ناقل التيار المستمر وتنظيم القصور الذاتي للتردد الكهربائي

يساعد المولد الحثي ذو التغذية المزدوجة مع المكثف الفائق في تعزيز القصور الذاتي للنظام، وفي الوقت نفسه، تعد خصائصه الهيكلية أكثر ملاءمة لطوبولوجيا شبكة الطاقة بدون خطوط اتصال، ومع ذلك؛ فإن تغيير طوبولوجيتها يجلب أيضاً بعض المشكلات الهندسية.

تحليل مسار ناقل التيار المستمر وتنظيم القصور الذاتي

مع زيادة تغلغل طاقة الرياح؛ فإن خصائص تشغيلها تجعلها تفتقر إلى استجابة القصور الذاتي وتنظيم التردد الكهربائي الأساسي والوظائف الأخرى لمجموعة المولدات المتزامنة التقليدية، وهذا يضعف استقرار الشبكة الكهربائية، حيث أن مولد الحث ذو التغذية المزدوجة (DFIG) ذات السعة الفائقة (SCESS-DFIG)؛ يتمتع بخاصية (SCESS-DFIG)، وتعني القدرة على الاستجابة بالقصور الذاتي من خلال التحكم، كما من المقترح أن يكون (SCESS-DFIG) باستطاعته كبح تأثير تغير سرعة الرياح على طاقة الخرج، كما يمكنه تحسين أداء الجهد المنخفض من خلال الأداء.

ومع ذلك، تركز هذه الدراسات بشكل أساسي على استراتيجية التحكم في مستوى الطاقة دون النظر في تأثير زيادة محول (DC-DC) على تشغيل (DFIG)، بحيث تجدر الإشارة إلى أن الاختلاف الأساسي بين (DFIG) و (SCESS-DFIG) هو إضافة محول (DC-DC)، ومن أجل تبسيط عملية تحويل (DFIG) إلى (SCESS-DFIG)؛ فإنه لا يتم تغيير سعة دعم ناقل التيار المستمر.

كما تحافظ (RSC ،GSC) في (SCESS-DFIG) على هدف التحكم الأصلي، بحيث يوفر محول (DC-DC) طاقة التخميد عندما يتغير تردد الشبكة وأمر التحكم الخاص به هو إشارة الطاقة، كذلك وضع التحكم هو حلقة الطاقة الخارجية والحلقة الداخلية الحالية، بحيث سيؤثر هذا على استقرار تشغيل (SCESS-DFIG)، وهذا بسبب إضافة جهاز تخزين الطاقة فائق المكثف، كما يحتوي ناقل التيار المستمر على محولات متعددة.

طرق التحكم من التغذية الخاصة بنواقل التيار الكهربائي المستمر

تم التحقق من تصميم البرنامج من خلال تأثير التحكم لطريقة التغذية الأمامية الحالية، مما يثبت أن الطريقة يمكن أن تقلل (DC BVF)، بحيث تمت إضافة تفاضل من الدرجة الأولى لتعويض تأخير حلقة التحكم الحالية بناءً على التعويض الكامل للحالة المستقرة، والذي يتم تقديمه في تطبيق التحكم (DC BVF) للشبكة الدقيقة الهجينة (AC-DC)، وذلك لتحسين تأثير التحكم في المتانة والاضطراب للنظام الكهربائي.

كما تم اقتراح طريقة التحكم في التغذية الأمامية (DC BVF) على أساس محول (BTB)، بحيث يتم استخدام التحكم في وضع الانزلاق التكميلي (CSMC) لتحسين (DC BVF) لمحول (PWM)، ووفقاً لعلاقة توازن طاقة التيار المستمر؛ تقترح استراتيجية التحكم في تعويض التيار الناتج من (GSC) لضمان استقرار جهد ناقل التيار المستمر.

كما يجب تعويض الطاقة الديناميكية المطلوبة على مراحل مع عدة دورات تحويل، ومع ذلك لا يزال من الممكن أن تُعزى علاقة تدفق الطاقة إلى اتصال الشبكة أحادي الاتجاه، والذي يختلف جوهرياً عن إمداد الطاقة الطرفي، وفي بنية إمداد الطاقة الطرفية؛ فإنه يتبنى محوّلان إستراتيجية التحكم التي يتحكم أحد طرفيها في جهد ناقل التيار المستمر بينما يتحكم الطرف الآخر في الطاقة النشطة.

تحليل خصائص تشغيل النظام الكهربائي لـ SCESS-DFIG

طوبولوجيا (SCESS-DFIG) وتحليل تدفق الطاقة

كما هو مبين في الشكل التالي (1)؛ فإن تحليل (SCESS-DFIG) هو نظام متكامل لتوليد الطاقة يتكون من مكثف فائق و (DFIG)، الأول هو تغيير قوة (DFIG) من خلال التحكم في (RSC) والثاني هو امتصاص أو إطلاق الطاقة بواسطة مكثف فائق، لذلك وكما هو موضح في الشكل التالي (2 ، 3)؛ فإن القدرة اللحظية لـ (SCESS-DFIG) قابلة للتعديل، وهذا يجعل نظام توليد الطاقة الجديد لديه استجابة القصور الذاتي وتنظيم التردد الأساسي.

