التحكم بالوضع الانزلاقي لمرشح القدرة الكهربائية ثلاثي الأطوار

أهمية التحكم بالوضع الانزلاقي لمرشح القدرة الكهربائية ثلاثي الأطوار

تلعب الكهرباء دوراً محورياً في المجتمع الحديث، وخاصةً مع تطور أجهزة إلكترونيات القدرة، وعلى الرغم من تحسن أداء العديد من الأنظمة الكهربائية والإلكترونية؛ فإنه حتماً يتم إضافة عدد كبير من المركبات التوافقية إلى شبكة الطاقة، مما يتسبب في حدوث تشويه خطير في جودة الطاقة في الوقت نفسه، وفي الوقت الحاضر، أصبح قمع التوافقيات وسيلة مهمة لتحسين جودة الطاقة الكهربائية.

كما أن (APF) هو جهاز إلكتروني جديد للطاقة يمكنه توليد تيارات تعويضية في الشبكة الكهربائية لتعويض التيارات التوافقية التي قد تلحق أضراراً جسيمة بنظام الطاقة، بحيث يمتلك (APF) تطوراً سريعاً وآفاقاً ساطعة في التطبيق، ونظراً لأن (APF) يعمل بشكل أفضل من المرشح السلبي في حجمه الصغير ووزنه الخفيف واستجابته الديناميكية السريعة، كما ويتأثر بشكل معتدل بمقاومة النظام وما إلى ذلك.

وفي السنوات الأخيرة، تم تقديم الكثير من طرق التحكم المتقدمة للتحكم في (APF) والأنظمة غير الخطية، حيث اقترح (Panigrahi) و (Subudhi) مخطط التحكم اللانهائي القائم على مرشح كالمان لنظام مرشح الطاقة النشط (SAPF) ثلاثي الأطوار لتحسين جودة الطاقة، ولتحسين أداء النظام باستخدام (PFs) الحالية؛ فقد قدم (Bubshait) و (Simoes) مرشح طاقة نشط قائم على نظرية الطاقة المحافظة مع وحدة تحكم من النوع الثاني لتعويض التوافقيات.

كذلك استخدم استراتيجية تحكم لمرشح طاقة نشط هجين مكون من ثلاثة أسلاك متحكم فيه بواسطة الثايرستور، والذي يمكنه موازنة القوة النشطة وتعويض الطاقة التفاعلية والتيارات التوافقية في ظل التحميل غير المتوازن، بحيث تم تطوير وحدة تحكم تكيفية في الإخراج والتغذية الراجعة، كما تم اقتراح استراتيجية تحكم بدون أجهزة استشعار للتخفيف التوافقي الانتقائي.

وفي السنوات الأخيرة، حظيت تقنيات التحكم في الرجوع للخلف باهتمام كبير بسبب منهجية التصميم المنتظم للتحكم في التغذية الراجعة غير الخطية، حيث الفكرة الرئيسية لتقنية (backstepping) هي اختيار بعض الوظائف المناسبة بشكل متكرر لمتغيرات الحالة كمدخلات تحكم وهمية للأنظمة الفرعية ذات البعد الأدنى للنظام العام.

كما اعتبرت مشكلة تصميم التحكم في التغذية الراجعة الغامضة التكيفية لفئة من الأنظمة غير الخطية المبدلة، كما تم حل مشكلة التحكم في تتبع المسار للمركبات الجوية غير المأهولة في ظل وجود شكوك في النمذجة واضطرابات خارجية. مع الجمع بين تقنية (backstepping) التكيفية ونهج الكسب الصغير، بحيث تمت دراسة وحدة تحكم تتبع غامض تكيفية لفئة من الأنظمة غير الخطية ذات المدخلات الفردية والمخرجات الأحادية غير المؤكدة ذات الديناميكيات غير النموذجية والاضطرابات الديناميكية.

مبدأ عمل مرشح القدرة الكهربائية النشط

يوضح الشكل التالي (1) مخطط الكتلة لمرشح الطاقة النشط للتحويل ثلاثي الطور، بحيث يتكون (APF) من وحدة الكشف عن التيار التوافقي ونظام التحكم والدائرة الرئيسية، كما يتم استخدام الاكتشاف السريع للتيار التوافقي الذي يعتمد على نظرية الطاقة التفاعلية اللحظية على نطاق واسع في وحدة الكشف عن التيار التوافقي.

كذلك يمكن تقسيم نظام التحكم إلى جزئيين منفصلين، وهما نظام التحكم الحالي لضمان التتبع الدقيق للتيار المرجعي ومنظم الجهد المستمر لتحقيق توازن الطاقة بين جانب التيار المستمر وجانب التيار المتردد عن طريق تنظيم جهد التيار المستمر إلى قيمته المرجعية.

