>

تحسين أداء المحولات الذكية باستخدام المتحكم الرنيني التناسبي للمقوم الجسري أحادي الطور عند الربط مع منبع جهد عالي التردد

المؤلفون / Authors الملخص / Abstract الكلمات المفتاحية / Keywords أقسام الملف 1-المقدمة 2-هدف البحث 3-مواد وطرق البحث 4-المقوم أحادي الطور 5-المتحكم التناسبي الرنيني 6-النتائج ومناقشتها 7-المراجع	تحسين أداء المحولات الذكية باستخدام المتحكم الرنيني التناسبي للمقوم الجسري أحادي الطور عند الربط مع منبع جهد عالي التردد
	Improving the performance of smart transformers using a proportion-al resonance controller to control single-phase bridge rectifier when connected to a high-frequency voltage source
	الناشر : جامعة دمشق


	م.عبد الرحمن الحبال، د.م. رامي موسى، د.م. سامر ربيع
	Eng. Al-Habbal Abdulrahman, Dr. Mousa Rami, Dr. Rabie Samer


	الملخص أدى الانتشار المتزايد لمصادر الطاقات المتجددة وخاصة الريحية والشمسية وربطها مع الشبكة الكهربائية إلى خلق عدد من التحديات المرتبطة بمسائل الحفاظ على التشغيل المستقر للشبكة والتحكم بجريان الاستطاعة. قادت هذه التحديات إلى التوجه نحو مفهوم الشبكة الذكية القائم على استخدام التجهيزات الذكية وأنظمة التحكم الآلي بهدف تأمين احتياجات المستخدمين بشكل اقتصادي وآمن. يعد المحول الذكي أحد المكونات الأساسية للشبكة الذكية، ويعتبر المحول ذو التردد العالي من أهم مكوناتها لتلبية متطلبات تخفيض الحجم والوزن. يقوم المحول الذكي بتقويم إشارة الجهد العالي ذي التردد المنخفض المساوي لتردد الشبكة ثم يقوم بتوليد جهد مرتفع عالي التردد، يكون دخلاً للمحول المعزول غلفانياً الذي يقوم بتخفيض الجهد إلى جهد منخفض عالي التردد يتم تقويمه عن طريق مقوم جسري للحصول على جهد مستمر، بعد ذلك يتم استخدام معرج للحصول على موجة جهد متناوب يمكن وصلها مع شبكات الجهد المنخفض. تعد مرحلة تقويم التوتر عالي التردد إحدى مراحل عمل المحول الذكي. حيث يتم عادة في الأنظمة الثلاثية الطور استخدام المتحكمات التناسبية التكاملية التي تمتاز بأداء ممتاز بالتحكم بالتيار المستمر، ولكن يصعب استخدام هذه المتحكمات في المقومات أحادية الطور. كما أن استخدام هذه المتحكمات غير جيد بشكل عام عند التحكم بالتيار المتناوب لأنه من غير الممكن ضبط ربح هذا المتحكم بشكل أمثل لتجنب تأخر الاستجابة ما يؤدي لارتياب حالة ثابتة. يتميز المتحكم الرنيني التناسبي ببساطة بنيته وتقليل زمن التأخير كما أنه يحقق ارتياب حالة ثابتة صفري بدون تغيير المحاور الإحداثية ويمكن ضبط جهد الطرف المستمر بشكل آلي بغض النظر عن التغيرات في جهد الشبكة ويمكن تطبيقه ضمن الإطار المرجعي الثابت بالإضافة إلى أن القسم الرنيني للمتحكم يقدم ربحاَ عالياً جداً عند التردد المتناوب المستهدف. في هذا البحث بتقديم نموذج رياضي للمتحكم الرنيني التناسبي، كما سنقوم بدراسة استخدامه ضمن مرحلة التقويم للتحكم بالمقوم الجسري عالي التردد بهدف ضبط إشارة التوتر عند القيمة المطلوبة والمحافظة على استقرارها. وقد تمت عملية النمذجة والمحاكاة باستخدام بيئة Matlab/Simulink.

