نظام نقل التيار المتردد المرن - الحاجة والتعريف والأنواع

نظام نقل التيار المتردد المرن - الحاجة والتعريف والأنواع

لماذا نحتاج إلى نظام نقل تيار متردد مرن؟

في نظام نقل التيار المتردد التقليدي ، تكون القدرة على نقل طاقة التيار المتردد محدودة بعدة عوامل مثل الحدود الحرارية ، وحد الاستقرار العابر ، وحد الجهد ، وحد تيار الدائرة القصيرة ، وما إلى ذلك. تحدد هذه الحدود الطاقة الكهربائية القصوى التي يمكن نقلها بكفاءة من خلال خط النقل دون التسبب في أي ضرر للأجهزة الكهربائية وخطوط النقل. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق إحداث تغييرات في تخطيط نظام الطاقة. ومع ذلك ، هذا غير ممكن وطريقة أخرى لتحقيق أقصى قدرة على نقل الطاقة دون أي تغييرات في تخطيط نظام الطاقة. أيضًا مع إدخال أجهزة المعاوقة المتغيرة مثل المكثفات والمحاثات ، لا يتم نقل الطاقة أو الطاقة بأكملها من المصدر إلى الحمل ، ولكن يتم تخزين جزء في هذه الأجهزة كطاقة تفاعلية وإعادتها إلى المصدر. وبالتالي ، فإن المقدار الفعلي للطاقة المنقولة إلى الحمل أو الطاقة النشطة يكون دائمًا أقل من القدرة الظاهرة أو صافي القدرة. لنقل مثالي ، يجب أن تكون الطاقة النشطة مساوية للقوة الظاهرة. بمعنى آخر ، يجب أن يكون عامل القدرة (نسبة القوة النشطة إلى القوة الظاهرة) هو الوحدة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه دور نظام نقل التيار المتردد المرن.



قبل الانتقال إلى التفاصيل حول FACTS ، دعنا نوجز عن عامل القدرة.


ما هو معامل القدرة؟

يُعرَّف عامل القدرة على أنه نسبة القوة النشطة إلى القوة الظاهرة في الدائرة.





مهما كان معامل القدرة ، من ناحية أخرى ، يجب أن تضع طاقة التوليد الآلات لتوصيل جهد وتيار معينين. يجب أن تتمتع المولدات بالقدرة على تحمل الجهد والتيار المقدرين للطاقة المنتجة. تتراوح قيمة معامل القدرة (PF) بين 0.0 و 1.0.

إذا كان عامل القدرة صفرًا ، فإن التدفق الحالي يكون متفاعلًا تمامًا وتعود الطاقة المخزنة في الحمل إلى كل دورة. عندما يكون معامل القدرة 1 ، فإن الحمل يلتهم كل التيار الذي يوفره المصدر. بشكل عام ، يتم التعبير عن عامل القدرة على أنه متقدم أو متأخر للجهد.



دائرة اختبار معامل القدرة

الدائرة المزودة بمصدر طاقة 230 فولت ويتم توصيل جميع الخانق في سلسلة. يجب توصيل المكثفات بالتوازي من خلال مفاتيح SCR لتحسين معامل القدرة. أثناء إيقاف تشغيل مفتاح التحويل ، يعمل الخانق كمحث ويتدفق نفس التيار في كل من المقاومات 10R / 10W. يستخدم التصوير المقطعي المحوسب باعتباره الجانب الأساسي منه متصل بالنقطة المشتركة للمقاومات. تنتقل النقطة الأخرى من CT إلى إحدى النقاط المشتركة لمفتاح DPDT S1. بينما يتم نقل مفتاح DPDT إلى اليسار ، يتم استشعار انخفاض الجهد المتناسب مع التيار لتطوير جهد متزايد. انخفاض الجهد يتناسب مع التيار المتخلف. وبالتالي فإن الجهد الأساسي من التصوير المقطعي يوفر تيارًا متأخرًا.


إذا تم استخدام دائرة تحكم قائمة على متحكم دقيق ، فستتلقى إشارات تيار صفري وتقارن مع مرجع الجهد الصفري لحساب عامل القدرة على أساس فرق الوقت. لذلك اعتمادا على فارق التوقيت المطلوب لا. من مفاتيح SCR قيد التشغيل ، وبالتالي تبديل المكثفات الإضافية حتى يقترب عامل الطاقة من الوحدة.

وبالتالي ، اعتمادًا على موضع المفتاح ، يمكن للمرء أن يشعر بالتيار المتأخر أو التيار المعوض وتوفر الشاشة وفقًا لذلك التأخير الزمني بين الفولتية ، والتيار مع عرض عامل الطاقة.

