اقرأ في هذا المقال
تحليل السعة في أنظمة تحويل الطاقة الكهربائية لخط DC
من أجل تلبية متطلبات جودة الطاقة المشددة لرموز التيار الكهربائي الحديثة، كما تتبادل المحولات الكهربائية المتصلة بالشبكة التيار بأشكال محددة مسبقاً باستخدام الأداة المساعدة، وهذا يفرض على طاقة الشبكة اللحظية احتواء كل من مكونات التيار المستمر والنابض، وبشكل عام تتدفق الطاقة اللحظية ذات التحلل المماثل عبر جميع أطراف نظام تحويل الطاقة.
ومن أجل الحفاظ على توازن الطاقة، يصل مجموع مكونات “التيار المستمر للتيار المستمر” إلى الصفر في حالة ثابتة، ومن ناحية أخرى تختلف مكونات القدرة النابضة وفقاً لوظائف كل مصدر أو حمل، كما متصلة بنظام تحويل الطاقة، لذلك هناك حاجة إلى مكون موازنة القدرة النابضة للتعامل مع المجموع غير الصفري لجميع المكونات النابضة.
وعادةً ما يتم استخدام مكثف السائبة المتصل عبر رابط التيار المستمر لنظام “تحويل الطاقة”، ولهذا الغرض في مراحل، كما يعمل مكون تدفق الطاقة النابض على إنشاء تموج جهد رابط التيار المستمر، كما ويرتبط ارتباطاً مباشراً بتصنيف نظام تحويل الطاقة ويرتبط عكسياً بقيمة السعة السائبة، كما يجب أن يظل تموج ارتباط التيار المباشر بين الحدود المحددة، والتي تمليها عادةً كل من وظيفة نظام تحويل الطاقة وتصنيف الجهد للمكثف السائب.
كما تم اقتراح العديد من الأساليب التي تهدف إلى علاج أوجه القصور المذكورة أعلاه في الدراسات، كما تم اقتراح حل سلبي من قبل الباحثون هناك، كما تم إثبات أن مرشح الرنين الذي تم ضبطه بشكل صحيح بواسطة مجموعة مكثف ومحث متصل متسلسل، كما تم وضعه عبر رابط (DC)، وهو قادر على قمع مكون الطاقة النابض.
ومع ذلك؛ فإن التردد الأساسي المنخفض نسبياً للشبكة الكهربائية، بحيث ينتج عنه مرشح رنان ضخم، وعلاوة على ذلك وفي حالة وجود العديد من مكونات القدرة النابضة بتردد الشبكة؛ يتطلب النظام زوجاً من مكثف ومحث لكل تردد مهم، وبالإضافة إلى ذلك قد يكون انخفاض جهد المكثف أعلى من جهد الارتباط المستمر (اعتماداً على عامل جودة المرشح)، مما يستدعي زيادة معدل الجهد للمكثف الكهربائي.
كما تم تحقيق تخفيض سعة “وصلة التيار المستمر”، وذلك عن طريق تشويه تيار الإدخال مع دفع معامل القدرة من قريب نحو الحد الأدنى المسموح به، ومع ذلك وبصرف النظر عن كونها مرهقة ومتطلبة من الناحية الحسابية؛ فإن إضافة محتوى توافقي إلى التيار الكهربائي قد يكون غير متوافق مع أكواد الشبكة الكهربائية، وبالتالي لا يمكن اعتبار الحل عالمياً، وعلاوة على ذلك؛ فإن تقليل السعة الناتج غير مهم نسبياً.
مشكلة عدم تطابق الطاقة الكهربائية النابضة
يظهر في الشكل التالي (1) نظام تحويل طاقة مشترك موصّل بالتيار الكهربائي، كما يتألف من محول واجهة الشبكة الكهربائية (GIC) ومحولات المصب [N (DSC1 – DSCN)].
قد يتم تشويه جهد الشبكة الكهربائية بشكل عام، من خلال:
وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام (GIC) إما كمرشح طاقة نشط أو معوض طاقة تفاعلي، وهو متصل بالتوازي مع الحمل المحلي (ZL) من أجل تصحيح عامل القدرة عند نقطة التوصيل المشترك (PCC)، وبالتالي قد يتشوه تيار (GIC) أيضاً معطى بواسطة:
وبالمثل؛ فإنه يمكن وصف الجهد والتيار الكهربائي لعواكس المحولات النهائية (DSCx) بشكل عام بواسطة:
وعلى التوالي، وكما هو مبين في الشكل التالي (2) مع (η1) و (x)، والتي تدل على كفاءات (GIC) و (DSCx) على التوالي، وعادةً ما يقوم منظم الجهد الكهربائي (GIC)، وذلك بتنفيذ موازنة الطاقة النشطة للنظام (أي ∑Nx = 1Px = 0 مثبت في حالة ثابتة) عن طريق إجبار قيمة متوسط الجهد لوصلة التيار المستمر على اتباع نقطة ضبط محددة مسبقاً (VDC).