	الكلمات المفتاحية: المحول الذكي، المقوم الجسري أحادي الطور، المتحكم التناسبي الرنيني

	Abstract Increasingly penetration of the Renewable Energy Sources in electric grids especially wind and solar energy has created some challenges in grid stability and controlling the power flow. These challenges led to Smart Grid concept which mainly use smart devices and automatic control systems to provide users their needs in a secure and economical way. Smart transformer is considered as one of the main components of Smart Grid, High Frequency Transformer is the central part of smart transformers to minimize volume and weight requirements. Three stages smart transformer rectifies the grid low frequency high voltage and then generates a high voltage high frequency to be an input of galvanic isolated high frequency transformer which step the voltage down to a high frequency low voltage rectified again by a PWM single-phase rectifier, at the last stage an inverter is used to generate an AC voltage. High frequency low voltage rectifying stage is considered one of smart transformer acting stage. In three-phase systems the conventional Proportional integral controllers are very popular and they have an excellent performance when controlling DC, however it is hard to use these controllers in single-phase rectifiers, also generally speaking it is not useful to use conventional PI controllers to directly control AC current because it’s not possible to adjust the regulator gain to avoid the reference trace response delay which lead to steady state error. Proportional resonant controller has a simple construction and it can minimize controlling delay, achieve zero steady state error, adjust DC-link voltage and it can be used directly in stationary reference frame, in addition the resonant act offer a very high gain at the target frequency. In this research we will explain the mathematic model of the PR controller, study using PR controller in single phase rectifying stage, a simulation is performed in Matlab/Simulink.

	Keywords: Smart Transformer, Single Phase PWM Full Bridge Rectifier, Proportional Resonant Controller

	1- المقدمة:
	بالرغم من التحديثات العديدة التي طالت الشبكات الكهربائية إلا أن المحولات الكهربائية التي تعتبر العمود الفقري لهذه الشبكات بقيت على حالها بدون أي تغيير أساسي في بنيتها. تؤمن المحولات التقليدية عمليات التحويل بكفاءات مرتفعة تصل لـ 98% وبعمر طويل نسبياً يصل لـ 20 عاماً، إلا أن عدم إمكانية التحكم فيها دفع مشغلي هذه الشبكات إلى استخدام معدات إضافية لتنظيم الجهد.
	اتجهت المراكز البحثية في الآونة الأخيرة لتحديث بنية المحولات لتنظيم الجهد بالشكل المطلوب وتحسين جودة الطاقة ما أدى لظهور مصطلح محولات الحالة الثابتة SST التي تعرف بأنها نظام يعتمد على إلكترونيات القدرة من المفترض أن يحل محل المحولات الكهربائية التقليدية. ركزت معظم الأبحاث المنشورة عن هذه المحولات على تحسين الكفاءة وتقليل الحجم وافتقرت لنظام تحكم بالجهد والتيار ما أدى لبروز مصطلح المحول الذكي الذي يمكن تعريفه بأنه محول حالة ثابتة مصحوب بخوارزميات تحكم واتصالات تهدف لزيادة وظائف هذه المحولات ولها القدرة على حل المشكلات المترافقة مع تحديث شبكات التوزيع[1].
	يتألف المحول الذكي ذي الثلاث مراحل من المكونات الآتية[1]:
	مبدل من طرف الجهد المتوسط يقوم بتقويم جهد الشبكة
	مرحلة عزل يتم فيها تخفيض الجهد المتوسط المقوم من المرحلة الأولى إلى جهد مستمر منخفض
	مبدل يقوم بتحويل الجهد المستمر المنخفض إلى جهد متناوب
	من أهم ميزات المحولات الذكية إمكانية دمج شبكات الجهد المستمر بعدة مستويات من الجهود مع شبكات التيار المتناوب التقليدية بالإضافة لتنفيذ مهام المحولات التقليدية مثل الربط بين شبكات الجهد المتوسط وشبكات الجهد المنخفض ويبين الشكل (1) توضع المحول الذكي كمكون أساسي في الشبكات الذكية.
	الشكل (1) بنية الشبكة الذكية والتي تعتمد على المحولات الذكية
	يبين الشكل (2) مرحلة العزل أو مرحلة تغيير الجهد المستمر DC/DC ضمن بنية المحول الذكي ذي الثلاث مراحل والتي تحوي بشكل رئيسي على [2]:
	مبدل أحادي الطور لتحويل التيار المستمر ذي الجهد المتوسط إلى جهد عالي التردد
	محول ذو تردد عالٍ
	مبدل لتحويل التيار المتناوب منخفض الجهد من خرج المحول ذو التردد العالي إلى تيار مستمر

