هيكل التمديد المتصل بالشبكة الكهربائية لتكامل المولدات الموزعة

تحليل هيكل التمديد المتصل بالشبكة الكهربائية لتكامل المولدات الموزعة

في الوقت الحاضر بسبب الزيادة السريعة في استهلاك الطاقة الكهربائية، وزيادة تكلفة توليد الطاقة التقليدية القائمة على الوقود الأحفوري والمخاوف البيئية وخفض تكلفة التقنيات القائمة على الطاقة المتجددة، فقد تم جذب الكثير من الاهتمام إلى التوليد الموزع القائم على الطاقة المتجددة ( DG) أنظمة، إلى جانب المزايا العديدة للموجهات الديناميكية القائمة على الطاقة المتجددة مثل انخفاض تكاليف التركيب والصيانة وتقليل انبعاثات الكربون والكفاءة العالية وتقليل الفاقد الكهربائي.

لذلك لا يمكن استخدام (DGs) بشكل فردي بسبب عدم اليقين في الطاقة المولدة، أيضاً قد يكون الاستخدام المتزامن للمديرين العامين المستندة إلى الطاقة المتجددة نهجاً فعالاً لتوليد طاقة قابلة للبرمجة ويمكن الاعتماد عليها، ومع ذلك واعتماداً على نوع [DG (AC أو DC)]؛ فإن الهياكل الإلكترونية متعددة المراحل الفردية للطاقة، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-A).

كما أنها تكون مطلوبة لتوصيلات الشبكة الكهربائية، مما يزيد من التكلفة والحجم وفقدان النظام مثل بالإضافة إلى إثارة قضايا التعقيد والتوافق، وذلك للتغلب على هذه المشكلات، كما يتم تنفيذ تكامل مصادر التيار المستمر باستخدام محولات (DC-DC) متعددة المدخلات، وذلك كما هو موضح في الشكل (1-B) مع المنطقة المنقطة باللون الأحمر في الدراسات.

كما أن هناك تكامل هجين قائم على التيار المتردد والتيار المستمر من (DGs) باستخدام محولات (DC-DC) متعددة المراحل، وكما هو موضح في الشكل التالي (1-B) ، وذلك مع المنطقة الخضراء المنقطة، كما تم الإبلاغ عنها فيما بعد ويتم تقديم مفهوم الواجهة الإلكترونية متعددة المنافذ لتوحيد المحولات الكهربائية الفردية.

كما تمت معالجة محول تعزيز ثلاثي المدخلات بمدخلين أحادي الاتجاه ومدخل ثنائي الاتجاه لتكامل الخلايا الكهروضوئية (PV) وخلية الوقود (FC) وأنظمة التخزين، ومع بعض التعديلات الهندسية تم الإبلاغ عن محول تعزيز (DC-DC) قابل للتمديد متعدد المدخلات، والذي يتألف من منفذين ثنائي الاتجاه لربط خرج وتخزين التيار المتردد.

لذلك يتم تقديم محول (DC-DC) عالي الصعود بمدخل مزدوج مع دارة تكميلية بتبديل جهد صفري (ZVS)، والتي تُستخدم لدمج اثنين من (PVs) مختلفة، كما تمت معالجة عاكس مزدوج مزدوج المدخلات (DIDBI) مع محولات تعزيز متكاملة (IBCs) للتطبيقات المتصلة بالشبكة الكهربائية.

طوبولوجيا محول الطاقة المقترح وعملية التشغيل

يتم عرض النسخة المعممة من (UMPEC) المقترح في الشكل التالي (2)، كما يمكن رؤيته، بحيث لا يمكن إجراء تكامل الشبكة لكل من مصادر التيار المستمر والتيار المتردد إلا عبر محول مضغوط، وعلى الرغم من أن جميع المحولات شائعة بين جميع المنافذ ويبدو أن التحكم المستقل في المنافذ المختلفة غير قابل للتحقيق، ولكن باستخدام طريقة تبديل مناسبة؛ فإنه يمكن تجنب هذا العيب.

وفي الشكل (2)، يتم توصيل (DG) المستندة إلى التيار المستمر بالمنافذ السفلية، وعلى الرغم من أن الشبكة و (DG) القائمة على التيار المتردد متصلة بالمنافذ العلوية، كما وتجدر الإشارة إلى أنه قد يتم وضع مصادر مختلفة في مواقع مختلفة، ومع ذلك؛ فإنه يجعل طريقة التبديل صعبة التنفيذ، لذلك في هذا البحث يتم وضع مصادر التيار المستمر والتيار المتردد كما هو موضح في الشكل (2).

