في هذا البحث، تم اقتراح إستراتيجية تحكم جديدة متعددة الأهداف للعاكس ثلاثي الأطوار شبه (Z-source) (q-ZSI)، بحيث يُقترح وحدة تحكم قائمة على التحكم في الوضع المنزلق (SMC) لتنظيم التيار المحرِّض، كما ويُعتبر مرجع جهد وصلة (DC) كمدخل تحكم إضافي للحفاظ على جهد مكثف شبكة (q-ZS) عند المستوى الثابت المطلوب.
أهمية التحكم الكهربائي في الوضع الانزلاقي للعاكس شبه Z
تشتمل طوبولوجيا المحولات الإلكترونية للطاقة للتطبيقات القائمة على مصادر الطاقة المتجددة بشكل أساسي على المحولات أحادية المرحلة (DC / AC) والمحولات ثنائية المرحلة (DC / DC / AC)، ومن بين المحولات أحادية المرحلة؛ يعد العاكس (Z-source) طوبولوجيا تنافسية وقد تم اقتراحه لأول مرة، ومع ذلك؛ فإن له العديد من العيوب، أي أن تيار الإدخال متقطع في وضع التعزيز ويجب أن تحافظ المكثفات على جهد عالٍ.
وللتغلب على هذه العوائق، تم اقتراح العاكس شبه (Z-source)، (q-ZSI) والذي لفت الانتباه نظراً لقدرته على تعزيز باك وانخفاض عدد أجهزة التحويل وتحسين الموثوقية من خلال السماح بالتقاط الصور (ST) الحالة، كذلك تيار الإدخال المستمر وضغط جهد المكثف المنخفض، وذلك وعلى عكس المحولات ثنائية المرحلة، حيث يتم فصل التحكم في جهد المكثف والجهد الناتج أو التيار.
على سبيل المثال يتم “تنظيم جهد المكثف” دائماً بواسطة محول (DC / DC) الأمامي، كما ويتم التحكم في جهد الخرج أو التيار بواسطة الخلف، وذلك نهاية محول DC / DC / AC)؛ فإن التحكم في (q-ZSI) ليس بالأمر السهل لأنه يشتمل على المهمتين المذكورتين أعلاه في خطوة واحدة، والتي يتم التحكم فيها بواسطة مؤشر التعديل ونسبة (ST) في وقت واحد للحصول على إشارات التبديل النهائية، وهذا يظهر اقتران قوي.
أهداف التحكم في الكهربائي في الوضع الانزلاقي للعاكس
تتضمن أهداف التحكم في (q-ZSI) بشكل أساسي التحكم في تيار محث شبكة (q-ZS)، والتحكم في جهد مكثف شبكة (q-ZS) وكذلك التحكم في تيار الحمل أو الجهد الكهربائي، بحيث تأخذ معظم الدراسات الحالية نسبة (ST) ومؤشر التعديل كمدخلات تحكم لتحقيق أهداف التحكم المرغوبة، بحيث اعتمدت استراتيجية التحكم قائمة على التكامل النسبي والرنين النسبي لتنظيم جهد المكثف وتموج التردد المزدوج للإدخال المكبوت لتيار محث شبكة (q-ZS) وأنتج جيبياً لتيار الشبكة الكهربائية.
كما يتم الحصول على الحد الأقصى لتتبع نقاط الطاقة وطاقة الشبكة وتوازن شحن البطارية بناءً على سمة (PI) و (PR)، بحيث يكون مطلوب دائماً تحقيق تحكم متعدد الأغراض في (q-ZSI)، مثل تنظيم تيار محث شبكة (q-ZS) وجهد المكثف وتحميل التيار الكهربائي في نفس الوقت، ومع ذلك هناك ثلاثة أهداف تحكم واثنان فقط، وهما التحكم في المدخلات، مما يعني أن هذا النظام غير فعال، لذلك من الصعب تحقيق أهداف التحكم الثلاثة المذكورة أعلاه بأداء مرضٍ.
أيضاً هيكل تحكم متتالي، بحيث اقترح التحكم التنبئي القائم على نموذج متوسط الوقت المنفصل لـ (q-ZSI)، حيث تم تصميم كل من الحلقة الداخلية والحلقة الخارجية بناءً على نموذج تنبؤي لـ (q-ZSI)، كما وحقق استجابة سريعة ومتانة قوية، بحيث يتم تنظيم جهد المكثف بواسطة وحدة تحكم (PI) في الحلقة الخارجية، والتي يعتبر ناتجها بعد ذلك مرجعاً لتيار المحرِّض ويتم تغذيتها إلى الحلقة الداخلية القائمة على التحكم في الوضع الانزلاقي (SMC) لتنظيم تيار المحرِّض.
نموذج التحكم التنبئي الخاص بالوضع الانزلاقي للعاكس (MPC)
نموذج التحكم التنبئي (MPC) هو استراتيجية تحكم واعدة عند التعامل مع هدف التحكم متعدد الأغراض في إلكترونيات القدرة، وذلك بإضافة عنصرين إضافيين في دالة التكلفة، بحيث اقترح استراتيجية تحكم تنبؤيه لثلاث مراحل (q-ZSI) لتحقيق تحكم متعدد الأهداف، كما وسعت هذه الطريقة إلى محولات رباعية الأرجل وتم الحصول على نفس الهدف.