كما أن الدائرة الكهربائية الرئيسية التي تحتوي على أجهزة تبديل الطاقة تولد تيارات تعويضية وفقاً لإشارة التحكم من نظام التحكم ومبدأ العمل الأساسي لمرشح الطاقة النشط هو كما يلي، أولاً اكتشف التيار التوافقي من نظام الطاقة، ثم قم بإنتاج تيار التعويض الذي يساوي في الاتجاه المعاكس للتيار التوافقي، مما يلغي التيار التوافقي في شبكة الطاقة.

في الشكل السابق، (vs1 ، vs2 ، vs3) هي الفولتية للشبكة الكهربائية، كذلك (is1 ، is2 ، is3) هي تيارات الطاقة، كما إن (iL1 ، iL2 ، iL3) هي تيارات الحمل و (v1 ، v2 ، v3) هي الفولتية لنقاط الربط العامة| أما كل من (i1 ، i2 ، i3) هي تيار تعويض (APF)، (C) هو مكثف جانب (DC)، (vdc) هو جهد (C) و(idc) هو تيار (C)، أما (Lc) هو محاثة جانب التيار المتردد، (Rc) هو المقاومة المكافئة.

كما يتم تقديم النموذج الديناميكي لـ (APF) في الجزء التالي، بحيث يتم الحصول على معادلات الدائرة عند تطبيق قواعد كيرشوف على هذا النظام.

بحيث حيث تكون معلمة (νMN) هي الجهد الكهربائي بين النقطة (M و N)، وبافتراض أن (v1 + v2 + v3 = 0  i1 + i2 + i3 = 0).

كما تشير وظيفة التبديل (ck) إلى حالة التشغيل أو الإيقاف لجسر الترانزستور ثنائي القطب المعزول للبوابة (IGBT) والذي يمكن تعريفه على النحو التالي:

حيث (k = 1،2،3)، كما يجب الوضع في الاعتبار أن (vkM = ckvdc)، كما ويصبح:

بحيث يتم تعريف (dnk)، والتي تسمى وظيفة التبديل على أنها:

كما وتشير الصيغة أعلاه إلى أن (dnk) يعتمد على (n) من حالة (ON / OFF) وعدد الطور، وبمعنى آخر؛ فإنه يرتبط ارتباطاً وثيقاً بوظيفة التبديل (c)، وعلاوة على ذلك واستناداً إلى المعادلة السابقة وبالنسبة لحالات التبديل الثمانية المسموح بها لـ (IGBT)؛ فإنه يمكن الحصول على علاقة التحويل بين (ck) و (dnk) من خلال المصفوفة التالية:

ومن ناحية أخرى، يمكن الحصول على المعادلة التالية من جانب (DC) من خلال:

كما تم في هذا البحث اقتراح التحكم في ضبابية الوضع الانزلاقي العام للخلف على أساس الشبكة العصبية مع متشعب وضع انزلاقي متناسب (PID) لمرشح طاقة نشط ثلاثي الأطوار (APF)، بحيث يتكون هذا النظام من وحدة تحكم الوضع الانزلاقي العامة (PID) للخلف ومقرب عدم اليقين الغامض والمقدر العصبي، بحيث يمكن أن تكون عملية تصميم وظيفة (Lyapunov) ووحدة التحكم منهجية ومنظمة من خلال التصميم العكسي عن طريق التحكم في الخلفية.

وأخيراً تمت دراسة خوارزمية تحكم فعالة للخلفية الخلفية للتحكم في ضبابية الوضع الانزلاقي العام باستخدام الشبكة العصبية وتم تحليل الأداء لنظام (APF)، بحيث يتم تحقيق تحسين جودة الطاقة من حيث إلغاء التوافقيات الحالية بشكل مثالي بالإضافة إلى تحسين عامل الطاقة من خلال استراتيجية التحكم المصممة، وبالإضافة إلى ذلك يتمتع هذا النهج بثلاث مزايا ممتازة مثل:

• أنه يمكن ضمان المتانة العالمية واستجابة النظام الأسرع من خلال التحكم في الوضع الانزلاقي العالمي وكذلك يمكن تقييد الخطأ الثابت من خلال مصطلح التكامل.

• أنه يمكن التخلص من الثرثرة من خلال جهاز التحكم الضبابي وتجنب حدوث خلل في (IGBT. 3)، بحيث تقدر (RBF NN) الخصائص الديناميكية غير المعروفة لـ (APF) على الرغم من الاضطرابات والشكوك الخارجية.

وعلاوة على ذلك، تم إجراء بعض المقارنات لإثبات تفوق الخوارزمية المقترحة. تتوافق عمليات المحاكاة المقدمة بشكل كبير مع تحليل النظرية، مما يؤكد كفاءة ودقة خوارزمية (NNBGSFMC).