الفهرس 
INTRODUCTIONOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 174 |  |  |
| | | from | 174 | | |
Abstract
لقد ظهرت في الآونة الأخيرة مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة التي نحن في أمس الحاجة إليها والتي تتطلب ربطها بالشبكة الموحدة لجمهورية مصر العربية ، تلك الشبكة التقليدية الغير مرنة والتي تعتمد علي أماكن محددة لتوليد الطاقة الكهربية ثم نقلها لمسافات طويلة عبر خطوط النقل حتى تصل الى محطات فرعية لتخفيض الجهد وفي النهاية يتم توزيع الطاقة علي المستهلكين، لذا نجد تلك الشبكة الغير مرنة تمثل عنق الزجاجة للربط مع مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة ، ونجد أن تلك المصادر للطاقات الجديدة تسبب بعض المشاكل – عند ربطها مع الشبكة - مثل زيادة الجهد وتحتاج لطرق حماية خاصة ومكلفة عند ربطهامعالشبكة الموحدة التقليدية. ونجد الآن موارد الطاقة الجديدة و المتجددة ظهرت لها تصنيفات جديدة وفقا لحجمها وقدرتها الكهربية التي تعتبر محدودة بالنسبة للشبكة وهي كالتالي : الشبكة الصغيرة القدرة (المني ) ويكون معدلها بين 50 كيلو وات و1.5 ميجاوات والشبكة الميكروئية ذات القدرات الدقيقة (الميكرو) وهي مابين 5 و50 كيلو وات ، بينما الشبكة المتناهية الصغر (النانو) مابين 1.5 و5 كيلو وات أما الشبكة الفائقة الصغر وهي البيكو وتكون أقل من 1.5 كيلو وات وتمثل نظام تغذية منزلي. ونجد أن النوعين الأخيرين يتناسبان مع الدول النامية وخاصة بالمناطق النائية والغير مربوطة بشبكة الجمهورية. ويركز هذا البحث علي الشبكة المتناهية الصغر (النانو) كمصدر دقيق من مصادر الطاقات الجديدة والمتجدة ، حيث يتم الربط البيني بين مجموعة من هذه الشبكات المتناهية الصغر والمرنة من خلال وصلة قدرة تيار مستمر بدلا من التيار المتردد – حيث يتم الربط والتحكم باستخدام طريقة توزيع معينة ينتج عنها نظام جديد أكثر فاعلية يؤدي زيادة الإتاحية وانخفاض في التكلفة يسمي شبكة نظام الطاقة المفتوح بدلا من النظام التقليدي للشبكات العادية ذات النظام المغلق ، فمن مميزات الشبكة المتناهية الصغر (النانو) عن مثيلتها الميكروئية أنها تعمل على خفض المفاقيد الحرارية والنحاسية وجميع المفاقيد الأخري نتيجة وجود مصدر التغذية ملاصق للمستهلك - مما يزيد من كفاءة الشبكة ومدي الإتاحية لها – كما يقل حجم عناصر إلكترونات القدرة المستخدمة نتيجة انخفاض التيار المقنن لها – ووسائل حماية أسهل - كما تقل السعة التخزينية اللازمة للبطاريات فيقل حجمها وتكلفتها وزمن شحنها – مما يقلل التكلفة الكلية للتشغيل نظرا لأن المصدر الرئيسي للطاقة هو أحد المصادر المتجددة –كما أنه يبسط هذا النظام ويخفض تكلفته الكلية – كما أن معدل الاستجابة له يكون أسرع في التعامل معه عن الميكرو والمللي – كما أنه يكون مصدر تغذية بسيط وقائم بذاته ويتناسب مع المناطق الريفية النائية والصحراوية. ولكن نجد أن تلك الشبكات المتناهية الصغر(النانو) التقليدية تحتاج إلي : عدد كبير من المحولات والعواكس كما أن كل محول إلكتروني أو عاكس يحتاج إلي نظام تحكم معزول وخاص به كما يحتاج لوسيلة حماية خاصة ومستقلة – مما يزيد تكلفة الشبكة وكذلك المفاقيد الكلية لها مما ينعكس علي الكفاءة. بالإضافة لذلك فإن الربط البيني بين كل من العاكس والمحول الإلكتروني قد يؤدي إلي حدوث تداخل في الإشارات ومشاكل تشويش مع إمكانية أكثر لتعرض المستخدمين للخطر. بالإضافة إلي ذلك نجد أن نظام المحول الإلكتروني – والعاكس ذو المرحلتين يحتاج إلي دوائر حماية إضافية للعاكس لمنع التوصيل للمفتاحين المركبين علي نفس الفرع – من العاكس - وحدوث قصر يؤدي إلي مشاكل كثيرة. ومن أجل التغلب