التحكم الكهربائي التنبؤي لدورة العمل الكهروضوئي Z

يُقترح التحكم التنبئي لدورة العمل لتكامل شبكة التيار المستمر لنظام الطاقة الكهروضوئية (PV) المعزول شبه (Z-) المصدر المعزول (qZS-MCC)، بحيث يتعامل محول (DC-dc)، كما نصف الجسر (qZS) بعد المرحلة مع تتبع نقطة الطاقة القصوى الكهروضوئية وتكامل شبكة التيار المستمر وتوازن الجهد المستمر.

ضرورة التحكم الكهربائي التنبئي لدورة العمل الكهروضوئي Z

في الوقت الحاضر، توجد القدرة المركبة المتزايدة باستمرار لمحطات الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق في المناطق النائية، والتي عادة ما يكون بها إشعاع وفير، لذلك يمكن أن يؤدي استيعاب نقل التيار المستمر للجهد العالي (HV) إلى تقليل خسارة القدرة الكهربائية، بحيث تستخدم الحلول التقليدية عادة العاكس المركزي مع محول تصعيد ضخم أو العاكس متعدد المستويات المتتالي.

ومن أجل عكس جهد التيار المستمر من الألواح الكهروضوئية إلى ناقل تيار متردد عالي الجهد الكهربائي، ثم يتم تحويل جهد التيار المتردد العالي إلى جهد تيار مستمر عالي للإرسال لمسافات طويلة، كما أن هناك حاجة أيضاً إلى عاكس للفصل لاستعادة جهد التيار المتردد من جهد التيار المستمر، وذلك لتتناسب مع شبكة المرافق أو الحمل، مثل هذا التحويل متعدد المراحل، أي (DC-ac-HV ac-HV dc-ac)، بحيث يواجه تحديات التكلفة والكفاءة وكثافة الطاقة الكهربائية.

وبالتالي يتم توفير موارد أجهزة التحكم مع التغلب على التحديات من اختلافات الجهد الكهربائي للوحة الكهروضوئية وحد جهد ناقل التيار المستمر، بحيث يستخدم عنصر التحكم المقترح نموذج الدائرة المشتق للتنبؤ بدورة عمل الحالة النشطة العالمية للتحكم الحالي المتصل بالشبكة والتنبؤ لتوازن الجهد المستمر وتحقيق هدف تتبع سريع ودقيق.

خصائص التحكم الكهربائي التنبؤي الخاصة بدورة العمل الكهروضوئي

بالنظر إلى خصائص التيار المستمر للطاقة الكهروضوئية، بحيث تم تركيز الدوافع نحو تجميع التيار المستمر للطاقة الكهروضوئية على مستوى التوزيع، ولتشكيل تكوين تيار مستمر عالي الجهد تيار مستمر تيار متناوب ونظراً للحد من جهد العزل للألواح الكهروضوئية التجارية والذي يبلغ عادة (1.5) كيلو فولت؛ فإن العزل الحلقي مطلوب عادة لحماية الألواح الكهروضوئية.

ولهذه الأغراض، يُقترح المحول المتتالي المعياري شبه Z المصدر (qZS-MCC) مع تكامل التيار المستمر للطاقة الكهروضوئية، بحيث يتكون (qZS-MCC) من الوحدات الكهروضوئية (SMs) نصف جسر (HB) المعزولة الأمامية، والتي تعزل الألواح الكهروضوئية عن الجانب العالي الجهد من (qZS-MCC، وبالتالي؛ فإنه يتغلب على حد جهد العزل للألواح الكهروضوئية.

ومع الهيكل المتتالي على خرج التيار المستمر من (qZS-HB SMs)؛ فإنه يتم الحصول على جهد ناقل تيار مستمر عالي مباشرة، ومن العملي تمديد نطاق طاقة التشغيل باستخدام أنظمة (PV) متعددة (qZS-MCC) مرتبطة بشبكة تجميع التيار المستمر لتوسيع الطاقة ببساطة على نطاق المرافق، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإن الموروث من خصائص العاكس شبه (Z) المصدر (qZSI) ومحول (qZS-HB dc-dc) لما بعد المرحلة قادر للتعامل مع الحد الأقصى لتتبع نقاط الطاقة الكهروضوئية (MPPT) وتوازن الفولتية بالتيار المستمر.

ومن ثم يتم تطبيق دورة عمل موحدة وثابتة بنسبة (50٪) فقط على محولات العزل الأمامية لجميع (SMs) دون الحاجة إلى أي جهود تحكم إضافية، لذلك يمكن توفير موارد الأجهزة وتكاليفها بشكل كبير، خاصة في حالات وجود عدد من (SMs)، وذلك مقارنة بنظيراتها التي تتكون من محولات (DC-DC) معزولة ثنائية المرحلة.