يعتبر هيكل التحكم في الجهد (GIC) لحالة معينة ولكن شائعة لجهد الشبكة الجيبية (أي V10 = 0 و V1n = 0 ، n> 1 في (1)) مبين في الشكل التالي (3))، حيث أن [i 1 (t)] هو الدخل المرجعي لهيكل التحكم الحالي، لذلك لوحظ أن تردد وصلة حلقة الجهد المستمر (ωvCO) يجب أن تفي به:
ولترك محتوى التردد لمكونات القدرة النابضة خارج عرض نطاق حلقة جهد (GIC)، وبالتالي تجنب تشويه تيار الشبكة الكهربائية، وبالتالي؛ فإن القدرة الآنية للحالة المستقرة لمكثف وصلة (DC) هي:
الحد من السعة الكهربائية النشطة
تكمن الفكرة وراء دوائر تخفيض السعة النشطة المتصلة بالتوازي (ACRC) في التخلص من الاقتران بين تموج السعة والجهد المعطى، بحيث وجد بأن استخدام طاقة السعة لوصلة (DC) ذات الحالة المستقرة تبلغ حوالي (6 ٪)، ومن ثم يمكن استخدام سعة أقل بكثير بمجرد إزالة اقتران المذكور أعلاه، وبالتالي؛ فإن محول (DC-DC) المنتهي بواسطة السعة الإضافية المطابقة للطاقة (CA) يحل محل المكثف السائب (CB) وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (3).
وعلى سبيل المثال؛ فإنه يتم الآن فصل ارتباط التيار المستمر وجهاز مطابقة الطاقة أثناء نقل مكون القدرة النابضة إلى السعة المساعدة (CA)، ومن الناحية العملية يجب أن تظل (CDC) ذات السعة الصغيرة متصلة عبر رابط (DC) من أجل امتصاص مكونات تيار تردد التبديل المتولدة عن تشغيل نظام تحويل الطاقة والتعامل مع بقايا التردد العالي لمكون الطاقة النابضة، والموجودة خارج النطاق الترددي لنظام التحكم (ACRC)، وهناك دلالة على جزء مكون القدرة النبضية (في مجال التردد) الذي تتم معالجته بواسطة (ACRC).
هيكل التحكم النموذجي: يحاكي تشغيل (ACRC) التقليدي ترشيح الطاقة النشط على النحو التالي، بحيث لاحظ أن تيارات وصلة التيار المستمر التي توفرها (GIC) و (DSCs) (انظر الشكل (3))، كما يمكن تقسيمها إلى (DC) ومكونات نابضة مثل:
كما تستشعر بنية التحكم النموذجية هذه التيارات وتلخصها، وبعد ذلك يتم التخلص من مكون التيار المستمر ويتم تجميع المكون النابض المتبقي بتيار مستمر صغير (i0)، مما يعكس خسائر (ACRC) الداخلية (التي يتم الحصول عليها من خلال حلقة تحكم إضافية في الجهد، مما يجبر متوسط قيمة (vA) على اتباع مرجع (VA) محدد مسبقاً)، وذلك لتشكيل تيار إدخال (ACRC) المرجع (i ∗ DC ، A).
ومن خلال الشكل التالي (4)، ومع وضع (DCE) و (VCA ، CC) لمزيل التيار المستمر ووحدة التحكم في الجهد ووحدة التحكم الحالية، على التوالي)؛ فإن حلقة التيار الداخلي مسؤولة كذلك عن ضمان التتبع الصحيح، ومن ثم؛ فإن مثل هذا (ACRC) يشبه مصدر التيار المتحكم فيه المتصل عبر خطوط (DC)، وكما هو موضح تحديداً من خلال الشكل (4-b)، بحيث لا تزال (GIC) تقوم بمهمة تنظيم جهد الوصلة (DC) في هذه الحالة.
كما يتمثل العيب الرئيسي لهذا النهج في ضرورة تركيب أجهزة استشعار التيار (N) في مواقع مختلفة، وعلاوة على ذلك يضيف إجراء (DCE) ديناميكيات غير مرغوب فيها وتأخيراً في حلقة التحكم، كما يجب أيضاً التأكيد على أن معطيات منظم الجهد الكهربائي (GIC)، كما يجب ضبطها مع الأخذ في الاعتبار (CDC) على أنها سعة وصلة (DC) لأن (vDC) يعكس توازن الطاقة النشط للنظام.
