خوارزمية تعويض الخطأ للمحولات المتصلة بالشبكة ثلاثية الطور

تحليل  خوارزمية تعويض الخطأ للمحولات المتصلة بالشبكة ثلاثية الطور

يعد المحول المتصل بالشبكة ثلاثي الأطوار مهماً جداً للعديد من التطبيقات مثل أنظمة تحويل الطاقة المتجددة وفلاتر الطاقة النشطة وشاحن بطاريات السيارات الكهربائية ومعوضات (VAR) الثابتة وإمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) وأنظمة تخزين الطاقة الكهربائية، كما تعد الحلقة المقفلة الطور (PLL) واحدة من أهم أجزاء هذه الأنظمة لتحقيق تحكم في الطاقة النشطة والمتفاعلة المنفصلة للمحولات المتصلة بالشبكة الكهربائية، بحيث تتطلب المزامنة بين الشبكة والمحولات معلومات طور دقيقة لجهود الشبكة.

ومن بين أنواع مختلفة من (PLLs) ثلاثية الطور، وهي الإطار المرجعي المتزامن  (SRF-PLL)، (PLL) (يستخدم في الغالب لاكتشاف زاوية الطور لجهد الشبكة لبساطته وقوته، كما يمكن لـ (SRF-PLL) تقدير زاوية المرحلة للنظام ثلاثي الأطوار بدقة عالية وبسرعة عالية، ومع ذلك؛ فإن الأخطاء الناتجة عن إزاحة قياس الإشارة ودوائر التكييف أو التوافقيات أو أي نوع من اختلالات السعة تؤثر بشكل خطير على أداء (PLL).

وبالتالي؛ فإن الأداء الديناميكي للشبكة يمكن أن تتحلل أنظمة المحولات الكهربائية المتصلة، بحيث يمكن العثور على مجموعة متنوعة من (SRF-PLLs) المتقدمة مع إمكانية رفض الاضطراب المحسن في الأدبيات، كما تعتمد معظم هذه التقنيات على استخدام المرشحات، والتي يمكن تضمينها إما بالداخل أو إضافتها قبل عنصر التحكم حلقة (SRF-PLL) التقليدية.

وفي هذا البحث؛ فقد تم اقتراح خوارزمية جديدة لتعويض الخطأ تعتمد على (SRF-PLL) لتقدير الطور الدقيق للجهود المشوهة ثلاثية الطور، بحيث يتم تحليل الأخطاء الناتجة عن الفولتية غير المتماثلة ثلاثية الطور والتوافقيات وإزاحة التيار المستمر بشكل شامل في أطر مرجعية ثابتة ومتزامنة، ووفقاً لذلك؛ فإنه يتم تقدير تأثير كل خطأ في مجال (αβ) ثم يتم تعويضه في (SRF-PLL) التقليدي لموازنة مكونات المحاور (αβ) (نوعان من الجيوب الأنفية لهما نفس الحجم والتردد، وهما 180 درجة خارج الطور).

وفي الخوارزمية المقترحة، يتم تقدير الأخطاء بسهولة باستخدام عمليات متكاملة لجهود محاور (qd) المتزامنة وفقاً لزاوية المرحلة المقدرة متبوعة بوحدات تحكم متكاملة، بحيث تتكون طريقة التعويض المقترحة من ثلاثة معوضات، وهي معوض إزاحة التيار المستمر ومعوض عدم توازن الطور ومعوض المركبات التوافقية، كما تم تصميم المعوضات للعمل بالتوازي للحصول على أداء معالجة أسرع.

كما تتيح خوارزمية التعويض المقترحة، والمضمنة مباشرة في (SRF-PLL) مفهوماً جديداً لتقدير الطور في ظل ظروف الشبكة المشوهة ويمكن أن تكون مرشحاً مناسباً للتخلص من أخطاء التشويه وتحسين أداء (SRF-PLLs) التقليدية، كما أنه تم التحقق من طريقة التعويض المقترحة عددياً وتجريبياً باستخدام منصة لوحة التحكم (Matlab و Simulink و Dspace1202).

التحليل الفني لخوارزمية تعويض الخطأ للمحولات

تم اقتراح مرشح متوسط ​​الحركة PLL (MAF-PLL)) تمت إضافة (MAF) داخل حلقة التحكم الكهربائي الخاصة بـ (SRF-PLL) التقليدية لتحسين قدرتها على الترشيح، بحيث يلغي (MAF-PLL) التوافقيات الفردية غير ثلاثية الطور وإزاحة التيار المستمر ومكون التسلسل السلبي لإشارات الإدخال ثلاثية الطور (PLL) عند التردد الأساسي.

ومع ذلك؛ فإن إضافة المرشح يؤدي إلى إبطاء الأداء الديناميكي لـ (PLL) إلى حد كبير، كما يمكن تحسين الاستجابة الديناميكية لوحدة التحكم باستخدام وحدة التحكم (PID) أو معوض الرصاص الخاص أو هيكل [PLL (QT1-PLL)] شبه من النوع (1) في التنفيذ، كما تم اقتراح ما قبل الحلقة (MAF-PLL)، وذلك لإضافتها قبل حلقة التحكم في (SRF-PLL) التقليدية لمنع مكونات الاضطراب دون التأثير بشكل كبير على السلوك الديناميكي لـ (PLL).

