رفع جودة الطاقة الكهربائية في الشبكات الصغيرة باستخدام DSTATCOM

للتخفيف من مشكلة جودة الطاقة في الشبكات الصغيرة، يتم تقديم إستراتيجية جديدة للتحكم المرجعي عبر الإنترنت لتوزيع المعوض الثابت باستخدام خوارزمية التعلم المعزز، كما من المفترض أن تقوم وحدة التحكم الجديدة بتعويض الطاقة التفاعلية والتوافقيات وتيار الحمل غير المتوازن في شبكة ميكروية باستخدام معلمات الجهد والتيار الكهربائي.

أهمية رفع جودة الطاقة الكهربائية باستخدام DSTATCOM

تتطلب لامركزية نظام توليد الطاقة تركيب موارد الطاقة الموزعة في أنظمة الطاقة الكهربائية على نطاق واسع، كما توفر هذه الموارد مرونة وأقل تبعية لنظام الطاقة التقليدي أحادي الاتجاه، بحيث ينمو معدل الاختراق لوحدات الموارد الموزعة (DR) بسرعة كبيرة في شبكة نظام الطاقة الحديثة، ومع ذلك أصبح من الواضح تدريجياً أن عيوب استخدام (DR) يمكن ملاحظتها تماماً مقارنة بمزاياها.

كما يمكن أن يبدأ (DR) بشكل محتمل في القضايا الفنية، وعلى الرغم من أنه يحتوي على الكثير من الفوائد الحاسمة؛ فإنه يتم الحصول على الفوائد الكاملة لوحدات (DR) إذا تم تشغيلها في كل من الوضعين المتصلين بالشبكة والجزر (المستقل)، لذلك يمكن استخدام (microgrid) في تشغيل (DRs) كحل ممكن لكل من الظروف الفردية والمستقلة.

رفع جودة الطاقة الخاصة وتنوع الأحمال الكهربائية الخطية وغير الخطية

مع تنوع الأحمال الخطية وغير الخطية، والتي تواجه الشبكات الصغيرة من خلالها مشاكل كبيرة في (PQ) في نمط التشغيل المستقل مثل انخفاض الجهد، التوافقيات وتضخم الجهد هي بعض منها على سبيل المثال لا الحصر، ولمعالجة هذه القضايا والتغلب عليها؛ فقد تم تطوير العديد من المعايير وفرضها على المشغلين والمرافق، كما يمكن الحصول على التخفيف من مسح مشكلة (PQ) غير المرغوب فيه من خلال المراقبة الدقيقة ثم استخدام الأجهزة الإلكترونية ذات الطاقة المناسبة للتعويض.

ومع ذلك، يعتبر هذا مجرد أحد الحلول الممكنة، وبالمقارنة مع شبكة المخطط التفصيلي الكلاسيكية؛ فإن (Microgird) لديها مشاكل جودة الطاقة الخاصة بها بسبب تكوين الشبكة وميزات التشغيل المحددة وأنواع التخزين وعناصر الاكتشاف التي تم النظر فيها، وعادة ما يمكن تصنيف مشاكل (PQ) إلى ثلاثة أنواع، وهي:

• الأول ينتج عن طريق المصادر الدقيقة (أي التذبذب في ناتج مصادر الطاقة المتجددة).

• الثاني هو التوافقيات التي توفرها إلكترونيات القدرة المعتمدة في الشبكة الدقيقة.

• الثالث هو انخفاض الجهد الناتج عن تزايد مطالب الطاقة التفاعلية للحمل، حيث أن (DSTATCOM) هي واحدة من تلك الأجهزة التي يمكن أن تساعد في مواجهة تحديات (PQ) في (microgrid).

استراتيجية التحكم الكهربائي المقترحة للشبكات الصغيرة

يتم استخدام مفاهيم التحكم الأولي والثانوي على نطاق واسع في نظام الطاقة التقليدي، كما أن عنصر التحكم الأساسي محلي وسريع ومصمم كوحدة تحكم خطية مثل مخطط تكاملي متناسب (PI)، تليها عنصر التحكم الثانوي هو مستوى أعلى من التحكم ويوفر نقاط تعيين لوحدات التحكم الأساسية في المنطقة المرتبطة به، كذلك يتم حساب نقاط الضبط لتحسين بعض مقاييس التشغيل  على سبيل المثال ملف تعريف الجهد المسطح أو توليد الطاقة التفاعلية أو تقليل فقدان الطاقة الحقيقي.

وفي هذه الدراسة باستخدام خوارزمية (RL)، بحيث تم تطوير وحدة تحكم ثانوية لـ (DSTATCOM)، بحيث تتكون استراتيجية التحكم المقترحة من جزأين مستقلين، الأول يعتمد على استراتيجية التحكم في الجهد ويقلل من ملف تعريف لجهد (PCC) والثاني يعتمد على استراتيجية التحكم الحالية ويحسن مشاكل جودة الطاقة للموارد الموزعة.

