وحدة التحكم الكهربائية التنبؤية الموزعة ذات الكفاءة الحسابية

أهمية وحدة التحكم الكهربائية التنبؤية الموزعة ذات الكفاءة الحسابية

تستخدم محولات مصدر الجهد (VSI) على نطاق واسع في تطبيقات العاكس المتصلة بالشبكة الكهروضوئية (PV)، بحيث لا يمكن تشغيلها إلا في وضع باك، وبالتالي تتطلب عموماً حلاً متعدد المراحل للواجهة مع سلاسل (PV) منخفضة الجهد الكهربائي، كما تقوم المرحلة الأولى بتحويل دفعة (DC / DC) وتتبع أقصى نقطة طاقة (MPPT) من (PV) وتنفذ المرحلة الثانية تحويل (DC / AC) باستخدام (VSI) الذي يعد استخدام طوبولوجيا العاكس متعدد المستويات المتتالي (CMI).

وعملياً لأنظمة حصاد الطاقة الكهروضوئية، حيث يمكن تشكيل (MPPT) لكل خلية (VSI)، وبالتالي تتطلب جهداً أقل عبر كل (VSI)، كما سيكون هذا أيضاً قادراً على معالجة عدم التطابق في خصائص الجهد والتيار للوحدة الكهروضوئية الناجم عن اختلافات التصنيع أو التناقضات في الإشعاع الشمسي، وفي هذه الورقة سيشار إلى كلتا القضيتين بشكل عام على أنهما عدم تطابق الكهروضوئية.

وبالإضافة إلى ذلك يمكن أن يقلل المحتوى التوافقي المتناقص لجهد الخرج (CMI) من متطلبات مرشح الخرج للالتزام بمعايير شبكة (THD)، ومع ذلك؛ فإن تكوين المرحلة المزدوجة لخلايا (CMI)، بحيث يقلل من كفاءة النظام الكلية ويتسبب في استجابة عابرة منخفضة وما إلى ذلك.

كما ستؤدي إزالة مرحلة تحويل تعزيز (DC / DC) وربط الخلايا الكهروضوئية إلى ناقل (DC) الخاص بهم إلى التخفيف من ذلك، ولكن سيؤدي إلى جهد ارتباط غير متوازن للتيار المستمر في ظل سيناريوهات عدم تطابق (PV) ويقلل من قدرة تشغيل (MPP).

كما يتمتع العاكس (Z-Source) الذي يتم تغذيته بالجهد (ZSI)، وببعض الفوائد مقارنة بمحرك (VSI / CSI) التقليدي ويمكنه تحقيق عمليات باك وتعزيز، وبالتالي يمكنه ربط الكهروضوئية بالشبكة مباشرة بطريقة أحادية المرحلة، كذلك يدمج (ZSI) شبكة مقاومة بين مصدر التيار المستمر وجسر العاكس، بحيث يسمح هذا بحالة تحويل إضافية، كما تسمى غالباً حالة إطلاق النار، مما يتيح إمكانات (باك / التعزيز).

لذلك؛ فإن العاكس شبه (Z) المصدر (qZSI) هو تحسين على (ZSI)، وذلك لأنه يمنع التيار المتقطع في الجانب الكهروضوئي، مما يزيد من عمر (PVs) ، بحيث يمكن لـ (qZSI) أن تحل محل الخلايا العاكسة التقليدية ذات الجسر الكامل لـ (CMI)، والتي يشار إليها باسم العاكس متعدد المستويات المتتالي شبه[ Z (qZS-CMI)].

ومع ذلك؛ فإن دمج نسبة واجب إطلاق النار المناسبة يتطلب تنفيذ مُعدِّل تحويل معقد، وبالإضافة إلى ذلك يجب أن يوفر التوليد الموزع (DG) خدمات إضافية لتحقيق شبكة مرافق مرنة، كما وتتطلب هذه الميزة مخطط تحكم متعدد الحلقات معقداً عند استخدام أساليب التحكم الكلاسيكية خاصة لـ (qZS-CMI).

وصف نظام التحكم الكهربائي المقترح

يوضح الشكل التالي (1) (qZS-CMI) جنباً إلى جنب مع مخطط التحكم في القدرة النشطة والمتفاعلة المنفصلة التنبؤية، كما يتم توصيل (qZS-CMI) من خمسة مستويات بشبكة أحادية الطور (120- VRMS)  (60) هرتز، كما تعمل وحدة التحكم في وضعين للتشغيل:

• وضع الشبكة العادي عندما لا يزيد انخفاض جهد الشبكة عن (10٪) من تصنيفها، وفي هذا الوضع يتم تشغيل تقنية (MPPT) لحصاد الطاقة القصوى العالمية من الخلايا الكهروضوئية.

• وضع (LVRT) لانخفاض جهد الشبكة بأكثر من (10٪) عتبة، وفي هذا الوضع، سينتقل (qZS-CMI) من عملية (MPP) إلى دعم الشبكة بناءً على استراتيجيات حقن الطاقة التفاعلية (RPI) المرغوبة.