ومع ذلك؛ فإن استخدام مرحلة الترشيح المسبق غير التكيفية داخل (SRF-PLL) التقليدي يتطلب كاشف تردد إضافي، لذلك تم تقديم مرشح الدرجة التكيفية [PLL (NF-PLL)]، وهذه التقنية قادرة على إلغاء المكونات التوافقية المرغوبة في حلقة التحكم (PLL) مع تأخير طور صغير، ومع ذلك؛ فإن هذه الميزة على حساب زيادة كبيرة في العبء الحسابي (PLL)، وعلاوة على ذلك تفترض الطريقة أن تردد المصدر معروف وثابت، لذلك يجب تغيير معلمات المرشح وفقاً للتغير في التردد لتقدير دقيق للطور.

كما تم تقديم نظام تصفية (SRF) المزدوج- [PLL (DSRF-PLL)]، كما أن هذا (PLL) قادر على تقدير زاوية طور الشبكة تحت الفولتية غير المتوازنة للشبكة، ومع ذلك؛ فإن هذه التقنية لديها إلغاء كامل للمكونات التوافقية، بحيث يمكن تحسين قدرة الرفض التوافقي لهذه التقنية عن طريق إضافة المزيد من (SRFs) عند الترددات التوافقية المرغوبة إلى الهيكل القياسي.

تحليل الخطأ الخاص بالشبكة المشوهة

يوضح الشكل التالي (1) مخطط الكتلة للمحول المتصل بالشبكة ثلاثي الأطوار بما في ذلك دائرة التحويل ونظام التحكم، والذي يستخدم لتنفيذ (SRF-PLL) مع خوارزمية تعويض الخطأ المقترحة في هذه الورقة، بحيث يتم استخدام (PLL) لمزامنة الشبكة مع محول مصدر الجهد (VSC) لتحقيق التحكم (PQ) المنفصل المطلوب عن طريق تقدير تردد الشبكة وزاوية المرحلة.

وفي الواقع، قد يتم تشويه الفولتية الشبكية بسبب اتصال الشبكة بالحمل غير الخطي (مثل المعدل) والتأثير غير الخطي لأجهزة استشعار الجهد الكهربائي والمرشحات ومحولات (A / D)، كما تولد عوامل التشويه الخارجية جهداً غير متماثل ثلاثي الطور جنباً إلى جنب مع التشوه التوافقي وإزاحة التيار المستمر في الفولتية المقاسة، وبالتالي تتسبب في حدوث أخطاء في نظام (SRF-PLL)، مما قد يؤثر على أداء التحكم في محول الطاقة.

وفي هذا القسم؛ فإنه يتم اشتقاق الأخطاء الناتجة عن تشويه الفولتية في الشبكة الكهربائية، بحيث يمكن كتابة الفولتية المقاسة للشبكة مع مراعاة إزاحة التيار المستمر وعدم توازن الطور والتوافقيات على النحو التالي:

حيث أن:

(vabc): هو متجه جهد الشبكة الكهربائية.

(Vm): هي قيمة الذروة لجهد طور الشبكة المقاس (المرحلة -A).

(μabc): هو ناقل يمثل إزاحة التيار المستمر و هما عاملان يمثلان عدم توازن الطور فيما يتعلق بالطور الكهربائي (-A).

وأخيراً تم اقتراح خوارزمية جديدة لتعويض الخطأ لـ (SRF-PLL) للمحولات المتصلة بالشبكة ثلاثية الطور، بحيث تم تحليل تأثيرات إزاحة التيار المستمر والتوافقيات وعدم التوازن رياضياً بناءً على الأطر المرجعية الثابتة والمتزامنة، كما تم استخدام زاوية الطور المقدرة مع المحور (d) المتزامن والجهد المحوري (q) بشكل مباشر لإشارات الإدخال للمعوض المقترح للكشف عن هذه الأخطاء.

وفي الخوارزمية المقترحة؛ فإنه يتم تقدير تأثير الأخطاء بسهولة في مجال (αβ) باستخدام عمليات متكاملة لجهود محاور (qd) المتزامنة وفقاً لزاوية المرحلة المقدرة متبوعة بوحدات تحكم متكاملة، كما يتم بعد ذلك تعويض مكونات محاور (αβ) المقدرة بسبب هذه الأخطاء في (SRF-PLL) التقليدي لموازنة مكونات محاور (αβ) للجهود الأصلية ثلاثية الطور.

كما تم التحقق من فعالية الخوارزمية المقترحة من خلال المحاكاة والنتائج التجريبية المتعددة في ظل ظروف الشبكة المشوهة، بحيث نجحت خوارزمية التعويض المقترحة في دفع خطأ الزاوية بين (SRF-PLL) والشبكة الكهربائية إلى الصفر.