	الشكل (2) مرحلة تحويل الجهد المستمر في محول ذكي بثلاث مراحل [2]
	قام الباحثون في [3] بإجراء مقارنة بين طريقة تخلفية التيار واستخدام المتحكم الرنيني التناسبي لتوليد نبضات المقوم أحادي الطور الذي يعتمد على التعديل العرضاني للنبضة ودراسة الاستجابة الديناميكية عند وصل الطرف المتناوب مع شبكة بتردد 50 هرتز وتم اثبات أفضلية المتحكم التناسبي الرنيني، قدم [4] نموذج رياضي للمتحكم ودراسة استخدامه في المعرجات لتوليد إشارة متناوبة جيبية بتردد 50 هرتز، قدم [5] دراسة لاستخدام المتحكم التناسبي الرنيني عند ربط محطة شمسية بشبكة أحادية الطور ذات تردد 60 هرتز ومقارنة استخدامه مع المتحكم التناسبي التكاملي التقليدي، قدم [6] دراسة لاستخدام المتحكم التناسبي الرنيني مع مقوم أحادي الطور ماستخدام مرشح LCL عند نقل استطاعة 600 واط من شبكة بتردد 50 هرتز. ركزت الأبحاث السابقة على دراسة استخدام المتحكم التناسبي الرنيني مع الترددات المنخفضة بالتالي من الضروري دراسة استخدام المتحكم التناسبي التكاملي عند وصله مع منبع عالي التردد وذلك لاستخدامه ضمن بنية المحول الذكي.

	2- هدف البحث:
	بالرغم من بساطة الخوارزمية التقليدية للتحكم التناسبي التكاملي وموثوقيتها لدرجة مقبولة إلا أنها تستطيع فقط التخلص من خطأ الحالة الثابتة لإشارة التيار المستمر المرجعية ومن المستحيل أن تقوم بتتبع الإشارة المرجعية المتناوبة [3]. كما أنه من الصعب تحقيق هدف الارتياب الصفري بين القيمة المرجعية والقيمة المقاسة عن طريق تحويلات بارك في المقومات أحادية الطور التي تعتمد على تقنيات التعديل العرضاني للنبضة.
	يتناول هذا البحث استخدام طريقة التحكم التناسبي الرنيني proportional-resonant control scheme لتقويم إشارة الجهد عالي التردد في المقومات أحادية الطور ويهدف البحث إلى:
	تقديم نموذج رياضي للمتحكم التناسبي الرنيني
	دراسة الاستجابة الديناميكية لمقوم أحادي الطور يعتمد على تقنيات التعديل العرضاني للنبضة عند استخدام المتحكم التناسبي الرنيني تحت ظروف تغير الجهد والحمل
	دراسة استقرار جهد الطرف المستمرDc-Link للمقوم أحادي الطور

	3- مواد وطرق البحث:
	اعتمدنا في البحث على نمذجة ومحاكاة مقوم أحادي الطور يعتمد على تقنيات التعديل العرضاني للنبضة باستخدام المتحكم التناسبي الرنيني في بيئة Matlab/Simulink حيث يقوم المتحكم بتوليد نبضات قدح ترانزستورات المقوم بالاستفادة من إشارة تيار متناوب مرجعية ومقارنتها مع إشارة التيار المتناوب المقاسة عند الطرف المتناوب للمقوم.