نطاق التحكم بنظام الطاقة الكهروضوئية QZS-MCC

يوضح الشكل التالي (1) طوبولوجيا (qZS-MCC) لتجميع التيار المستمر للطاقة الكهروضوئية، بحيث تتتالي (SMs) المكونة من (HB) لزيادة جهد الخرج، كما يتم إدخال محول (HB) معزول في الطرف الأمامي لكل (SM) لعزل اللوحة الكهروضوئية من شبكة الجهد العالي، وبالتالي يمكن لـ (qZS-MCC) تحقيق جهد أعلى بكثير من جهد العزل للوحة الكهروضوئية، كما يمكن دمج العديد من أنظمة (qZS-MCC) الكهروضوئية ببساطة في ناقل التيار المستمر عالي الجهد الكهربائي.

يتم تضمين شبكة (qZS) المكونة من محاثين ومكثفين وصمام ثنائي واحد، وفي مرحلة ما بعد (HB SM) في فترة تحكم واحدة (Ts)؛ فإنه يمتلك كل (qZS-HB SM) حالة (ST) وحالة غير (ST)، كما يتضمن الأخير حالة نشطة وحالة الصفر التقليدية، بحيث يوضح الشكل التالي (2) الدائرة المكافئة لمرحلة ما بعد المرحلة التالية (qZS-HB SM) الموضحة بواسطة (SM1).

وكما هو مبين في الشكل (2-a)، وعندما يحدث (ST)، كما يتم تشغيل كل من المحولات الكهربائية ما بعد المرحلة (Sb11) ، (Sb12)، كما ويكون جهد وصلة التيار المستمر (vDC1) صفراً، ومن الشكل (2-b)، وأثناء الحالة النشطة للحالة غير (ST).

كما يكون المفتاح العلوي (Sb11) قيد التشغيل بينما يكون المفتاح السفلي (Sb12) مغلقاً، كما يكون جهد الخرج (vo1) مرتفعاً مع اتساع جهد الذروة للوصلة (DC VDC)، وفي الحالة الصفرية للحالة غير (ST)، يصبح الصمام الثنائي المتوازي المضاد للعجلات الحرة (Sb12) والجهد الناتج (vo1) صفراً.

التحكم التنبئي لدورة العمل في نظام الطاقة الكهروضوئية QZS-MCC

يوضح الشكل التالي (3) مخطط الكتلة لطريقة التحكم المقترحة لنظام الطاقة الكهروضوئية عالي الجهد القائم على (qZS-MCC)، كما تشمل أهداف التحكم (MPPT) للمصفوفات الكهروضوئية المعزولة وتوازن جهد وصلة التيار المستمر (SMs) وحقن الطاقة في شبكة تجميع التيار المستمر.

كما يوضح الشكل (3)، لذلك من المتوقع أن تحقق دورة عمل (ST Dk [N + 1]) لكل (SM) ودورة عمل الحالة النشطة العالمية MT [N + 1]) في دورة التحكم التالية تحقيق التحكم في جهد وصلة التيار المستمر والاتصال بالشبكة التحكم الحالي على التوالي.

وبذلك يتم استخدام (MT [N + 1]) للحصول على دورة عمل الحالة النشطة (Mk [N + 1]) لكل (SM) وفقاً لـ (MPPT) المستندة إلى (PI)، كما ثم يتم تطبيق التنبؤات (Dk [N + 1]) و (Mk [N + 1]) على معدل (qZS-MCC) في لحظة أخذ العينات التالية، ومن ثم؛ فإن الحلقات التنبؤية (n + 1) ومنظمي (n PI) تحقق أهداف التحكم.

بالمجمل اقترحت هذه الدراسة طريقة التحكم التنبئي لدورة العمل لتكامل شبكة التيار المستمر لنظام الطاقة الكهروضوئية (qZS-MCC) وتم اشتقاق نماذج الدوائر ذات الوقت المنفصل للتيار المتصل بالشبكة وتيار الإدخال (qZS-HB) والجهد المكثف لشبكة (qZS)، وبناءً على ذلك تم التنبؤ بدورات عمل الحالة النشطة ودورات عمل إطلاق النار لـ (qZS-MCC SMs) للمُعدِّل لتحقيق التحكم العالمي في التيار الكهربائي المتصل بالشبكة والتحكم في موازنة الجهد الكهربائي المستمر لكل وصلة (SM).

كذلك تم تبسيط تصميم وحدة التحكم وتنفيذ الطريقة المقترحة بشكل كبير، مما أدى إلى تقليل جهد التصميم المطلوب مقارنة بالطرق التقليدية، ونظراً لعدم الحاجة إلى معلمات المعوض أو عوامل الترجيح في حلقة التحكم التنبؤية.

كما أظهرت نتائج المقارنة استقراراً جيداً للحالة العملية المستقرة، كما واستجابات ديناميكية سريعة وقوة عالية للنظام باستخدام الطريقة المقترحة، وذلك مقارنةً بالتحكم المستند إلى (PI)، بحيث سيكون الحد المحتمل للطريقة المقترحة هو استخدام منظم (PI) في تحكم (MPPT) لكل وحدة فرعية، كما سيتم إجراء العمل المستقبلي على التخلص من منظم (PI)، أي تحقيق التحكم التنبئي الكامل في النظام الكهربائي.

شاهد أيضاً

قياس ترهل خطوط القدرة الكهربائية باستخدام بيانات الاستشعار

الأهمية من قياس ترهل خطوط القدرة الكهربائية الخطوط العلوية هي العمود الفقري لكل نظام نقل …