس متطلبات رمز الشبكة الكهربائية؛ فإنه تم تحديد نموذج لانحراف مقدار الجهد من خط إلى خط (PCC) استجابةً لاضطراب خطوة الطاقة التفاعلية للحمل في الشكل التالي (2)، مواصفات أداء أخرى معقولة على جهد ناقل التيار المستمر يتم إعطاء (Vdc) في الشكل التالي (3).
النمذجة الرياضية للتحكم بـ (H∞)
يبين الرسم التخطيطي لـ (MG) قيد النظر لتحليل ثبات الجهد مبين في الشكل التالي (4)، وفي هذا العمل، تم استخدام المعادلات الديناميكية والنماذج المتوسطة المكافئة لمحولات الطاقة الإلكترونية لوصف سلوك (MG) المدروس، وذلك من خلال جعل هذه المعادلات خطية لحالة توازن معينة، بحيث يمكن الحصول على نموذج متوسط خطي.
كذلك غالباً ما يكون العمل مع نماذج كل وحدة من أنظمة الطاقة أكثر ملاءمة، وعلى وجه الخصوص ، عندما يتعلق الأمر بتصميم هياكل التحكم؛ فإن نماذج أنظمة الطاقة لكل وحدة تكون بشكل عام أفضل تكييفاً، و خاصةً عندما يتعلق الأمر بالترتيب العالي، وربما أنظمة متعددة المقاييس، وعلاوة على ذلك؛ فإنه يمكن أن يؤدي استخدام نظام لكل وحدة إلى تحسين الاستقرار العددي لطرق الحساب التلقائي.
بالنسبة لـ (ESS) المدروس؛ فإنه يتم أولاً تحديد القيم الأساسية لكميات جانب التيار المتردد وتعمل على تحديد قيم قاعدة جانب التيار المستمر، كما يمكن التعبير عن النموذج الخطي المتوسط لـ (MG) المدروس باستخدام متغيرات الحالة الموضحة في الشكل السابق (4)، وذلك بواسطة مجموعة المعادلات التالية لكل وحدة.
حيث تكون متغيرات الحالة هي:
تباين الجهد الفائق (ΔVsc)، كما وتغير جهد ناقل التيار المستمر (ΔVdc) وتغيرات جهد خرج المرشح في كل من (d -axis) و (q -axis) و (Vrd) و (ΔVrq) على التوالي، كذلك متغيرات جهد (PCC) في (d -axis) و (q – المحور)، (ΔVPCCd) و (ΔVPCCq) على التوالي، كذلك تغيرات خرج المحول التصاعدي (ESS) في كل من (d -axis) و (q -axis ، Itd) و (Itq) على التوالي.
كذلك تغيرات تيار خرج مولد الديزل في (d -axis) و (q -axis) و (Igd) و (Igq) على التوالي، كذلك التباين الحالي للإخراج الفائق (ΔIs) وتغيرات تيار خرج العاكس في (d -axis) و (q -axis) و (Ird) و (Irq) على التوالي، كما أن (αc) هي دورة عمل تعديل عرض النبضة (PWM).