	4- المقوم أحادي الطور:
	يبين الشكل (3) مقوم أحادي الطور يعتمد على تقنيات التعديل العرضاني للنبضة يتغذى من منبع تيار متناوب يمثل شبكة تيار متناوب[3]، يقوم جسر التقويم بتحويل جهد الشبكة المتناوب إلى جهد مستمر لتغذية أحمال متنوعة. تمثل Si(i=1,2,3,4) القواطع الإلكترونية المسؤولة عن الإبدال وكل منها يملك ديود دوران حر له دور في الحماية وعملية التقويم. تمثل القيمة ig تيار الملف الذي يعرف أيضاً بتيار طرف الشبكة للمقوم أما Udc فهو جهد الطرف المستمر وidc تيار الطرف المستمر. الشكل (3) دارة مقوم أحادي الطور [3]
	الشكل (4) المخطط الصندوقي للتحكم بتيار دخل المقوم أحادي الطور[3] يبين الشكل (4) المخطط الصندوقي للتحكم الديناميكي بتيار الطرف المتناوب للمقوم أحادي الطور [3] وذلك بإهمال أثر عمليات إبدال القواطع الإلكترونية للمقوم باعتبار أن تردد الإبدال أكبر بكثير من تردد الشبكة حيث يمثل الصندوق Gc(z) تابع النقل الخاص بمتحكم التيار في المجال المتقطع والصندوق z^(-1) يقوم بعمل تأخير زمني أما الصندوق (zero-order hold ZOH) فيستخدم لتوليد نبضات القدح بينما يمثل الصندوق GP(s) تابع نقل المرشح في المجال المستمر وهو يعطى بالعلاقة:


	تبين العلاقة (2) تأثر تيار الطرف المتناوب بالتيار المرجعي وجهد الشبكة:

	يمكن التعبير عن العلاقة (2) بالشكل التالي:

	للحصول على ارتياب معدوم من الواضح أنه يجب ضبط ε_1 على القيمة 1 وε_2 على القيمة 0 وذلك للوصول إلى هدف عملية التحكم وهو تساوي i_s (s) و i_s^* (s) وتبين العلاقة (3) أن خاصية تردد-مطال لتابع نقل متحكم التيار في المجال المستمر G(s) تسعى نحو اللانهاية.

	بحسب [3] يعتمد أداء المقوم بشكل كبير على نوعية استراتيجية التحكم بالتيار وبشكل أساسي على عاملين: الأول رفع قيمة عامل الاستطاعة الأمر الذي يشكل أهمية كبيرة حيث يعتبر المقوم أحادي الطور دارة غير جيبية تسبب ظهور فرق بالصفحة بين جهد وتيار الشبكة، بالتالي يمكن التخلص من التوافقيات في تيار طرف الشبكة بضبط زاوية طور التيار والجهد. أما العامل الثاني فهو سرعة الاستجابة التي يجب تحسينها ما يعني أن المقوم يجب أن يستجيب بسرعة في حالة تغير الحمل.

	5- المتحكم التناسبي الرنيني:
	المتحكم التناسبي الرنيني هو نوع من توابع النقل يستخدم عادة ضمن بنى التحكم المغلقة ذات السلوك الجيبي. جذب هذا المتحكم الانتباه للاستخدام في مجال إلكترونيات القدرة للتعامل مع بنى التحكم بتيار وجهد الأنظمة أحادية الطور لسهولة تطبيقه وأدائه الجيد.
	يبين الشكل (5) المخطط العام لاستراتيجية التحكم بالتيار باستخدام المتحكم التناسبي الرنيني بحسب [3]. الشكل (5) استراتيجية التحكم بالتيار باستخدام المتحكم التناسبي الرنيني[3]
	يقدم المتحكم التناسبي التكاملي التقليدي PI Controller أداء ممتاز حيث يملك الحد الأدنى لارتياب الحالة الثابتة بفضل الربح اللانهائي تقريباً للتيار المستمر الذي يوفره الفعل التكاملي للمتحكم، إلا أنه عند الانتقال لتطبيقات التيار المتناوب لا يمكن لهذا المتحكم منع ارتياب الحالة الثابتة (steady-state error) لأن الربح المحدود للمتحكم يسبب تأخيراً محتوماً للاستجابة. للتغلب على هذه الحالة يمكن تطبيق الإجراء التحكمي ضمن الإطار المرجعي التزامني (synchronous reference frame) أي يجب تطبيق الإجراء التحكمي للمتحكم التناسبي التكاملي PI Controller ضمن الإطار المرجعي (dq) المتزامن مع تردد التيار المتناوب، الأمر الذي يسبب تغيير مكان الربح اللانهائي تقريباً للمتحكم عن القيمة المرادة عند التردد الاسمي للشبكة.
	يقدم المتحكم التناسبي الرنيني بديلاً عن الطريقة السابقة حيث يمكن تطبيقه مباشرة ضمن الإطار المرجعي الثابت (stationary reference frame) بالتالي لا يوجد حاجة لإجراء تحويلات بالإحداثيات بالإضافة إلى أن القسم الرنيني للمتحكم يقدم ربحاً عالياً جداً –بالرغم من أنه محدود- عند التردد المتناوب المستهدف. يعتبر الاستغناء عن تحويلات بارك في الأنظمة أحادية الطور فائدة كبيرة لاستخدام هذا المتحكم بما أن المحاور (dq) في هذه الأنظمة أي المحور المباشر direct والمحور التربيعي quadrature غير واضحة [5].
	للتخلص من مشاكل المتحكم التناسبي التكاملي التقليدي يمكن استخدام المتحكم التناسبي الرنيني للتحكم بالمبدلات أحادية الطور، ويعطى تابع النقل له بالعلاقة[5]:

