اقرأ في هذا المقال
ضرورة التحكم بمحول مصدر الجهد الكهربائي في شبكات AC
أصبحت أنظمة تحويل الطاقة المتقدمة ذات المنافذ الكهربائية المتعددة وأساليب التحكم الخاصة بها في الوقت الحاضر في دائرة الضوء لاتجاهات البحث الحالية في الهندسة الكهربائية، حيث أن الأسباب الرئيسية وراء دورهم المتنامي هي وقبل كل شيء، الحاجة إلى زيادة كفاءة ومرونة محولات الطاقة في سياق يتم فيه توزيع مصادر الطاقة المتجددة (RES) بشكل متزايد، والتي بدورها تعمل كمحرك مهم لرقمنة نماذج أنظمة الطاقة الكهربائية في قطاع الطاقة.
كما أصبحت النماذج الرقمية للمحاكاة الديناميكية والعابرة لأنظمة تحويل الطاقة حجر الزاوية للبحث في أنظمة التحويل المتقدمة متعددة المنافذ من أجل التنبؤ بسلوكها في ظروف غير متوقعة ولكنها أكثر تواتراً في هذا السياق؛ فإن ضعف شبكات التيار المتردد بسبب التأثير الديناميكي للشبكات القريبة ذات المحتوى العالي من (RES) المستندة إلى الطاقة الإلكترونية أو تحديات الاستجابة بالقصور الذاتي هي سيناريوهات قد تتطلب تصميماً جديداً لمخططات التحكم أو معلمات جديدة.
لذلك، تعد عمليات المحاكاة أداة قوية لدراسة مثل هذه السيناريوهات وإعادة تصميم مخططات التحكم، ولأنها تسمح بالعمل مع تمثيلات مبسطة لأنظمة تحويل الطاقة متعددة المنافذ لدراسات النظام الكبيرة، إلى جانب ذلك ومع التحكم التعاوني المتكرر بشكل متزايد بين الأجهزة وظهور أنظمة واستراتيجيات التحكم متعددة الأغراض؛ فإنه يكتسب ضبط معلمات التحكم للأجهزة تعقيداً، حيث قد تكون الصدى بين أنظمة التحكم أو بين أنظمة التحكم ومعدات الطاقة تظهر.
وعلاوة على ذلك؛ فإن استكشاف درجات إضافية من الحرية في وحدات التحكم التي توفرها معلمات إضافية، وبخلاف معلمات التحكم المتناسبة أو المتكاملة، كما يضيف مرونة للتعامل مع هذه التعقيدات. من بين أنظمة تحويل الطاقة المتقدمة متعددة المنافذ هذه، بحيث يبرز محول مصدر الجهد (VSC) على منافسه، كذلك محول المصدر الحالي (CSC)، حيث إنه قادر على تحقيق تحكم منفصل في الطاقة النشطة والمتفاعلة وإدارة تحكم أعلى مستوى شبكات التيار المستمر.
وعادةً ما تتكون مخططات التحكم في (VSCs) من مرحلتين، من ناحية مرحلة الحلقة الخارجية، والتي تهدف إلى التحكم في القدرة التفاعلية أو الجهد المستمر، ومن ناحية أخرى مرحلة الحلقة الداخلية، والتي الهدف هو التحكم في التيارات عند نقطة اقتران مشترك (PCC)، بحيث يتم استخدام هذه التيارات أو على الأقل نسخة محولة منها، والتي يتم إجراؤها من خلال مؤشرات التعديل أو الإدراج.
تحليل مقارن لهياكل التحكم الرنانة لأمر عدد صحيح
في هذا القسم، تتم مقارنة أنواع مختلفة مختارة من معماريات التحكم في العلاقات العامة ذات الترتيب الصحيح وفقاً لسلوك ترددها، كما تمت تغطية تأثير معلمات التحكم المتكاملة والتناسبية لوحدات التحكم في العلاقات العامة على مخطط البودات (النقاط) وامتدادها للتسلسل العكسي والتعويض التوافقي بشكل كافٍ في الدراسات، حيث أن الغرض من هذا القسم هو توضيح الاختلافات الرئيسية بين أنواع أجهزة التحكم في العلاقات العامة قبل تضمين شروط الطلب الجزئي فيها.
وفي هذه المقارنات؛ فإن الهيكل المرجعي الأساسي هو وحدة التحكم في العلاقات العامة المثالية، والتي يشار إلى وظيفة النقل الخاصة بها (GOLIPR) في مجال لابلاس في المعادلة التالية:
وكما هو موضح في المقدمة، تم العثور على تعديلات مختلفة لوظيفة نقل العلاقات العامة المثالية في الدراسات وأحدها هو طوبولوجيا العلاقات العامة غير المثالية، والتي تظهر وظيفة النقل (GOLNIPR) في المعادلة التالية، حيث تمت إضافة مصطلح التخميد من الدرجة الأولى، (2ωcs) في المقام.