ونظراً لتكامل مصادر التيار المتردد، يلزم وجود مفاتيح ثنائية الاتجاه وبسبب استخدام جميع المفاتيح في كل جزء لتزويد منافذ التيار المتردد ثلاثية الطور على طول مع (DGs) المستندة إلى (DC)، كما يجب أن تكون جميع المفاتيح ثنائية الاتجاه، حيث أن هذا يعني بغض النظر عن نوع (DG) المستندة إلى (DC) (أحادي الاتجاه أو ثنائي الاتجاه)؛ فإن تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه متاح لجميع المنافذ.

وبالمقارنة مع الهيكل الفردي القائم على المحول لتكامل الشبكة لمصادر التيار المتردد (n) ومصادر التيار المستمر، وذلك كما هو موضح في الجدول التالي (1)، تتطلب (UMPEC) المقترحة (3n + m) مفاتيح أقل، وعلاوة على ذلك؛ يمكن تلخيص مزايا (UMPEC) المقترحة بالمقارنة مع الهياكل التي تم اختراعها مؤخراً على النحو التالي:

• يمكن أن تدمج (UMPEC) المقترحة كلاً من (DC) و (AC) المستندة إلى (DGs)، ومع ذلك؛ فإن المحولات المعروضة تكون قادرة فقط على دمج المصادر القائمة على (DC).

• في المحول المقترح، يتم تنفيذ ربط الشبكة من خلال هيكل موحد، والذي يستخدم نفس دائرة التبديل مثل منافذ التيار المتردد الأخرى، وذلك على الرغم من أن المحول الفردي مع دائرة التبديل الخاصة به مطلوب.

• يمكن استخدام المحول الموحد المذكور فقط لدمج (DGs) القائمة على التيار المتردد، ومع ذلك؛ فإن (UMPEC) المقترح قادر على دمج (DGs) القائمة على (DC) و (AC).

• يمكن أن تقلل (UMPEC) المقترحة عدد مفاتيح الطاقة الإلكترونية بشكل كبير مقارنة، والتي كانت تستخدم التكوين المتوازي لمحولات (DC-DC) و (DC-AC) التقليدية لإنشاء هيكل موحد.

مبدأ التشغيل: حسب تم ذكره سابقاً في (UMPEC) المقترح، تتم مشاركة جميع المفاتيح في كل جزء بين جميع مصادر التيار المتردد والتيار المستمر الموجودة في تلك المحطة، لذلك يمر تيار المصادر المختلفة عبر جميع المحولات، مما يعني أن أوضاع التشغيل لكل منفذ قد تتأثر بالآخرين.

وللتغلب على هذه المشكلة في هذا البحث؛ فقد تم تطوير تقنية تعديل متجه متسلسل للفضاء لتوفير تحكم مستقل لجميع المنافذ. يتم تنظيم الجهد (DC-link) بواسطة منفذ جانبي للشبكة، وبالتالي يمكن التحكم في كل مصدر بشكل مستقل بحيث يتم ضمان تشغيله في أقصى نقطة للطاقة، وهو ما سيتم شرحه في القسم التالي.

تقنية التعديل المتسلسل للفضاء (MSSVM) المقترحة لـ (UMPEC)

في تعديل متجه الفضاء المتسلسل (SSVM)  والذي تم استخدامه للتحكم المستقل في مخرجات التيار المتردد، يتم تقسيم فترة التبديل إلى فترات فرعية (n + 1) وفقاً لمؤشر التعديل لكل منفذ تيار متردد، وفي كل فترة فرعية، يتم إنشاء الجهد المرجعي لمنفذ التيار المتردد المقابل عن طريق تبديل النواقل النشطة لهذا المنفذ.

وفي نفس الوقت، تولد هذه النواقل النشطة صفرًا متجهًا لمنافذ التيار المتردد الأخرى، وذلك كما هو مبين في الشكل السابق (2)، وذلك للتكامل الشبكي لمصادر (n AC) و (m DC) (في كل ساق)، والتي يمكن أن تكون (m) مختلفة للأرجل المختلفة؛ فإن المفاتيح (n + m + 2) مطلوبة في كل رجل، ولتجنب قصر الدائرة في وصلة (DC)، وذلك كما هو موضح في الجدول التالي (2).

كما يجب أن تكون مفاتيح (n + m + 1) في كل ساق في وضع التشغيل، وذلك فيما يتعلق بهذا الجدول وبإزالة الحالة غير الصالحة؛ فإنه يمكن تحقيق متجهات فردية نشطة وصفرية لمنافذ التيار المتردد المختلفة كما هو موضح في الجدول التالي (3).