	حيث K_p هو الربح التناسبي، وK_i هو الربح الرنيني، ω_0^ التردد الأساسي حيث يقوم المقام s^2+ω_0^2 بإنشاء ربح لانهائي عند التردد الأساسي للنظام المتناوب (أو تردد الرنين) بينما لن يكون هناك أي ربح عند الترددات الأخرى الأمر الذي يسمح بالوصول لارتياب (خطأ) حالة ثابتة صفري عند تنظيم الإشارة الجيبية. من الصعب عملياً تضمين العلاقة السابقة في المتحكمات الرقمية لذلك يتم اللجوء لصيغة بديلة أكثر عمليةً تقوم ببعض التثبيط حول تردد الرنين فيصبح لدينا:

	حيث ω_c^ هو عرض الحزمة حول التردد الأساسي للنظام ω_0^ في هذه الحالة يكون الربح عند ω_0^ محدوداً ولكنه ما يزال كبيراً بشكل كاف لفرض ارتياب حالة ثابتة صغير بشكل كاف [5]
	يمكن الحصول رياضياً على المتحكم التناسبي الرنيني بتحويل المتحكم PI المثالي ذي الإطار المتزامن ideal synchronous frame PI controller للإطار الثابت stationary frame وتحقيق الربح اللانهائي عند التردد الأساسي للتيار المتناوب وإجبار ارتياب الحالة الثابتة على أخذ القيمة صفر كما يبين الشكل (6) حيث يلاحظ عدم حصول تغير بالطور أو أي ربح عند أي تردد غير التردد الأساسي [5]
	الشكل (6) استجابة التردد للمتحكم التناسبي الرنيني المثالي[5]
	يتصرف المتحكم التناسبي الرنيني المثالي كشبكة بعامل جودة لانهائي ما يجعله صعب التطبيق في الواقع للأسباب الآتية:
	أولاً: الربح اللانهائي للمتحكم والذي يقود لعامل جودة لانهائي لا يمكن الوصول له في كلا المنظومتين الرقمية والتشابهية.
	ثانياً: ربح المتحكم التناسبي الرنيني يقل كثيراً عند الترددات الأخرى التي لا تساوي تردد الرنين بالتالي فهو غير كاف لتنحية تأثير التوافقيات التي يسببها جهد الشبكة.
	نتيجة لذلك تم اقتراح المتحكم التناسبي الرنيني غير المثالي الذي يستخدم كمرشح يمرر الترددات المنخفضة بربح عال high-gain low-pass filter لحل هذه المشاكل. يبين الشكل (7) استجابة التردد [5] حيث أن للقمة الرنينية resonant peak ربحاً يساوي 40dB وهذا يعتبر عاليأ بشكل كاف لتنحية ارتياب ملاحقة الجهد بالإضافة لذلك تتم مراقبة حزمة أعرض wider bandwidth حول التردد الرنيني ما يقلل حساسية المتحكم اتجاه التغيرات الطفيفة لتردد الشبكة للحد الأدنى. وتكون استجابة المتحكم لتردد التوافقيات قريبة من استجابة المتحكم المثالي. الشكل (7) استجابة التردد للمتحكم التناسبي الرنيني غير المثالي[5]
	للحصول على صيغة عملية للتطبيق والنمذجة في بيئةMatlab/Simulink نستخدم تحويل توستين (Tustin transform) خلال الزمن T_s^ لتحويل المعادلة من المجال المستمر إلى المجال المتقطع z وذلك بالتعويض عن s بالحد 2/T ((1-z^(-1)))/((1+z^(-1))) فنحصل على [7] [5] [4]:






	يمكن الحصول على القسم الرنيني بالتحويل للمعادلة التفاضلية:

	الشكل (8) المتحكم التناسبي الرنيني في بيئة Matlab/Simulink يبين الشكل (8) نموذج المتحكم في بيئة Matlab/Simulink:
	يبين الشكل (9) البنية الأساسية لنظام التحكم بالمقوم أحادي الطور الذي يعتمد على تقنيات التعديل العرضاني للنبضة وهو نظام ذو حلقة مغلقة مزدوجة double-closed loop يتضمن حلقة تحكم خارجية بالجهد المستمر وحلقة تحكم داخلية بالتيار الجيبي. للحصول على عامل استطاعة واحدي يجب أن يجب قياس تردد وطور كل من تيار الطرف المتناوب للمقوم وجهد الشبكة في نفس اللحظة بالتالي من الضروري وجود حلقة تحديد طور أحادية single-phase locked loop لتحقيق تحكم متزامن مع إشارة الشبكة.

	الشكل (9) البنية الأساسية لنظام التحكم بالمقوم أحادي الطور
	من الشكل (9) يمكن الحصول على معادلة جهد الطرف المتناوب للمقوم أحادي الطور كما يلي:

	يمكن الحصول على الشكل التالي للمعادلة عند استخدام المتحكم التناسبي الرنيني [3]:
	يبين الشكل (10) نموذج للمقوم أحادي الطور الذي يتألف من دارة تقويم جسرية مؤلفة من أربع ترانزستورات من النوع IGBT تعمل بتردد 20kHz وملف الطرف المتناوب ومكثف على الطرف المستمر كما يحوي النموذج على عدد من رواسم الإشارة لمراقبة كل مرحلة من مراحل التحكم وقياس جهد وتيار الحمل الموصول مع خرج المقوم.
	الشكل (10) نموذج للمقوم أحادي الطور في Matlab/Simulink
	يبين الشكل (11) نظام التحكم المطبق لتوليد نبضات قيادة القواطع الإلكترونية والمؤلف من حلقة مغلقة مزدوجة مع متحكم PI خارجي لتوليد إشارة التيار المرجعي حيث يتم حساب الارتياب بين قيمة الجهد المستمر المقاس والقيمة المرجعية المرادة للجهد في الطرف المستمر للمقوم يكون هذا الارتياب هو دخل المتحكم PI أما خرج هذا المتحكم فيتم ضربه بالقيم اللحظية للجهد على الطرف المتناوب للحصول على الإشارة المرجعية للتيار التي تشكل دخل الحلقة الداخلية المؤلفة من متحكم تناسبي رنيني PR-controller ويحوي النموذج عدد من رواسم الإشارة لمرقبة الفرق بين إشارة التيار المقاسة وإشارة التيار المرجعية. الشكل (11) المتحكم التناسبي الرنيني في Matlab/Simulink

	يبين الجدول 1 القيم المستخدمة في النموذج خلال عملية المحاكاة:
	الجدول (1) القيم المستخدمة في عملية النمذجة

	6- النتائج ومناقشتها:
	قمنا أولاً باستخدام ثلاث نقاط هدف لخرج المقوم وهي: 220V وهي أقل من القيمة الفعالة لخرج المحول وفق نسبة عدد اللفات وتستمر من بداية المحاكاة وحتى اللحظة 0.3s حيث ترتفع نقطة الهدف المطلوبة عند خرج المقوم للقيمة 500V وتستمر حتى اللحظة 0.7s لتنخفض قيمة نقطة الهدف المطلوبة لـ 380V.
	يبين الشكل (12) موجة جهد وتيار الحمل خلال زمن إجراء المحاكاة حيث أنه من الملاحظ ثبات الجهد عند القيمة 220فولط خلال 0.12 ثانية بينما استغرق 0.25 ثانية للثبات عند القيمة 500فولط كما استغرق تقريباً 0.12 ثانية للهبوط للقيمة 380فولط

	الشكل (12) جهد وتيار خرج المقوم المتحكم التناسبي الرنيني في بيئة Matlab/Simulink
	يبين الشكل (13) تذبذب موجة الجهد المستمر لخرج المقوم بعد الاستقرار عند القيمة 500 فولط ونلاحظ أن تموج الجهد ضئيل للغاية بين القيمتين 499.7 فولط و500.1 فولط ما يشكل أقل من 0.1%

	الشكل (13) تذبذب جهد الخرج بعد الاستقرار عند القيمة 500 فولط
	كما يبين الشكل (14) تذبذب موجة الجهد المستمر لخرج المقوم بعد الاستقرار عند القيمة 380 فولط ونلاحظ أن تموج الجهد ضئيل للغاية بين القيمتين 379.9 فولط و380فولط ما يشكل أقل من 0.1%

	يبين الشكل (15) كلاً من موجة التيار المرجعي وموجة التيار المقاس بين اللحظتين 0.692s و0.696s أي بعد استقرار الجهد عند القيمة 500 فولط حيث من الملاحظ أن المتحكم يقوم بملاحقة مثالية للموجة المرجعية الشكل (15) موجتي جهد وتيار الطرف المتناوب للمقوم

	يبين الشكل (16) الإشارة المرجعية للتيار المتناوب و الإشارة المقاسة لتيار الطرف المتناوب للمقوم حيث يلاحظ قيام المتحكم التناسبي الرنيني بالاستجابة الآنية لتغير القيمة الهدف لجهد خرج المقوم عند تغيرها من القيمة 500 فولط للقيمة 380 فولط عند اللحظة 0.7s حيث أن القيمة المقاسة للتيار المتناوب عند دخل المقوم تغيرت بشكل آني لملاحقة الإشارة المرجعية.
	الشكل (16) التيار المرجعي والتيار المقاس لحظة تغيير القيمة الهدف لجهد خرج المقوم
	يبين الشكل (17) موجتي الجهد والتيار المتناوب عند دخل المقوم خلال فترة قيام المتحكم بتخفيض الجهد من القيمة 500 فولط للقيمة 380 فولط وذلك بين اللحظتين 0.752s و 0.764s حيث من الملاحظ تأخر التيار عن الجهد بزاوية 180 درجة نتيجة لتغير نقطة هدف الجهد إلا أن المتحكم يعيد تيار وجهد دخل المقوم على وفاق بالصفحة خلال 0.06 ثانية بالتالي يحافظ على عامل استطاعة واحدي الأمر الذي يجعل التوافقيات الناتجة عن استخدام المقوم والتي يتم حقنها بالشبكة بالحد الأدنى وهي إحدى أهم ميزات المتحكم التناسبي الرنيني PR-Controller عند استخدامه للتحكم بالمقومات أحادية الطور.
	الشكل (17) موجتي الجهد والتيار المتناوب عند دخل المقوم
	يبين الشكل (18) تحليل فورييه لموجة التيار المتناوب عند الطرف الموصول بالمنبع المتناوب للمقوم حيث من الملاحظ القيمة المنخفضة لتوافقيات التيار خلال كامل زمن النمذجة أقل من 1% وترتفع بشكل شبه آني عند تغيير جهد الخرج إلا أنها تبقى بقيم منخفضة تحت 5%

	الشكل (18) تشوه التيار المتناوب عند دخل المقوم
	يبين الشكل (19) عمل المقوم عند ظروف تغير الأحمال على الطرف المستمر للمقوم بجهد 380 فولط حيث كان تيار الحمل حوالي 3.8 أمبير حتى اللحظة 0.2s. أصبح المقوم يعمل على فراغ بدون أي أحمال من اللحظة 0.2s حتى اللحظة 0.4s حيث دخلت مجموعة من الأحمال مع منبع جهد مستمر عند اللحظة 0.6s خرجت بعض الأحمال من الخدمة وخرج المنبع من الخدمة في اللحظة 0.8s حيث ارتفع التيار لحوالي القيمة 12أمبير حيث من الملاحظ أن المتحكم حافظ على جهد الخرج عند القيمة المطلوبة خلال هذه التغيرات.