وضع الشبكة العادي: يتم استخدام (MPPT) المعدل القائم على (Perturb and Observe) مع قيود توليد الطاقة التكيفية لإنشاء مرجع التيار الكهروضوئي أو مرجع إدخال qZSI) (L1،1، L1،2))، بحيث يتم استخدام جهازي تحكم (PI) مستقلين لكل من خلايا (qZSI)، وذلك لإنشاء المرجع الحالي النشط الذي يعطي عند الجمع الرقم الإجمالي المطلوب للحقن في الشبكة بواسطة (qZS-CMI).

في هذا الوضع، كما يتم الاحتفاظ بمكون الطاقة التفاعلية (iq) عند الصفر، مما يجعل (qZS-CMI)، بحيث يضخ طاقة نشطة بحتة في الشبكة الكهربائية، كما تم تحويل المعرف النهائي و (iq) بعد ذلك إلى إطار ثابت لتكوين (ia)، كذلك المرجع جنباً إلى جنب مع المراجع (iL1،1) و (iL1،2) من خوارزمية (MPPT)، بحيث تحتوي خوارزمية (MPPT) على نقطة طاقة تكيفية لتسهيل تشغيل الوضع المزدوج للنظام المقترح، كما تم شرح خوارزمية (MPPT).

وضع ركوب الجهد المنخفض: يتم تشغيل هذا الوضع عندما يكون جهد الشبكة أقل من 90٪ من المقدار المقدر، بحيث يتم استخدام (PLL) مع مُولِّد إشارة متعامد (OSG)، وهو مُدمج معمم من الدرجة الثانية (SOGI) لاكتشاف مقدار جهد الشبكة بالإضافة إلى زاوية طورها عند (PCC) لمخطط التحكم كما هو موضح في الشكل السابق (1) و (LVRT) يتم اختبار أداء تشغيل الوضع لثلاث استراتيجيات حقن طاقة تفاعلية، وهو متوسط ثابت للطاقة النشطة وتيار ذروة ثابت وتيار نشط ثابت.

في استراتيجية متوسط ​​الطاقة النشطة الثابت، كما تتم إضافة مرجع الطاقة التفاعلية إلى أقصى طاقة حقيقية يتم تسخيرها من (PVs)، وذلك لتحديد التيار الإجمالي الذي سيتم حقنه في الشبكة، وفي استراتيجية تيار الذروة الثابتة، خاصةً إذا تجاوز مجموع مكونات التيار النشط والمتفاعل الحد الأقصى الحالي، بحيث تنخفض الطاقة الحقيقية من (PV) إلى يمين منحنى (PV).

كما يحافظ هذا على قيمة الذروة الحالية ضمن الحد المحدد مسبقاً، مما يوفر حماية متأصلة للتيار الزائد أثناء ظروف (LVRT)، لذلك؛ فإن الاستراتيجية الحالية النشطة المستمرة هي الحل الوسط للطريقتين الأخريين.

كما أنه لا يتم زيادة المكون الحالي النشط للتعويض عن انخفاض الجهد، وذلك على عكس استراتيجية الطاقة النشطة ذات المتوسط ​​الثابت، وبالتالي سوف يقلل من الطاقة النشطة المحقونة في الشبكة، كما تظهر مخاطر التيار الزائد مع هذه الاستراتيجية ولكنها أقل حدة من متوسط ​​استراتيجية الطاقة النشطة الثابتة.

 توليد الطاقة التكيفي مع (MPPT): بينما يعمل هذا النظام مع وحدة تحكم مركزية مشتركة بين جميع الوحدات الكهروضوئية للأنظمة؛ فإن كل وحدة (PV)، بحيث تحتوي على خوارزمية (MPPT) الخاصة بها، حيث تقوم بضبط الطاقة وفقاً لحالة الشبكة.

كما يسمح هذا لكل وحدة (PV) بالعمل بشكل مستقل، مما يجعل النظام أكثر قوة لظروف عدم التطابق الكهروضوئي، كما يوضح الشكل التالي (2)، وهو الخوارزمية التي تحل محل (MPPT) التقليدي، وهذا يسمح بسحب نقطة القدرة بعيدًا عن (MPP)، وذلك وفقاًَ لاستراتيجية (RPI)، بحيث يتم تعديل خوارزمية (MPPT) لتلتزم بما يلي:

وفي وضع (MPPT)، بحيث يتم تعيين (Plim) على أقصى طاقة يمكن استخلاصها من سلاسل [PV (PMPP)]، وبالتالي تعمل الخوارزمية كمتتبع (MPP)، وفي وضع (LVRT)، بحيث يمكن تعديل (Plim)، وذلك وفقاً لاستراتيجية (RPI)، وذلك عندما يتجاوز [PPV (k) Plim (k)]، بحيث يتناقص المرجع الحالي ويزيد جهد التشغيل ويسحب نقطة التشغيل إلى يمين (MPP) (وفقاً لمنحنى خاصية P-V).