في أنظمة الطاقة الحديثة، ومع الاستخدام الواسع النطاق لمختلف الأجهزة الإلكترونية غير الخطية، تتفاقم مشكلة تلوث الشبكة التوافقي. يُعدّ مرشح الطاقة النشط (AHF)، كجهاز فعال لقمع التوافقيات، أداةً أساسيةً لتحسين جودة الطاقة. تقدم هذه المقالة تحليلاً متعمقاً لاستراتيجية تحكم مُحسّنة لمرشح طاقة نشط ثلاثي الأطوار رباعي الأرجل . تجمع هذه الاستراتيجية بين التحكم في وضع الانزلاق الجزئي والتحكم الضبابي الهستيري، مما يُحسّن بشكل كبير من قدرات مرشح الطاقة النشط في قمع التوافقيات وتعويض تيار التسلسل الصفري.
1. أهمية AHF في شبكات الطاقة الحديثة
مع انتشار الأحمال غير الخطية، مثل محركات التردد المتغير والمقومات، يستمر محتوى التيار التوافقي في شبكة الكهرباء في الارتفاع، مما يؤثر بشكل خطير على استقرار وكفاءة الطاقة في نظام الطاقة. يقوم مرشح الطاقة النشط (AHF) بتصفية المكونات التوافقية من الشبكة بفعالية من خلال الكشف الفوري عن التيارات التوافقية العكسية وحقنها، مما يجعله جهازًا أساسيًا لتحسين جودة الطاقة. وقد حظي مرشح الطاقة النشط (AHF) ثلاثي الأطوار رباعي الأرجل باهتمام واسع النطاق، لا سيما في أنظمة ثلاثية الأطوار رباعية الأسلاك، نظرًا لقدراته المرنة في التحكم وأدائه الممتاز في التعويض.
2. الطوبولوجيا والنموذج الرياضي لـ AHF ثلاثي الطور ورباعي الأرجل
تتميز الدائرة الرئيسية لمُحوّل الجهد العالي ثلاثي الأطوار رباعي الأرجل بساق إضافية (طور-n) مقارنةً بمُحوّل الجهد العالي ثلاثي الأطوار ثلاثي الأرجل التقليدي، مما يمنحه القدرة على التحكم بشكل مستقل في تيار التسلسل الصفري، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات تيارات خطية محايدة كبيرة. يتضمن تصميمه أربعة أرجل جسرية، ومكثفًا لوصلة تيار مستمر، ومحثات خرج.
من خلال إنشاء معادلات حالة AHF في نظام إحداثيات abc وتحويلها إلى نظام إحداثيات dq0 للتحليل، يُمكن وصف سلوكها الديناميكي بوضوح. يُرسي هذا النموذج الأساس لتصميم استراتيجيات تحكم عالية الأداء لاحقًا.
3. استراتيجية التحكم المُحسّنة في قصور القلب الاحتقاني: FOSMC + FHC
3.1 تطبيق التحكم في وضع الانزلاق الجزئي (FOSMC) في AHF
لتحسين دقة تتبع وسرعة استجابة مُركِّز AHF للتيارات التوافقية، يقترح هذا البحث استخدام
نظام التحكم في وضع الانزلاق الجزئي (FOSMC) لمراحل abc. من خلال إدخال مُشغِّل تفاضلي جزئي، تُحسِّن هذه الاستراتيجية أداء التقارب ومتانة النظام. تُظهر نتائج المحاكاة أن نظام FOSMC يُمكِّن تيار خرج مُركِّز AHF من تتبع الإشارة المرجعية بسرعة خلال فترة زمنية محدودة، مما يُخفِّف التوافقيات بفعالية.
