الممانعة الكهربائية وتحليل الاستقرار للعاكس ثلاثي الأطوار

تحليل الممانعة الكهربائية وتحليل الاستقرار للعاكس ثلاثي الأطوار

تم استخدام محولات مصدر الجهد المتصلة بالشبكة (VSCs) على نطاق واسع في نظام الطاقة لتوليد الطاقة المتجددة ونقل الطاقة المرن واستهلاك الطاقة الكهربائية، ونظراً لأن دمج المحولات الإلكترونية للطاقة يجلب عدم الخطية إلى الشبكات التقليدية؛ فقد تم الإبلاغ عن مشاكل استقرار مختلفة، والتي تنتج عن التفاعل بين (VSC) والشبكة  الكهربائية.

كما تم اقتراح العديد من الطرق لدراسة خاصية استقرار النظام، مثل كسب الحلقة وتحليل القيم الذاتية على أساس مساحة حالة النظام والسلبية، وهناك طريقة تعتمد على الممانعة، ومن بين هذه الطرق يوفر التحليل المعتمد على الممانعة نهجاً جذاباً لتحليل وحل مشكلات الاستقرار الناتجة عن التفاعل بين (VSC) والشبكة الكهربائية.

لذلك قام (Undrill) و (Kostyniak) بتحليل التذبذبات المتزامنة الفرعية لأنظمة الطاقة بناءً على ممانعات المولدات وشبكة النقل، كما تقدم المراجع معياراً للثبات للمحولات الكهربائية المتصلة بالشبكة بناءً على نماذج الممانعة ونظرية “غيرشغورين”، والتي تأخذ في الاعتبار تأثير العناصر غير القطرية، كما تم التحقق من ثبات الإشارة الصغيرة لنظام تيار متردد ثلاثي الطور باستخدام ممانعات إطار (d-q) المقاسة ومعيار استقرار “نيكويست” المعمم من قبل العلماء، ومع ذلك؛ فإن الأبحاث المذكورة أعلاه تستند إلى نظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك.

وبالإضافة إلى نظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك، يستخدم أيضاً نظام ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك على نطاق واسع في شبكة التوزيع. الفرق بين نظام ثلاثي الأطوار ثلاثي الأسلاك ونظام ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك هو ما إذا كان هناك مسار تيار صفري التسلسل، وذلك على الرغم من أن العديد من العلماء قد درسوا مشكلة الاستقرار في نظام الأسلاك الثلاثية المراحل؛ فإن الاستنتاجات حول الاستقرار تعتمد على المقاومة لا يمكن لطريقة التحليل أن تعكس حالة النظام بالكامل بسبب إهمال مكون التسلسل الصفري.

ومن أجل تحليل استقرار النظام رباعي الأسلاك ثلاثي الأطوار بما في ذلك استقرار التسلسل الصفري؛ فإنه من الضروري تحليل مسار الإرسال لإشارات اضطراب التسلسل الإيجابي والتسلسل السالب والتسلسل الصفري في كل حلقة تسلسل، ثم يمكن الحصول على علاقة مجال التردد بين إشارة الاضطراب والاستجابة كنموذج الممانعة، وذلك بناءً على نموذج نفسه، كما أنه يمكن تحليل مشكلة الاستقرار، ومع ذلك؛ فإن البحث ذي الصلة حول التسلسل الصفري غير موجود.

نمذجة الممانعة للعاكس ثلاثي الأطوار المتصل بالشبكة بأربعة أسلاك

من أجل إنشاء نموذج العاكس ثلاثي الطور رباعي الأرجل المتصل بالشبكة الكهربائية، أولاً من الضروري تحليل مسار الإرسال لإشارات اضطراب التسلسل الإيجابي والتسلسل السلبي والتسلسل الصفري في كل حلقة تسلسل وذلك للحصول على نماذج الإشارة الصغيرة المقابلة، ومن ثم يمكن اشتقاق نموذج الممانعة.

وصف النظام: يوضح الشكل التالي (1) مخطط كتلة العاكس المتصل بالشبكة رباعي الأطوار رباعي الأطوار والذي تم تناوله في هذه الدراسة، كما يشتمل مخطط كتلة التحكم في النظام على (PLL) وتأخير التحكم ووحدة التحكم في التيار الداخلي وتعديل (3D-SVM) وحدة.

كما يمكن تطبيق إشارات التحكم الأربع المسماة (Sa ، Sb، Sc ، Sn) للإشارة إلى إجمالي (16- 24) حالة تبديل للمحول، كذلك يمكن التعبير عن الفولتية في كل ساق من العاكس وهي المقاسة من النقطة السلبية للوصلة (DC-link N) على النحو التالي:

من خلال المصفوفة السابقة؛ فإنه يمكن التعبير عن نموذج الجهد على النحو التالي:

كما يوضح الشكل التالي (2) الدائرة المكافئة المستخدمة لتطوير نموذج الإشارة الصغيرة، حيث تشير (Δx) إلى اضطراب الإشارة الصغيرة لـ (x ، X)، كما يمثل قيمة الحالة الثابتة المقابلة، على سبيل المثال تشير (Δdsd) إلى اضطراب الإشارة الصغيرة لنسبة العمل و (Dsd) هي قيمة الحالة المستقرة لنسبة الواجب في المحور (d)، وفي هذا الطرح يُفترض أن جهد التيار المستمر للعاكس ثابت لتبسيط عملية النمذجة، وذلك بناءً على نموذج الإشارة الصغيرة أعلاه؛ فإنه يمكن اشتقاق نموذج الممانعة.

ونظراً لأن حلقة قفل الطور للإطار المرجعي المتزامن (SRF-PLL)؛ فإنه يتم تطبيقها على نطاق واسع للحصول على معلومات مرحلة الشبكة الكهربائية، كما وتؤثر خصائصها الديناميكية على استقرار النظام، لذلك من الضروري مراعاة (PLL) عند إنشاء نموذج الممانعة الكهربائية، كما يظهر مخطط كتلة (SRF-PLL) في الشكل التالي (3).

كما يوضح الشكل التالي (4) إطارات النظام ووحدة التحكم (d − q − 0)، بحيث يتطابق إطار النظام المطبق (d − q − 0) مع إطار وحدة التحكم (d − q − 0) في حالة ثابتة، وعندما تكون هناك اضطرابات في جهد الشبكة؛ فإنه بسبب الأداء الديناميكي لـ (PLL)، لذلك سيكون هناك فرق زاوي (Δθ) بين إطارات وحدة التحكم (d − q − 0) ونظام (d − q − 0) إطارات في (d -axis و q -)، بينما لا يزال المحور (0) متزامناً؟؟، كما يمكن التعبير عن مصفوفة وظيفة النقل من إطارات النظام (d − q − 0) إلى الإطارات (d − q − 0) بواسطة: