Utafiti huu unachunguza chanzo cha mitetemo ya voltage inayoweza kutokea wakati Voltage Source Converter (VSC) kadhaa, Switched-Capacitor DC Transformer (SCDCT) na njia ndefu za DC zinafanya kazi katika mfumo mmoja wa usambazaji wa DC wa voltage ya kati, kupitia mwingiliano wa impedansi.

Watafiti kwanza walitoa modeli ya impedansi ya ingizo ya ishara ndogo ya SCDCT inayotegemea DAB, kisha wakaunganisha modeli hiyo na impedansi ya pato ya VSC na impedansi za njia ili kuchambua mwingiliano wa impedansi ya chanzo–mzigo kwa mfumo wa MVDC wenye terminali nyingi.

Kulingana na matokeo, impedansi za parasiti za njia ndefu na SCDCT zinazoongezwa kwenye mfumo zinaweza kupunguza masafa muhimu ya makutano ya impedansi na kuongeza tofauti ya awamu kati ya upande wa chanzo na upande wa mzigo. Katika mfumo wa mfano wa utafiti, VSC moja na SCDCT moja zilikuwa thabiti, lakini SCDCT ya pili ilipoongezwa tofauti ya awamu iliongezeka hadi 180,1° na mfumo ukaingia katika kutokuwa thabiti kwa mitetemo. Kinyume chake, kuunganisha VSC ya ziada upande wa chanzo kunaweza kuunda upya impedansi sawia ya chanzo na kurejesha uthabiti.

Utafiti pia unapendekeza Active Damping Method inayotambua sehemu ya mtetemo ya mkondo wa ingizo wa SCDCT. Kidhibiti hubadilisha ukubwa na awamu ya impedansi katika eneo muhimu la masafa kwa kuongeza athari ya impedansi pepe ya mfululizo kwenye impedansi ya ingizo ya SCDCT. Katika majaribio ya MATLAB/Simulink na Control Hardware-in-the-Loop, mbinu hii ilirudisha usanidi uliokuwa si thabiti katika eneo la uthabiti.

Kwa nini mwingiliano wa vigeuzi katika mitandao ya MVDC unaweza kusababisha kutokuwa thabiti?

Katika mitandao ya jadi ya umeme yenye vipengele pasivu, impedansi ya njia huamuliwa hasa na vipengele halisi vya R, L na C. Katika mitandao ya DC inayotawaliwa na vigeuzi vya elektroniki za nguvu, vitanzi vya udhibiti pia huamua impedansi ya dinamiki inayoonekana kutoka kwenye terminali ya kifaa.

Kwa hiyo, hata kama vifaa viwili ni thabiti kila kimoja peke yake, mwingiliano wa impedansi ya chanzo–mzigo unaotokea vinapounganishwa unaweza kuzalisha upunguzaji hasi wa mitetemo na rezonansi katika masafa fulani.

SCDCT hufanyaje kazi?

Hatua ya switched-capacitor ya SCDCT hugawanya ingizo la voltage ya kati katika viwango kadhaa vya DC vilivyotenganishwa kwa umeme. Kila porti ya DC ya kati huunganishwa baadaye kwenye basi la pamoja la DC la voltage ya chini kupitia moduli ya Dual Active Bridge.

Voltage ya pato ya moduli za DAB inadhibitiwa kwa Output Voltage Control, huku voltage za kondensa za kati zikidhibitiwa kwa Voltage Balancing Control.

Kwa nini modeli ya impedansi ya ishara ndogo inahitajika?

Ili kutathmini uthabiti wa mfumo, voltage na nguvu ya majina ya kigeuzi pekee haitoshi. Inahitajika kujua kifaa kinatoa mwitikio wa mkondo wa kiasi gani, na katika masafa gani, kwa usumbufu mdogo wa voltage.

Impedansi ya msingi ya ingizo ya SCDCT:

Zin_DCT(s) = ûs1 / îLb

inaelezwa kwa namna hii.

Utafiti hujumuisha hatua ya switched-capacitor, moduli za DAB, voltage balancing loop, output voltage loop na input current loop zote katika modeli ya ishara ndogo na kutoa impedansi hii kwa uchambuzi wa kihisabati.

Upande wa VSC unaundwaje katika modeli?

Dinamiki ya mkondo wa dq-axis upande wa gridi ya AC wa VSC na voltage ya DC-link huwekewa mstari, na hivyo kupatikana impedansi ya pato ya terminali.

Kwa hiyo mfumo unaweza kugawanywa katika makundi mawili makuu:

• Upande wa chanzo: impedansi za pato za VSC + impedansi za njia husika.
• Upande wa mzigo: impedansi za ingizo za SCDCT + impedansi za njia husika.

Uthabiti unatathminiwa kwa kigezo gani?

Impedansi sawia ya jumla ya upande wa chanzo hufafanuliwa kama Zo_grid(s), na impedansi sawia ya jumla ya upande wa mzigo kama Zi_grid(s).

Tofauti ya awamu huchunguzwa katika masafa fc ambako ukubwa wa impedansi hizi mbili hukutana. Katika tathmini iliyotumika na utafiti, tofauti ya awamu inayozidi 180° inamaanisha kukiukwa kwa kigezo cha Nyquist na hatari ya kutokuwa thabiti kwa mitetemo.

Kwa nini impedansi ya njia ni muhimu?

Impedansi ya njia ikipuuzwa, inaweza kupatikana hali ambayo impedansi mbili sawia hazikatani kwa namna muhimu katika masafa ya juu.

Sifa za kiinduktivu na za upinzani za njia zinapoongezwa, impedansi ya upande wa chanzo huongezeka na makutano ya impedansi husogea kwenda kwenye masafa ya chini.

Katika mzigo kamili, impedansi ya ingizo ya SCDCT pia hupungua, hivyo hifadhi ya awamu inaweza kupungua zaidi.

Ni nini hutokea idadi ya SCDCT inapoongezeka?

Katika mfumo huu wa majaribio, SCDCT zinazoongezwa hubadilisha ukubwa wa impedansi ya upande wa mzigo, hupunguza masafa ya makutano na kuongeza tofauti ya awamu.

Ni nini hutokea idadi ya VSC inapoongezeka?

VSC zinazoongezwa upande wa chanzo hubadilisha impedansi sawia ya chanzo kupitia muunganisho sambamba, hivyo kuhamisha makutano muhimu kwenda kwenye masafa ya juu na tofauti ndogo ya awamu.

Matokeo ya kimwili ya kutokuwa thabiti ni yapi?

Katika uigaji wa g=1 na h=2, kulikuwa na mtetemo wa voltage ya basi la DC wenye amplitudo ya 2469 V, takriban ±%24,69.

Mtetemo huu pia huhamishwa hadi kwenye kondensa za kati na pato la LVDC, na hivyo kuzorotesha ubora wa nguvu.

Udhibiti wa upunguzaji amilifu hufanya nini?

Mbinu ya upunguzaji amilifu hutenganisha sehemu tulivu ya mkondo wa ingizo wa SCDCT kwa kutumia kichujio cha kupitisha masafa ya chini. Tofauti kati ya mkondo halisi na sehemu hii huchukuliwa kuwa sehemu ya mtetemo na kupelekwa kwa kidhibiti cha PI.

Kidhibiti hutengeneza marekebisho ya ziada ya duty-cycle. Athari ya marekebisho haya kwa upande wa impedansi inaelezwa kama kuongeza impedansi pepe ya mfululizo:

Zin_IR = Zin_DCT + ZSVI

Katika hali ya kawaida ya kudumu, mkondo uliochujwa na mkondo uliopimwa huwa sawa, hivyo pato la upunguzaji amilifu hukaribia sifuri.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mtiririko wa mbinu ya utafiti