علي تلك المشاكل السابقة الذكر فقد جاءت هذه الأطروحة لتقدم نظام معدل ومطور للشبكة المتناهية الصغر تؤدي إلي أداء أمثل للنظام وتجعله أكثر إتاحية. وتعتمد هذه الشبكة المطورة والمقترحة – علي استخدام محول عاكس ذو مرحلة واحدة له دخل واحد ومتعدد المخارج (أي يعطي تيارين أحدهما مستمر والآخر متردد ) في خطوة واحدة ، فهو يسمح بتحويل مصدر التغذية وهو أحد مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة (الطاقة الشمسية ) كتيار مستمر وتحويلها إلي مصدرين لتغذية حمل تيار مستمر وآخر متردد من نفس المصدر. فالرسالة تقترح محول عاكس أحادي الخطوة يعطي مخارج عدة في وقت واحد ذو مميزات عديدة حيث يحتاج إلي عدد أقل من المكونات الغير فعالة مثل الملفات والمكثفات عن نوع آخر له نفس الخصائص وهو العاكس من النوع Z. ويمتاز هذا النوع أيضا بقدرته علي إعطاء خرج أكبر من أو أقل من الدخل وهو الجهد المستمر من الخلايا الشمسية – للتيار المتردد - وتعتمد فكرة عمله علي نظام التحكم في عرض النبضة والذي تم شرحه بالرسالة تفصيليا. ولكن يتم استخدام هذا النظام مع التطبيقات التي تحتاج لقدرة منخفضة ، كما أن من عيوبه أن نسبة التوصيل تتراوح بين صفر وخمسون بالمائة فقط من نسبة التشغيل – حيث نجد من خلال الدراسات المرجعية لهذا النوع - أن معظم الأبحاث المطبقة تعمل عند جهد مستمر منخفض لا يتعدي 220 فولت وهذا يعطي جهد تيار متردد يساوي 110 فولت قيمة عظمي وقيمة فعالة له تساوي تقريبا 70 فولت وهذا لايتناسب مع مصادر التغذية اللازمة للأحمال المنزلية في مصر والتي تستخدم 220 فولت قيمة فعالة. لذلك جاء هذا البحث ليقدم نظام تحكم مغلق جديد يعتمد علي تقديم نظام نموذج مرجعي قابل للتعديل يساهم في زيادة جهد التيار المستمر إلي قيم عالية تصل بجهد التيار المتردد إلي الجهد المقنن والمناسب للأجهزة المنزلية (220 فولت) في مصر. بالإضافة إلي ذلك – فإن الشبكة المتناهية الصغر والمطورة والمقترحة ذات قدرة 5.4 كيلووات من مصدر خلايا شمسية – تشتمل أيضا علي نظام شحن لتخزين طاقة باستخدام بطاريات شمسية ، يعتمد علي نظام دقيق للتحكم وإدارة عملية الشحن والتفريغ للبطارية مستخدما محول إلكتروني رافع وخافض. يقوم المحول بتعديل مستوي الجهد بين وصلة التيار المستمر (وهي تمثل جهدا أعلي) وبين البطاريات (تمثل الجانب الأقل في الجهد) ، ويشمل نظام مراقبة وتحكم لعمليات الشحن والتفريغ للبطاريات ، ويستخدم نوع جديد من الخوارزميات في البرنامج اللازم لعمل التحكم وتحقيق الأداء الأمثل لتخزين الطاقة وتفريغها وعملية إدارتها. نظرا لمميزات الربط بين تلك الشبكات – باستخدام وصلة تيار مستمر بينية - والتي لاتحتاج إلي تزامن أو تتابع للأوجه أو إزاحة بين الأوجه وبعضها البعض وتمنع مشاكل التيار المتردد وسهولة التوصيل وخلافه - لذا فإنها تكون أكثر استقرارا - كما أنها تسمح للمستهلك لتبادل الطاقة بينه وبين الشبكة الرئيسية بسهولة من خلال الحاكم الرئيسي – إمكانية الربط بسهولة مع شبكات متناهية الصغر أخري دون مشاكل كما يمكنها تبادل الطاقة فيما بينها – يعظم الاستفادة من نظام مصدر الطاقة المفتوح – لذا جاءت الرسالة لتقدم مثالا للربط بين شبكتين متناهيتين في الصغر لتبين كيفية تدفق القدرة الكهربية بينهما حتي في حالة إخفاق مصدر تغذية لأحدهما فإن الشبكة الأخري تقوم بتغذيتها من خلال خوارزمية مقترحة بسيطة للتحكم في عملية تدفق القدرة بين الشبكتين من خلال استخدام مفتاحين إلكترونيين محكومين. وتم عمل محاكاة لجميع النماذج الرياضية لتلك الشبكة المتناهية الصغر والمعدلة باستخدام ومساعدة برنامج ماتلاب. وتم اختبار النظام المقترح تحت ظروف تشغيل مختلفة مع عمل نمذجة رياضية لكل من