3.2 تنفيذ التحكم الضبابي الهستيري (FHC) للمرحلة n في AHF
لمعالجة مشاكل التحكم بالهستيريسيس التقليدي، مثل تردد التبديل المتغير وقابلية الأداء لظروف التشغيل، يعتمد فرع الطور n على
التحكم الضبابي الهستيري (FHC) . تضبط هذه الاستراتيجية نطاق الهستيريسيس ديناميكيًا بناءً على الخطأ الحالي، مع الحفاظ على ميزة الاستجابة السريعة للتحكم بالهستيريسيس مع تحسين استقرار النظام وقدرته على التكيف.
3.3 تعويض التغذية الأمامية والتحكم المنسق
بالنظر إلى علاقة الاقتران بين الطور n والطور abc، صُممت آلية تعويض التغذية الأمامية لتحقيق تحكم منسق بين المراحل الأربع. تُحسّن بنية التحكم المتكاملة هذه الأداء العام لوحدة AHF بفعالية في ظل ظروف تشغيل معقدة.
4. محاكاة والتحقق التجريبي لاستراتيجية التحكم في AHF
ولتحقق من فعالية استراتيجية التحكم المقترحة، قام فريق البحث ببناء نموذج محاكاة يعتمد على MATLAB/Simulink وقام ببناء منصة تجريبية AHF تركز على TMS320F2812 وFPGA.
4.1 تحليل نتائج المحاكاة
قبل توصيل مُحسِّن الجهد العالي (AHF)، كان التشوه التوافقي الكلي (THD) للتيار ثلاثي الأطوار للشبكة الكهربائية يصل إلى 28.18%، مع تشوه شديد في شكل الموجة. بعد توصيل مُحسِّن الجهد العالي (AHF) بالتصميم المُقترح، انخفض التشوه التوافقي الكلي (THD) إلى 3.32%، واقترب شكل موجة التيار من موجة جيبية مثالية، وكان تأثير كبت التوافقيات ملحوظًا.
4.2 المنصة التجريبية والنتائج
تدمج المنصة التجريبية معالجات متنوعة مثل DSP وFPGA وCPLD، مما يتيح التنفيذ السريع لخوارزميات التحكم والمراقبة الفورية لحالة النظام. تُظهر النتائج التجريبية أنه بعد توصيل AHF، انخفض التشويه التوافقي الكلي (THD) لتيار الشبكة من 25.7% إلى 1.9%، مع معدل تعويض يصل إلى 92.6%، مما يُثبت تمامًا الجدوى الهندسية لاستراتيجية التحكم المقترحة.
5. الخاتمة والتوقعات
تُوفر الاستراتيجية المتكاملة للتحكم في وضع الانزلاق الجزئي مع التحكم الضبابي الهستيري المقترح في هذه الورقة البحثية حلاً فعالاً وموثوقاً للتحكم في مُكثف التردد العالي (AHF) ثلاثي الطور ورباعي الأرجل. لا يُحسّن هذا الحل قدرة مُكثف التردد العالي على كبت التوافقيات فحسب، بل يُعزز أيضاً تأثيره التعويضي على تيار التسلسل الصفري، مما يُبشر بآفاق واعدة للتطبيقات الهندسية.
وفي المستقبل، سنعمل على تحسين خوارزميات التحكم في AHF بشكل أكبر وتعزيز تطبيقها على نطاق واسع في مجالات مثل تكامل الطاقة المتجددة ومراكز البيانات وشبكات الطاقة الصناعية، مما يساهم في تطوير أنظمة طاقة أنظف وأذكى.
ي هينجرونج للكهرباء، ندرك أهمية كل تفصيل في التحكم بالطاقة. من تصميم المنتجات المتطور إلى حلول الترشيح المبتكرة، نلتزم بتقديم تقنيات موثوقة وفعالة وجاهزة للمستقبل. باختيارك هينجرونج، ستحصل على أكثر من مجرد منتجات، بل ستحصل على شريك موثوق ملتزم بمساعدة أعمالك على تحقيق عمليات أكثر ذكاءً وأمانًا وصديقة للبيئة.