استراتيجية التحكم في قاعدة الجهد الكهربائي

هدف التحكم في قاعدة الجهد هو تعديل عبر نقطة الاتصال لنقطة ضبط مرجع القدرة التفاعلية (STATCOM) للحصول على جهد اسمي لناقل (PCC)، وذلك كما يوضح هيكل وحدة التحكم المقترحة في وضع التشغيل القائم على الجزر، كما يتم قياس جهد [PCC (VPCC)] ونقله إلى إطار (dq)، بحيث يتم استخدام أداة اقتران الطاقة المشتركة ثلاثية الطور (PLL) لتوفير الزاوية المرجعية لكتلة (abc / dq)، وبالتالي، يتم ضبط مكون (q) لجهد (PCC) على الصفر.

وفي هذه الحالة، يجب تنظيم المكون (d) لجهود (PCC ، vd) إلى قيمة الذروة المرغوبة لجهد [PCC (vdref)]، وبعد ذلك تتم مقارنتها بالإشارة المرجعية ويتم تطبيق مجموع مربع إشارة الخطأ على وحدة التحكم (RL-base) المصممة للتنظيم، بحيث سيكون ناتج وحدة التحكم (RL) قيمة مرجعية لتوليد الطاقة التفاعلية لـ [DSTATCOM (Qref)]، والتي يتم تطبيقها على مولد الإشارة المرجعية لـ (VSC).

استراتيجية التحكم الكهربائي بالتيار للقاعدة

يعتمد هدف التحكم في القاعدة الحالية على حقن الإشارات التصحيحية عبر الاتصال ([md ، Δmq]) في النظام من خلال كل من المحاور التربيعية (المحور q) والمحور الصفري (المحور 0) وحدات التحكم الحالية لمحول الواجهة، وهذا الحقن التصحيحي للإشارة من خلال وحدة التحكم في المحور (q) يعدل انحراف التردد تحت ظروف الجزيرة في (PCC).

كما تتسبب الإشارة المحقونة عبر المحور الصفري لوحدة التحكم في عدم توازن تيار الحمل، والذي يتم توفيره بواسطة (DSTATCOM)، ومن خلال هذا التكوين؛ فإنه يتم ضبط التيار غير المتوازن لوحدة التوليد على الصفر، كذلك يتم قياس التيارات [DRS (IDRS)]، ثم اشتقاق المكونات النشطة والمتفاعلة والصفر، بحيث يتم تنفيذ مرشح تمرير النطاق، كما يتم استبعاد قيم التيار المستمر لمكونات (dq0) ويتم تطبيق إشارات ([ΔidΔiq]) على استراتيجية التحكم المقترحة.

وفيما بعد تم تقديم ومناقشة استراتيجية جديدة عبر نقاط لتحكم في الطاقة التفاعلية لـ (DSTATCOM)، وذلك باستخدام مفهوم التحكم الثانوي باستخدام خوارزمية التعلم المعزز في (microgrid)، بحيث كان الهدف الرئيسي هو تعويض القوة التفاعلية والتوافقيات وتيار الحمل غير المتوازن، كما استندت استراتيجية التحكم المرجعية المقترحة عبر التوصيل إلى تعديل الجهد والتيار الكهربائي.

كما تعمل وحدة التحكم في الجهد من خلال مراقبة حجم جهد (PCC) وضبط نقطة الضبط لمرجع الطاقة التفاعلية لـ (DSTATCOM)، بينما تقوم وحدة التحكم الحالية بالقاعدة بحقن الإشارات من خلال المحور التربيعي (المحور q) والمحور الصفري (المحور 0) لـ (VSC)، وهي أجهزة التحكم الحالية لتعويض تيار الحمل غير المتوازن لـ (DRs)، بحيث تتحكم استراتيجية قاعدة الجهد في انخفاض الجهد في (PCC)، وذلك على الرغم من أن استراتيجية القاعدة الحالية تتحكم في التيار غير المتوازن للموارد الموزعة.

وأخيراً تمت محاكاة العديد من تبديل الحمل الخطي وغير الخطي والحمل غير المتوازن وظروف الأعطال في شبكة ميكروية لتقييم قدرات التقنية المقترحة، وفي ظروف تبديل الحمل الكهربائي، وعندما يتجاوز جهد (PCC) القيمة المرغوبة؛ فإنه يمكن لوحدة التحكم في قاعدة الجهد تحسين جهد (PCC) عن طريق تغيير مرجع توليد الطاقة التفاعلية (DSTATCOM).

ومع ذلك، وفي ظل الظروف الحالية غير المتوازنة؛ فقد خففت استراتيجية التحكم في القاعدة الحالية من الحالة غير المتوازنة باستخدام حقن الإشارة المرجعية من خلال محوري (q) والصفر من (PWM)، كما أكدت نتائج المحاكاة لسيناريوهات مختلفة أداء استراتيجية التحكم الثانوية المقترحة.