الخلايا الشمسية ومتتبع نقطة أقصي قدرة – وتم افتراض العديد من الحالات لظروف تشغيل مختلفة في حالة التحكم بالدائرة المفتوحة والمغلقة لاختبار مدي متانة وضلاعة الحاكم المقترح عند التغيير المفاجيء لجهد المصدر أو الحمل - وأظهرت النتائج متانة النظام وقدرته علي مواجهة التغيير باستجابة سريعة وأثبتت قابليته للتطبيق العملي في المدن الجديدة وكذلك في المناطق النائية والقرى الفقيرة في صعيد مصر والمناطق التي يصعب ربطها بالشبكة الموحدة للجمهورية وهذا العمل المقترح هو جزء من مشروع بحثي لمعهد بحوث الإلكترونيات ويتضمن دراسة كاملة مرجعية للنظام وتحليله وتصميمه وعمل المحاكاة والنمذجة له وتنفيذ شبكة متناهية الصغر حقيقية داخل نظام الطاقة المفتوح. وتتكون الرسالة من سبعة فصول وملحقين وقائمة من المراجع الحديثة والتي تشرح كل مكونات الشبكة المتناهية الصغر والمعدلة وتفاصيل الفصول كالتالي: الفصل الأول: ويتناول مقدمة عن أهمية الطاقات الجديدة والمتجددة ومميزاتها ومدي الحاجة لها وللشبكات الذكية ، وأخيرا يتناول دراسة مرجعية للأبحاث السابقة في الشبكات المتناهية الصغر. الفصل الثاني: ويشتمل علي بعض العقبات التي تواجه الشبكات الكهربية الموحدة التقليدية عند الربط مع مصادر الطاقات الجديدة والمتجددة وتعريف دقيق للشبكات المتناهية الصغر والتي يتكون منها نظام الطاقة المفتوح ، كما يشتمل علي تصنيف لجميع الشبكات الذكية تبعا لحجمها وقدرتها الكهربية ، وفي نهاية الفصل مخطط كامل مقترح لنظام شبكات متناهية الصغر مطورة مع مقارنة بينها وبين التقليدية. الفصل الثالث: ويتناول عرض كامل لمصدر الطاقة الجديدة والمتجددة وهو الخلايا الشمسية مع دراسة خصائصها وعمل النموذج الرياضي لها ، وكذلك استخدام طريقة التغيير والملاحظة لتتبع نقطة أقصي قدرة للخلية الشمسية. الفصل الرابع: يعرض هذا الفصل شرح تفصيلى للشبكة المتناهية الصغر المقترحة و المطورة باستخدام محول عاكس أحادي المرحلة يعطي مخارج عدة –كما يتناول فكرة عمله الأساسية وطريقة تشغيله والنموذج الرياضي له وطريقة التحكم فيه ، وعمل مقارنة بينه وبين النوع ذو المرحلتين وكذلك مقارنة بينه وبين العاكس من النوع Z ، وأخيرا شكل النبضات وطريقة تعديلها لكي تتناسب مع الخرج المطلوب من خلال التحكم باستخدام الحلقة المفتوحة ومقترح جديد للتحكم بالحلقة المغلقة يعتمد علي استخدام نموذج مرجعي يتم تعديل خرجه ذاتيا. الفصل الخامس: يشتمل هذا الفصل علي عمل مقارنة للأنواع المختلفة من طرق التخزين للطاقة ثم يتناول البطاريات كوحدة لتخزين الطاقة الكهربية ، و أيضا دراسة شاملة لأنواعها المختلفة ومقارنة بينها ثم اختيار الأنسب لاستخدامه مع الشبكة المتناهية الصغر والمقترحة وعمل محول عاكس خافض ورافع للجهد في الاتجاهين (اتجاه الشحن والتفريغ للبطاريات) مع استخدام خوارزمية تحكم جديدة لتحقيق الأداء الأمثل لتدفق القدرة الكهربية بين المصدر الرئيسي للقدرة وهو الخلايا وبين البطاريات. الفصل السادس: يتناول هذا الفصل عرض النتائج الشاملة باستخدام برنامج الماتلاب لدراسة الحالات المختلفة التى يمكن أن تتعرض لها الشبكة المتناهية الصغر نتيجة تغير جهد الدخل أو تغيرات الأحمال و إبراز مدي متانة النظام المقترح وضلاعته في التغلب على هذه التغيرات لتثبيت خرج الأحمال لضمان التشغيل الأمثل لها. الفصل السابع: يحتوى هذا الفصل على عرض لاستنتاجات الرسالة وخلاصة هذا البحث ومدي أهميته للتطبيق في شتي المجالات التي تحتاج لمثل هذا النوع من الشبكات ذات مصادر الطاقة الجديدة والنظيفة، مع تقديم لبعض المقترحات المستقبلية الخاصة بهذا البحث لاستكمالها وكذلك بعض التوصيات المهمة للباحثين في هذا المجال الجديد والمهم.