1. Modeli ya averaged-value ya SCDCT iliundwa.
2. Modeli iliwekewa mstari kuzunguka sehemu ya uendeshaji.
3. Impedansi ya ingizo ya SCDCT ilitolewa kwa uchambuzi wa kihisabati.
4. Impedansi ya pato ya terminali ya VSC iliundwa.
5. Impedansi ya njia ndefu iliongezwa kwenye modeli za upande wa chanzo na mzigo.
6. Vikomo vya uthabiti viliamuliwa kwa uchanganuzi wa Bode na makutano ya impedansi.
7. Matukio ya kutokuwa thabiti yalithibitishwa kwa MATLAB/Simulink.
8. Active Damping Method ilitengenezwa kwa SCDCT.
9. Mbinu ilijaribiwa kwenye jukwaa la CHIL linalotegemea Typhoon HIL na PE-Expert4.

ADM ilibadilishaje mpaka wa uthabiti?

Upunguzaji katika uigaji ni wa haraka kiasi gani?

ADM ilipowashwa katika sekunde 0,25, voltage ya basi la MVDC katika uigaji ilirudi katika hali thabiti ndani ya takriban 12,5 ms.

Je, jaribio la HIL lilithibitisha mpaka wa kinadharia?

Ndiyo. Katika mfumo wa HIL:

• 1 VSC + 1 SCDCT ilikuwa thabiti,
• 1 VSC + 2 SCDCT haikuwa thabiti,
• 2 VSC + 2 SCDCT ilikuwa thabiti tena

kulingana na vipimo.

Masafa ya mtetemo yaliyopimwa katika usanidi usio thabiti yalikuwa 243 Hz, karibu na utabiri wa kinadharia wa takriban 242 Hz.

Athari ya ADM katika jaribio la HIL

Katika usanidi wa 1 VSC + 2 SCDCT, baada ya upunguzaji amilifu kuwashwa, mfumo ulifikia hali thabiti ndani ya takriban 21 ms.

Basi la MVDC lilibaki karibu na 10 kV, pato la voltage ya chini la SCDCT lilitulia karibu na 750 V, na mikondo ya awamu tatu upande wa AC wa VSC ilirudi katika umbo sahihi la sine.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Impedansi ya ingizo ya SCDCT inaweza kutolewa kwa uchambuzi kutoka kwenye modeli ya ishara ndogo.
• Uthabiti wa mfumo wa MVDC hautegemei kigeuzi kimoja pekee, bali mwingiliano wa pamoja wa impedansi za upande wa chanzo na mzigo.
• Impedansi ya njia ndefu inaweza kupunguza hifadhi ya uthabiti.
• Katika vigezo vilivyochunguzwa, kuongeza idadi ya SCDCT kunaweza kuzorotesha uthabiti.
• Katika usanidi uliochunguzwa, kuongeza idadi ya VSC kunaweza kuongeza hifadhi ya awamu.
• Upunguzaji amilifu unaweza kuunda upya impedansi ya ingizo ya SCDCT kupitia impedansi pepe ya mfululizo.
• Matukio yasiyo thabiti ya g=1,h=2 na g=1,h=3 yaliweza kurejeshwa katika hali thabiti kwa ADM.
• Mpaka wa kinadharia, MATLAB/Simulink na matokeo ya CHIL yanaunga mkono utaratibu uleule kwa ujumla.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti

• Haijaonyeshwa kuwa mifumo yote ya MVDC yenye SCDCT mbili itakuwa si thabiti.
• Haijathibitishwa kuwa VSC nyingi zaidi zitaongeza uthabiti katika kila mfumo.
• Haijathibitishwa kuwa ADM itatoa utendaji sawa katika topolojia zote za vigeuzi na michanganyiko yote ya vigezo.
• Mbinu haijathibitishwa kwa jaribio la muda mrefu katika mtandao halisi wa kibiashara wa MVDC.
• Uthibitishaji wa HIL haulingani moja kwa moja na uendeshaji wa uga wa kiwango kamili wa tabaka la nguvu ya kimwili.
• Hakujafanyika uthibitishaji mpana wa majaribio kwa vigezo visivyofanana vya VSC, SCDCT na njia.
• Kauli ya chanzo ya “universally applicable” haimaanishi kuwa matumizi ya ulimwengu mzima yamethibitishwa kwa majaribio katika mitandao yote inayowezekana.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa cha asili:Stability Assessment and Enhancement of Converter-Dominated MVDC Systems With Multiple Switched Capacitor DC Transformers and Multiple Voltage Source Converters.