	الشكل (19) جهد وتيار خرج المقوم عند تغير الأحمال
	الخلاصة
	قمنا في هذا البحث بدراسة استخدام المتحكم التناسبي الرنيني PR-Controller للتحكم بالتيار بالمقوم أحادي الطور. حيث قمنا بتقديم النموذج الرياضي للمتحكم ونمذجته في بيئة Matlab/Simulink وقد وجدنا أن استخدام هذا المتحكم سمح بـ:

	ملاحقة نقطة الجهد المطلوبة وتثبيت جهد خرج المقوم خلال زمن قصير نسبياً سواء كانت هذه القيمة أقل أو أكبر من القيمة الفعالة لجهد المنبع.
	الحفاظ على ارتياب صفري بين موجة التيار المرجعي والتيار المقاس.
	الملاحقة الآنية لموجة التيار المرجعي عند حدوث تغير في قيمة الجهد المطلوبة عند خرج المقوم.
	المحافظة على الوفاق بالصفحة بين موجة الجهد وموجة التيار عند الطرف المتناوب للمقوم بالتالي المحافظة على عامل استطاعة واحدي.
	الحفاظ على قيم منخفضة للتشوه التوافقي في موجة التيار بالتالي انخفاض قيمة التوافقيات المحقونة في الشبكة
	بالنتيجة باستخدام المتحكم التناسبي الرنيني للتحكم بمقوم أحادي الطور عندما يكون الطرف المتناوب للمقوم موصول مع منبع جهد بتردد عال 1kHz حصلنا على أداء جيد جداً في الحالة الثابتة حيث أن تذبذب الجهد المستمر الحاصل لا يتجاوز 0.1% وضبط دقيق مع استجابة ديناميكية سريعة مع الحد الأدنى للتشوه التوافقي بالتالي يمكن الوصول لارتياب حالة ثابتة صفري بدون إجراء أي تحويل للإحداثيات وضبط قيم الجهد وفقاً لأي تغير يمكن أن يحصل في جهد الشبكة أو عند تغير الأحمال الأمر الذي يمكن أن يكون بغاية الأهمية عند التحكم بالجريان ثنائي الاتجاه للاستطاعة وبخوارزمية بسيطة مع الحفاظ على جودة الاستطاعة power quality بالأخص في مرحلة تخفيض الجهد المستمر (مرحلة العزل) ضمن بنية المحول الذكي.

	المراجع [1] Hamed Shadfar, Mehrdad Ghorbani Pashakolaei, Asghar Akbari Foroud “Solid-state transformers: An overview of the concept, topology, and its applica-tions in the smart gridInt Trans Electr Energ Syst.; 31: e12996, 2021. [2] Aniel Shri, A SOLID-STATE TRANSFORMER FOR IN-TERCONNECTION BETWEEN THE MEDIUM- AND THE LOW-VOLTAGE GRIDDESIGN, CONTROL AND BEHAV-IOR ANALYSIS, master thesis at DELFT university 2013 [3] WANG Helin, CHENG Qiming, LI Ming, CHEN Gen, DENG Liang “The Study of Single-phase PWM Rectifier Based on PR Control Strategy” 26th Chinese Control and Decision Conference (CCDC) 3818-3823, 2014 [4] S. Salimin, A.F.M. Noor, S. A. Jumaat "Proportional resonant current controller strategy in inverter ap-plication" International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), pp. 2238~2244 Vol. 10, No. 4, December 2019 [5] Hanju Cha, Trung-Kien Vu and Jae-Eon Kim, Design and Control of Proportional-Resonant Controller Based Photovoltaic Power Conditioning System, IEEE, Octo-ber 2009. [6] A.Karafil, H. Ozbay, Power Control of single-phase Active Rectifier, Balkan Journal of electrical & com-puter engineering, Vol.7, PP 332-336,No3, July 2019 [7] R. Costa-Castello, R. Grino, E. Fossas, “Resonant Control of a Single-phase Full-Bridge Unity Power Factor Boost Rectifier” in IEEE International Confer-ence on Control Applications, 599-604, Oct. 2007. [8] D. G. Holmes, T. A. Lipo, B. P. McGrath, and W. Y. Kong, “Optimized Design of Stationary Frame Three Phase AC Current Regulators, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 11, NOVEM-BER 2009

آخر الأخبار

مؤتمرات علمية محكمة

>

تحسين أداء المحولات الذكية باستخدام المتحكم الرنيني التناسبي للمقوم الجسري أحادي الطور عند الربط مع منبع جهد عالي التردد