كما أن هناك العديد من المتغيرات في المعادلات التالية، ولها معنى المتغيرات موضح في الملحق، بحيث تظهر قوة (DFIG) التي تلتقط الطاقة الميكانيكية الناتجة عن تغير سرعة الرياح:

كما يوضح الشكل السابق (2) مخططات تدفق القدرة لـ (DFIG) و (SCESS-DFIG) في ظروف سرعة مختلفة (سرعة متزامنة فرعية وسرعة فائقة التزامن)، كذلك (RSC) هو الحمل الكهربائي و (GSC) هو مصدر الطاقة في (DFIG) التقليدية، لذلك من السهل التحكم في توازن الطاقة اللحظي.

كذلك لا تحتوي (SCESS-DFIG) على محولات (PWM) مزدوجة فحسب؛ بل تحتوي أيضاً على محولات كهربائية من نوع (DC-DC)، وهذا يعادل حملين ومصدر طاقة واحد، كما من المميزات أن محول (DC-DC) ليس عنصر تحكم في تنظيم الجهد الكهربائي، ولكنه عنصر تحكم في الطاقة في تطبيق (SCESS-DFIG).

النموذج الرياضي الخاص بـ (GSC)

يبين الشكل التالي (4) طوبولوجيا (GSC)، كما ويفسر التذييل معنى المتغيرات بالتفصيل.

وعلى فرض أن وظيفتي تبديل (IGBT ، Sk (k = a ، b ، c)) على ذراع جسر مستقل قيد التشغيل، بينما يتم تشغيل الذراع السفلي عند (1)، كما ويتم إيقاف تشغيله عند (0)، وذلك وفقاً لقانون (Kirchhoff) للجهد الكهربائي، كذلك النموذج الرياضي يمكن من خلاله الحصول على نظام إحداثيات ثابت ثلاثي الطور كما هو موضح في:

في هذه الدراسة تم اعتماد اتجاه جهد شبكة الطاقة، وبعد تحويل كلارك وبارك؛ فإنه يمكن الحصول على النموذج الرياضي لـ (GSC) في إحداثيات (d ، q) على النحو التالي:

وكما هو مبين في الشكل التالي (5) أدناه؛ فإن هناك مجموعتان من المحاكاة هما الواجهة الخلفية لوحدة التحكم في المقوم المتصلة بحمل غير خطي.، وهي مجموعة واحدة من المنحنيات هي نتائج محاكاة للتحكم المستقل بدون تعويض طاقة التغذية الأمامية والمجموعة الأخرى عبارة عن نتائج محاكاة مع تغذية الطاقة إلى الأمام.

وكما هو مبين في الشكل (5-A)، تكون سرعة استجابة القدرة اللحظية لمقوم (PWM) مع تعويض التغذية الأمامية أسرع، أيضاَ كما هو مبين في الشكل (5-B)؛ فإنه يكون تذبذب الجهد للمكثف الكهربائي الداعم أصغر وسرعة الاسترداد سريعة.

نظراً لطوبولوجيا (SCESS-DFIG)، يتم إصلاح نقاط قياس الجهد والتيار الكهربائي وقوة “الحمل” ليست ملائمة للقياس المباشر، حيث أن القدرة العامة لتوربينات الرياح هي مستوى ميغاواط. تؤدي إضافة أجهزة استشعار جديدة إلى زيادة تعقيد النظام الكهربائي والتكلفة الإضافية.

وأخيراً حللت هذه الدراسة تأثير المحول المتعدد على جهد ناقل التيار المستمر في طوبولوجيا (SCESS-DFIG)، بحيث تتلخص نتائج البحث في العديد من النتائج أهمها أنه تم اقتراح إستراتيجية التحكم في التغذية الأمامية الحالية القائمة على توازن الطاقة والحفاظ على الطاقة لتقلب الجهد الكهربائي في ناقل التيار المستمر الناجم عن اختلال توازن الطاقة اللحظي.

وفقاً لطوبولوجيا (SCESS-DFIG)؛ فإنه يتم اشتقاق التعبير الرياضي لتيار تعويض الطاقة بواسطة نموذج رياضي، ومن خلال تحليل الحفاظ على الطاقة، يتم حساب تغيرات الطاقة في الحث والمكثف في النظام، كما ويتم تعويض الطاقة بعدة فترات، كذلك تم تصميم استراتيجية التحكم في حلقة الجهد لـ (GSC) باستخدام (ADRC)، والتي تعمل على تحسين الأداء غير الخطي لـ (GSC) إلى حمل التيار المستمر.

كما تم تصميم استراتيجية التحكم الشاملة لـ (SCESS-DFIG) وتم بناء نموذج المحاكاة والمنصة التجريبية، بحيث تظهر المحاكاة والنتائج التجريبية أن استراتيجية التحكم المصممة في هذه الدراسة ويمكن أن تقلل من سعة التذبذب لجهد ناقل التيار المستمر وتسريع سرعة استرداد الجهد.