Waandishi: Gengzhe Wang, Dingyu Zheng, Yixin Pan, Huan Yang, Bo Zhao, Hongkun Lv, Kang Zhang.

Taasisi: College of Electrical Engineering, Zhejiang University; State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute.

Aina ya chanzo: Preprint ambayo haijapitiwa na wahakiki wenza.

Tarehe: 14 Juni 2026.

SSRN: 6963467.

Hali ya jarida: Chanzo kina kauli “Preprint submitted to International Journal of Electrical Power & Energy Systems”; hii haimaanishi kuwa makala imekubaliwa au kuchapishwa.

Mfumo mkuu: basi la 10 kV MVDC, VSC nyingi, SCDCT nyingi na njia ndefu za DC.

Muundo mdogo wa SCDCT: moduli za Switched-Capacitor + moduli za Dual Active Bridge.

Mbinu kuu: uundaji wa modeli ya impedansi ya ishara ndogo, uchanganuzi wa Bode, mwingiliano wa impedansi ya chanzo–mzigo na tathmini ya tofauti ya awamu.

Mpaka wa uthabiti: tofauti ya awamu ya takriban 180° katika masafa ambako ukubwa wa impedansi hukutana ilitumika kama mpaka muhimu.

Udhibiti uliopendekezwa: Active Damping Method; kichujio cha kupitisha masafa ya chini, udhibiti wa PI na athari ya impedansi pepe ya mfululizo.

Uigaji: MATLAB/Simulink.

Uthibitishaji wa wakati halisi: jukwaa la CHIL lenye tabaka la nguvu la Typhoon HIL + mfumo wa udhibiti wa PE-Expert4.

Matokeo muhimu ya uigaji: katika hali isiyo thabiti ya g=1,h=2, mtetemo wa basi la MVDC ulikuwa takriban ±%24,69.

Matokeo muhimu ya majaribio: katika HIL, hali ileile ya g=1,h=2 ilikuwa si thabiti kwa mtetemo wa takriban 243 Hz; baada ya ADM kuwashwa ilitulia ndani ya takriban 21 ms.

Kikomo muhimu cha modeli: katika uchanganuzi mkuu wa mfumo ilidhaniwa kuwa vigezo vya VSC, SCDCT na njia ni sawa ndani ya makundi yao husika.

Ufadhili: Smart Grid-National Science and Technology Major Project, 2024ZD0801700; State Grid Corporation of China Science and Technology Project, 5211DS25000T.

Mgongano wa maslahi: Waandishi waliripoti kutokuwa na mgongano unaojulikana wa kifedha au binafsi wa maslahi.

Leseni: Kwa kuwa preprint iliyopakiwa haikuonyesha leseni ya wazi ya Creative Commons inayoweza kuthibitishwa, haki ya wazi ya kutumia upya haikuchukuliwa kuwa ipo.

Maelezo ya mbinu ya Verianla: Maudhui haya si tafsiri ya aya kwa aya ya preprint chanzo kwenda Kiswahili. Modeli ya ishara ndogo ya SCDCT, impedansi ya terminali ya VSC, impedansi ya njia, idadi ya vigeuzi, mpaka wa uthabiti wa Bode, mbinu ya impedansi pepe amilifu, matokeo ya MATLAB/Simulink na uthibitishaji wa CHIL yamepangwa upya katika muundo huru wa kufundishia. Hakuna hitimisho kuhusu matumizi ya kiwango cha uga au matumizi ya jumla ambalo chanzo hakijathibitisha kwa majaribio lililoongezwa.