كما أن هناك تباين آخر في بنية العلاقات العامة المثالية هو طوبولوجيا العلاقات العامة المتجهة المعقدة، والتي تظهر وظيفة النقل (GOLCVPR)، في المعادلة التالي، والتي تتضمن مصطلحاً ثانوياً في البسط.
في المعادلات السابقة (kp و ki) هما معلمات التحكم التناسبية والمتكاملة، (ω) هو تردد الرنين و (c) هو تردد التخميد، بالرادار / ثانية، كما يتم تحويل وظائف نقل الحلقة المفتوحة المعروضة في المعادلات إلى هياكل حلقة مغلقة باتباع المعادلة الأخيرة مع مراعاة المكونات المقاومة والاستقرائية للمرشح، (Rf و Lf)، على التوالي.
وكون أن (OL) مرتفع؛ فإن وظيفة النقل ذات الحلقة المفتوحة و (CL) المرتفعة هي وظيفة النقل ذات الحلقة المغلقة، كما تتم مقارنة وظائف نقل الحلقة المغلقة المشتقة من هياكل التحكم في العلاقات العامة ذات الحلقة المفتوحة من حيث سلوك التردد الخاص بها في الشكل التالي (1)، ومن أجل أن التردد (ω = 314.159 راد / ثانية)، (ωc = 5 rad / s Rf = 0.1 أوم ، Lf = 1.8 mH، kp = 11.3 and ki = 628)، وذلك كما هو مطبق.
ولهذا الغرض، يتم تقديم حجم خطها ومخططات الطور لنطاق التردد الكهربائي المقابل للتسلسل المباشر، أي في محيط تردد الرنين الإيجابي. كما هو مبين في الشكل السابق عند تردد الرنين (314.159 راد / ثانية)، بحيث تقدم متحكمات العلاقات العامة المثالية وغير المثالية منحدراً في مخطط الحجم وقمة عند مخطط الطور.
كما يتم تنعيم المنحدر والقمة الملحوظة في طوبولوجيا العلاقات العامة غير المثالية مقارنةً بوحدة التحكم في العلاقات العامة المثالية، وهذا يعتمد على حجم مصطلح التخميد من الدرجة الأولى (2) درجة مئوية، وفي المقابل، لا تقدم طوبولوجيا العلاقات العامة المعقدة منحدراً أو أي ذروة طور في الحجم والرسم التخطيطي ولا ذروة في مخطط الطور، كما تشير درجة المنحدر حول تردد الرنين إلى اعتماد بنية وحدة التحكم على تقلبات التردد. المقارنة في الشكل السابق يدعمها التحليل.
أما بالنسبة لمعماريات التحكم في العلاقات العامة المستمدة من إدراج الفروع التكميلية للتغذية المرتدة، وفي الشكل التالي (2)؛ فإنه يتم تقديم الهياكل المختلفة واحدة تلو الأخرى (PR ، PRXF ، PRXC ، PRX2)، وذلك بناءً على التحليل الذي تم إجراؤه.
أيضاً يمكن ملاحظة أن كل من تكوينات (PRXF) و (PRX2)، بحيث تحتوي على فرع ملاحظات (jωLb)، بحيث يتم تجميعه عند إخراج وحدة التحكم، بينما لا يحتوي (PRXF) و (PRXC)، وفي المقابل تقدم طوبولوجيا (PRXC) و (PRX2) مصطلحات تخيلية معقدة في مقاماتها.
كما يوضح الشكل التالي (3) حجم الخط ومخططات الطور لوحدات تحكم العلاقات العامة ذات الحلقة المغلقة (PR ، PRXF ، PRXC ، PRX2)، والتي تم تعيين معلمات مرشح التيار المتردد لها على (Lf = 1.8) مللي أمبير، (Rf = 0.1 أوم)، بينما (Lb = 1.8) مللي أمبير، (kp = 3.3) و (ki = 628).
كما تقدم استجابات البودات لهياكل (PRXC) و (PRXC) المثالية ذات الحلقة المغلقة الموضحة في الشكل السابق (3) أقصى ميل عند تردد الرنين في التسلسل المباشر، (+314.159 راديان / ثانية)، وذلك مقارنةً ببنيات (PRXF ، PRX2)، ومع ذلك تحقق وحدة التحكم (PRXC) أيضاً انخفاضاً طفيفاً في منحدر الكسب فيما يتعلق بوحدة التحكم في العلاقات العامة المثالية.
وفيما يتعلق بمخططات طور البود ، فإن وحدات التحكم المثالية للعلاقات العامة و (PRXC) تقدم ذروة طور يمكن ملاحظتها عند تردد الرنين، في حين أن (PRXF) و (PRX2) يقدمان فقط تبايناً ضئيلاً، ومع ذلك؛ فإن مخطط (PRXC) ينعم ذروة الطور عند تردد الطنين فيما يتعلق بنظام العلاقات العامة المثالي.
