الهندسة الكهربائية

يتم الاعتراف على نطاق واسع العاكسات متعددة المستويات (MLIs) مع مجموعات مكثف بالتحول (SC) على نطاق واسع لتحسين جودة الطاقة.

في العقود الأخيرة، أصبحت الطاقة المتجددة جزءاً مهماً من مجال "توليد الطاقة" ككل، وفي أي نظام للطاقة المتجددة؛ فإنها تشكل محولات الطاقة الكهربائية الجزء المهيمن.

تبقى عملية تحويل ذروة الحمل الكهربائي بمثابة الموضوع الشائك هندسياً والذي يتطلب العديد من الإجراءات والاستراتيجيات، وبعد ذلك تتم مراجعة الأعمال المتعلقة بتحويل ذروة الحمل في الشبكات التقليدية.

حثت التطورات الحديثة في توليد الطاقة المتجددة وإنترنت الأشياء (IoT) على إدارة الطاقة لدخول عصر إنترنت الطاقة (IoE)، بحيث تتبنى (IoE) عدداً كبيراً من منشآت توليد الطاقة الموزعة.

تطورت تقنيات الدوائر الكهربائية المتكاملة (GaN) بشكل كبير خلال السنوات الأخيرة، حيث أن الميزة البارزة لترانزستورات (GaN) عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs)، كذلك كثافات الطاقة الناتجة التي لا مثيل لها.

يتم تصوير هيكل التحكم المقترح عادةً من خلال رسم تخطيطي خاص، بحيث يتم تنفيذ نهج الأحمال الرائدة، وعلى الأقل يعمل (VSC) واحد في شبكة صغيرة من الجزر في وضع التحكم في الجهد الكهربائي.

تقدم التحليلات الهندسية عادةً مخططاً للتحكم التنبئي (MPC) للنموذج القائم على الرتبة لمحولات مصدر الجهد (VSCs) التي تعمل في شبكة ميكروية منخفضة الجهد ومجتمع التيار المتردد مع طوبولوجيا متغيرة ديناميكياً.

تحدث بالعادة مشكلات جودة الطاقة والاستجابة الديناميكية الرئيسية في (MGs) بسبب قدرة "التوصيل والتشغيل" لعدد كبير من (DGs) والأحمال الكهربائية المتعددة، بحيث يؤدي الانتقال من الوضع المتصل بالشبكة إلى وضع الجزيرة والعكس.

يتم وضع مخططات التحكم التي تم استخدامها للتردد والجهد وتنظيم الطاقة لكل من (MGs) المتصلة بالجزيرة والشبكة مع التركيز بحيث تعتمد بشكل رئيسي على أهداف تقنية، كما يضمن نظام التحكم الذكي والقوي التشغيل.

يؤدي الاختراق المتزايد للشبكات الصغيرة (MGs) في أنظمة الطاقة الحالية وقدرة "التوصيل والتشغيل" للمولدات الموزعة (DGs) إلى حدوث تجاوزات كبيرة وأوقات استقرار إلى جانب مشكلات جودة الطاقة المختلفة.

تعتبر المحولات متعددة المستويات ذات الجهد المتوسط (MV) حلاً واعداً لأنظمة الخلايا الكهروضوئية (PV) على نطاق واسع لتلبية الطلب السريع على الطاقة الكهربائية.

في السنوات الأخيرة، أصبحت محولات توزيع الطاقة الإلكترونية (PEDTs) بديلاً جذاباً للمحولات التقليدية، كما ويرجع ذلك إلى صغر حجمها وأدائها الديناميكي المحسن وجودة طاقة أفضل.

الهدف من المكثف النشط هو استبدال المكثف الكهربائي التقليدي، لذلك يجب النظر في حجم ومكونات المحول ثنائي الاتجاه داخل المكثف النشط في المقام الأول.

ضمن قوانين التحكم الكهربائي؛ فإنه يتم تقديم المكثف النشط لفترة وجيزة متبوعاً باشتقاق طريقة التحكم المقترحة لأغراض الاعتماد.

يبقى المكثف النشط التقليدي يعاني من طريقة التحكم المعقدة أو الحاجة إلى مستشعر تيار باهظ الثمن، وذلك بناءً على المعادلات الرياضية المشتقة.

نظراً للنمو السريع لمنتجات الإلكترونيات الاستهلاكية؛ فإن محولات الطاقة (AC-DC) مع ميزة تصحيح عامل القدرة (PFC) تبقى مطلوبة.

تتمتع الأجهزة الإلكترونية ذات الأغشية الرقيقة بالعديد من المزايا مقارنة بالأجهزة السميكة التقليدية مثل التكلفة المنخفضة.

استناداً إلى مفهوم طوبولوجيا العاكس متعدد المستويات القائمة على المكثف المحول؛ فقد تمت التوصية بهيكل جديد لطوبولوجيا العاكس الكهربائي.

تُستخدم مصفوفات المكثفات القابلة للبرمجة (PCAs) على نطاق واسع في تصميم دارات الإشارات التناظرية والمختلطة، لا سيما في دوائر محول البيانات.

يعد الحفاظ على توازن الجهد للمكثفات أمراً مهماً لضمان التشغيل الموثوق به للعاكس، كما أن هناك عدة طرق للحفاظ على توازن الفولتية للمكثف.

يعد تحليل الأعطال من القطب إلى الأرض (PTG) ذا أهمية حيوية لشبكة التيار المباشر عالي الجهد (HVDC)، ومع ذلك لم يتم أخذ العديد من العوامل في الاعتبار.

نظراً لتطبيق هياكل الخطوط الفرعية المتعددة (MBLs) على نطاق واسع في شبكة توزيع (DC) المرنة المستقبلية؛ فهناك حاجة ملحة لتحسين موثوقية النظام.

من أجل التشغيل الآمن لنظام الطاقة؛ تعد قدرة التحميل الزائد لأجهزة التحويل الإلكترونية للطاقة خاصية مهمة، وعلاوة على ذلك يجب أن يكون من الممكن عزل الخطأ.

تستخدم النمذجة التحليلية لـ (MMC) تحت خطأ القطب إلى القطب الدوائر المكافئة المقترحة وهناك العديد من الدوائر المكافئة خلال مراحل الخطأ.

تظهر نمذجة المحول ثلاثي الطور، بحيث يحتوي كل ساق من ذراعين متصلين في سلسلة، كما يحتوي الذراع على (N) من الوحدات الفرعية المتطابقة.

أصبح المحول المعياري متعدد المستويات (MMC) من أبرز طوبولوجيا المحولات لتطبيقات التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) والتيار المستمر متعدد الأطراف (MTDC).

للحد من إجهاد الجهد الكهربائي ضغط التيار للمكونات تحت المستوى الأدنى، يتم التقليل من حجم بنوك المكثف وفقدان التوصيل.

في الوقت الحاضر، تعد محولات (DC-DC) ذات الجهد العالي مطلوبة في العديد من المجالات الصناعية، مثل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

تحافظ طرق التحكم التقليدية، مثل وضع التشغيل المجاني ووضع التشغيل المستقل عموماً على جهد مكثف ثابت للوصلة المستمرة.

في محولات (CBBPFC) التقليدية؛ تعمل مراحل التعزيز والعاكس بشكل مستقل أو مكمل، وفي المقابل تكون الطريقة المقترحة تعمل من خلال مرحلتين.