ومع ذلك؛ فإن (MPC) قصيرة الأفق أعلاه ليست فعالة دائماً خاصة عند تطبيقها على أنظمة معقدة مثل (q-ZSI)، بحيث يتم اعتماد أفق أطول للتنبؤ، كما ويتم استخدام استراتيجية الفرع والربط مع سمة حظر الحركة من أجل تخفيف العبء الحسابي، بحيث يتم تقليل العبء الحسابي باستخدام دالة التكلفة الفرعية الحالية للمحث والتي تحدد إما الحالة (ST) أو الحالة غير (ST) ويقل عدد عامل الترجيح من اثنين إلى واحد، مما يبسط ضبط عامل الترجيح.
ومع ذلك؛ فإن استراتيجيات (MPC) المذكورة أعلاه، وذلك بغض النظر عما إذا تم تحسينها أم لا، كما تعاني من بعض العيوب، مثل العبء الحسابي العالي وتكرار التبديل المتغير والعمل الذي لا مفر منه لضبط عوامل الترجيح، حيث أن (SMC) هو أحد أساليب التحكم غير الخطية والقوية، بحيث تشتهر (SMC) بميزاتها الخاصة، مثل سهولة التنفيذ والمتانة القوية لشكوك المعلمات والاضطرابات الخارجية، كما وقد تم تطبيقها بنجاح في إلكترونيات القدرة.
التطبيقات التي تستخدم التحكم الكهربائي في الوضع الانزلاقي
قدمت استراتيجية متكاملة تعتمد على (SMC) لتنظيم تيار شحن البطارية لتعويض الطاقة غير المتوازن بين الطاقة المتجددة والحمل الكهربائي، كذلك استخدمت (SMC) للتحكم في جهد مكثف شبكة (q-ZS)، بحيث اعتمدت هذه الحالة للتحكم في الحلقة الداخلية القائمة على الوضع المنزلق لعاكس مصدر (Z) متصل بالشبكة الكهربائية.
وعلى الرغم من المزايا المذكورة أعلاه؛ فإن ظاهرة الضوضاء الناتجة عن قانون التحكم المتقطع وعمل التبديل المتكرر بالقرب من السطح المنزلق؛ هي العقبة الرئيسية أمام (SMC)، وذلك لأنها تؤدي إلى تردد تبديل متغير وعالي وزيادة فقدان الطاقة وضوضاء عالية التوافق الكهرومغناطيسي، وفقاً لذلك هناك سببان رئيسيان للضوضاء، وهما الديناميكيات غير النموذجية ذات الثبات الزمني الصغير واستخدام وحدات التحكم الرقمية ذات معدل أخذ العينات المحدود.
وفيما بعد تم اقتراح عدة طرق لتقليل الضوضاء، بحيث يتم استبدال وظيفة الإشارة بوظيفة مشبعة داخل طبقة حدية لتقليل الضوضاء، ومع ذلك يتم استخدام دالة الإشارة من المصدر للتعويض عن الاضطراب غير المعروف، والذي يكون حده الأعلى غير معروف، وبالتالي تتدهور متانة النظام بسبب الوظيفة المشبعة، كما تُستخدم المراقبات لتقدير حد الاضطراب غير المعروف ويمكن اعتماد كسب تحويل صغير.
وبالتالي يتم تحقيق تقليل الضوضاء من خلال كسب تبديل متغير يعتمد على الحالة للتخفيف من حدة التوافقيات، كما يتم استخدام كسب كبير عندما تكون حالة النظام بعيدة عن السطح المنزلق ويتم استخدام كسب صغير عندما تكون حالة النظام بالقرب من السطح المنزلق، وكذلك من خلال نقل إجراء التحكم غير المستمر إلى إجراء التحكم المستمر باستخدام مشتقات ذات رتبة أعلى لمدخل التحكم، كما يتم استخدام (SMC) من الدرجة الثانية.
وفي النهاية تقترح هذه الدراسة استراتيجية تحكم جديدة متعددة الأهداف لثلاث مراحل (q-ZSI)، وهي تتألف من ثلاث وحدات تحكم متوازية، ولكل منها هدف تحكم خاص به ومستقل، ولتنظيم تيار الحث يُقترح جهاز تحكم قائم على (SMC) مع دليل على الاستقرار واختيار المناسب.
وبالنسبة الى تيار الحمل الكهربائي؛ فقد تم اعتماد جهاز تحكم خاصة بقياس حالة النظام بشل مجمل من خلال تحليل العلاقة بين جهد المكثف ومرجع الجهد الكهربائي (DC-link)؛ فإنه يتم استخدام سمة مرجعية للجهد المتغير للوصلة (DC)، بحيث تعتمد على (PI) للحفاظ على جهد المكثف عند المستوى الثابت المطلوب.
