الإزالة التوافقية للعاكس المتصل بالشبكة الكهربائية ثلاثية الطور

تحليل الإزالة التوافقية للعاكس المتصل بالشبكة الكهربائية ثلاثية الطور

مع توقع ارتفاع أسعار الوقود الأحفوري على المدى الطويل وانخفاض أسعار الخلايا والوحدات الكهروضوئية (PV)، تستمر أنظمة الطاقة الكهروضوئية في النمو حول العالم وتصبح واحدة من أقل الخيارات تكلفة للكهرباء المتجددة، وذلك مع “الاختراق العالي للأنظمة الكهروضوئية” في الشبكة الكهربائية، بحيث يصبح تأثير الأنظمة الكهروضوئية على الشبكة أكثر أهمية.

وهناك واحدة من أهم القضايا، وهي جودة الطاقة من المحولات الكهربائية المتصلة بالشبكة، لذلك قد يقوم العاكس المتصل بالشبكة بحقن المركبات التوافقية، وبالتالي تلويث الشبكة الكهربائية، حيث حددت (IEEE Std- 929-2000) أن التشويه التوافقي الكلي لتيار الشبكة المحقون يجب أن يكون أقل من (5٪)، لذلك من المهم تنظيم العاكس المتصل بالشبكة لتحقيق حقن التيار الكهربائي الجيبي.

كما تم الإبلاغ عن العديد من مقترحات التحكم المثيرة للاهتمام في العقود الماضية، بحيث تم اقتراح طريقة لتحسين تيار خرج العاكس باستخدام رفض اضطراب التغذية الأمامي الحالي للمكثف، كذلك هناك طريقة عبر تغذية الشبكة إلى الأمام والتحكم في الرنين متعدد التوافقيات لتحسين الجودة الحالية وطريقة أخرى مثيرة للاهتمام بالأمر، بحيث حققت الإلغاء التوافقي للمحولات المتصلة بالشبكة عن طريق التوزيع العشوائي لمعامل ضبط لوحدة التحكم الحالية.

لذلك لاحظ أن الطرق المذكورة أعلاه خاصة بالعاكسات أحادية الطور المتصلة بالشبكة، وبالنسبة للمحولات ثلاثية الطور المتصلة بالشبكة؛ فإنه ينبغي النظر في المتطلبات الإضافية، كما يجب أن يتبع تيار الشبكة مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة بقيمة تيار محددة مسبقاً. لهذا السبب تم اقتراح العديد من حلقات الطور المقفل في السنوات الأخيرة.

كما تم الوصول الى طريقة لاستخراج جهد التتابع الموجب للتردد الكهربائي الأساسي بناءً على التحولات الرياضية البسيطة، وهناك طريقة أخرى مثيرة للاهتمام تستخدم فيها حلقة إغلاق طور الإطار المرجعي المزدوج المتزامن المنفصل، وعملية التحسين يُستخدم فيها حلقة مقفلة طور إطار مرجعي متزامن تكيفي.

فيما بعد تم الإبلاغ عن حلقة مقفلة بالطور تعتمد على إطار مرجعي متعدد، وذلك لاستخراج مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة، أيضاً تم استخدام التحكم (PI) القائم على الإطار المرجعي المتعدد للحفاظ على مجموعة متوازنة من التيارات الجيبية ثلاثية الطور، ومع ذلك تتطلب الطريقة العديد من تحويلات الإطار المرجعي وزيادة العبء الحسابي، لذلك تحتاج الحلقة المغلقة واستراتيجية التحكم بدون أي تحولات في الإطار إلى مزيد من التحقيق.

استراتيجية التحكم المقترحة بالإزالة التوافقية

يوضح الشكل التالي (1) المخطط التخطيطي لعاكس متصل بالشبكة ثلاثي الأطوار، حيث يتم استخدام مرشح (LCL) لتخفيف التوافقيات عالية التردد الناتجة عن التبديل، كما أن هدف التحكم هو حقن التيارات الجيبية في الشبكة، والتي تتوافق مع معيار (IEEE) ذي الصلة.

وفي الممارسة العملية؛ فإنه يتم تلويث جهد الشبكة بالتوافقيات، والتي يمكن التعبير عنها رياضياً كـ المعادلة (1)، حيث (U + M) و (0) هما السعة والتردد الزاوي لمكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة ثلاثي الطور على التوالي، كذلك (N) هو الترتيب التوافقي، (UN ، N)، هما السعة والمرحلة للمكون التوافقي لجهد الشبكة على التوالي.

في هذه الحالة، يجب أن يتبع تيار الشبكة مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة ثلاثي الطور، كما يتم تعريف المرجع الحالي على النحو التالي:

ومن المعادلة (2)، يمكن ملاحظة أنه يجب تقدير مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة للجيل المرجعي الحالي ، والذي يمكن تحقيقه من خلال طريقة جديدة مقترحة في الشكل السابق (2)، و الفكرة الأساسية للطريقة المقترحة هي إزالة مكون التسلسل السلبي الأساسي وتخفيف المكونات التوافقية لجهد الشبكة باستخدام مرشحات المعامل المركب.

كما تختلف عن الطريقة التقليدية الى الطريقة المقترحة بشكل  بسيط، كما وتعتمد على إطار (abc) دون الحاجة إلى أي تحويل إطار، بهذه الطريقة يمكن تحقيق التقدير السريع والدقيق لمكون التسلسل الإيجابي الأساسي، كما يمكن الحصول على المعادلات الرياضية التالية من الشكل السابق (2)، حيث أن (i = a) أو (b) أو (c.ωC) هو تردد القطع و (C = 0.707ω0) في هذه الدراسة.

وباستخدام كل من المعادلتين (3) و (4)؛ فإنه يمكن التعبير عن وظيفة النقل لمكون التسلسل الإيجابي الأساسي المقدر على النحو التالي:

حيث أن حجم F (s) هو:

من المعادلتين (5) و (6)، يمكن استنتاج أن مكون التسلسل السلبي الأساسي قد تم التخلص منه وتخفيف المكونات التوافقية، بينما يظل مكون التسلسل الإيجابي الأساسي لجهد الشبكة ثلاثي الطور دون تغيير دون أي توهين أو تحول في الطور.

كما يوضح الشكل التالي (3 -a) تنفيذ الطريقة المقترحة، كما وتجدر الإشارة إلى أن المعامل المركب (j)، بحيث يمكن تنفيذه بذكاء في إطار (abc) والطريقة المقابلة موضحة في الشكل (3-b)، وباختصار يمكن الحصول على مكون التتابع الموجب للتردد الأساسي لجهد الشبكة ثلاثي الطور بالطريقة المقترحة في الشكل (3-b)، ومن ثم يمكن الحصول على المرجع الحالي بسهولة من (2).

ومن أجل التأكد من أن الشبكة الحالية تتعقب المرجع الحالي؛ فإنه يتم استخدام استراتيجية التحكم في الحلقة المغلقة بشكل عام، كما يظهر الرسم التخطيطي أحادي الخط لهيكل التحكم للعاكس ثلاثي الأطوار المتصل بالشبكة في الشكل التالي (4)، حيث أن [C (s)] هي وحدة التحكم الحالية، (K) هي كسب تعديل عرض النبضة (PWM)، (R2) هو المقاوم المستخدم للتخميد السلبي و (Ug) هو جهد الشبكة.