بلا عنوان

ما هو نظام نقل التيار المتردد المرن (FACTS)؟

إلى نظام نقل التيار المتردد المرن يشير إلى النظام الذي يتكون من الأجهزة الإلكترونية للطاقة جنبًا إلى جنب مع أجهزة نظام الطاقة لتعزيز إمكانية التحكم في نظام النقل واستقراره وزيادة إمكانات نقل الطاقة. مع اختراع مفتاح الثايرستور ، فتح الباب لتطوير أجهزة إلكترونيات الطاقة المعروفة باسم وحدات التحكم في أنظمة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS). يستخدم نظام FACT لتوفير إمكانية التحكم في جانب الجهد العالي للشبكة من خلال دمج الأجهزة الإلكترونية للطاقة لإدخال طاقة حثي أو سعوية في الشبكة.

4 أنواع من وحدات تحكم FACTS

  • وحدات تحكم السلسلة: تتكون وحدات التحكم المتسلسلة من مكثفات أو مفاعلات تقدم جهدًا متسلسلًا مع الخط. هم أجهزة مقاومة متغيرة. مهمتهم الرئيسية هي تقليل تحريض خط النقل. أنها تزود أو تستهلك طاقة تفاعلية متغيرة. من أمثلة وحدات التحكم المتسلسلة SSSC و TCSC و TSSC وما إلى ذلك.
  • وحدات تحكم التحويلة: تتكون أجهزة التحكم في التحويل من أجهزة المعاوقة المتغيرة مثل المكثفات أو المفاعلات التي تدخل التيار في سلسلة مع الخط. مهمتهم الرئيسية هي تقليل سعة خط النقل. التيار المحقون في الطور مع جهد الخط. من أمثلة وحدات التحكم في التحويل STATCOM و TSR و TSC و SVC.
  • وحدات تحكم سلسلة التحويلة: تقدم وحدات التحكم هذه تيارًا متسلسلًا باستخدام وحدات التحكم التسلسلية والجهد في التحويلة باستخدام وحدات التحكم في التحويل. مثال على ذلك UPFC.
  • سلسلة سلسلة تحكم : تتكون وحدات التحكم هذه من مجموعة من وحدات التحكم المتسلسلة مع توفر كل وحدة تحكم تعويض متسلسل وأيضًا نقل الطاقة الحقيقية على طول الخط. مثال على ذلك IPFC.

2 أنواع من سلسلة وحدات التحكم

  • مكثف سلسلة الثايرستور (TCSC): يستخدم مكثف سلسلة الثايرستور (TCSC) مقومات السيليكون المتحكم فيها لإدارة بنك مكثف متصل في سلسلة بخط. هذا يسمح بنقل المزيد من الطاقة على خط معين. يتكون بشكل عام من الثايرستور في سلسلة مع محث ومتصل عبر مكثف. يمكن أن يعمل في وضع الحجب حيث لا يتم تشغيل الثايرستور ويمر التيار عبر المكثف فقط. يمكن أن تعمل في وضع الالتفافية حيث يتم تجاوز التيار إلى الثايرستور ويتصرف النظام بأكمله كشبكة مقاومة تحويلة.
  • سلسلة المعوضات المتزامنة الثابتة : SSSC هو مجرد نسخة متسلسلة من STATCOM. لا يتم استخدام هذه في التطبيقات التجارية كوحدات تحكم مستقلة. وهي تتكون من مصدر الجهد المتزامن المتسلسل مع الخط بحيث يقدم جهدًا معوضًا في سلسلة مع الخط. يمكنهم زيادة أو تقليل انخفاض الجهد عبر الخط.

2 وحدات تحكم متوازية

  • المعوضات المتغيرة الثابتة : المعوض المتغير الثابت هو الجيل الأول والأكثر بدائية من أجهزة التحكم FACTS. يتكون هذا المعوض من مفتاح ثايرستور سريع يتحكم في مفاعل و / أو بنك سعوي تحويلي لتوفير تعويض تحويل ديناميكي. وهي تتكون بشكل عام من أجهزة المعاوقة المتغيرة المتصلة بالتحويل والتي يمكن تعديل إخراجها باستخدام مفاتيح إلكترونية للطاقة ، لإدخال تفاعل سعوي أو حثي في ​​الخط. يمكن وضعه في منتصف الخط لزيادة قدرة نقل الطاقة القصوى ويمكن أيضًا وضعه في نهاية الخط للتعويض عن الاختلافات بسبب الحمل.

3 أنواع SVC هي

  1. TSR (مفاعل تبديل الثايرستور) : يتكون من مغو متصل بتحويلة يتم التحكم في معاوقته بطريقة تدريجية باستخدام مفتاح الثايرستور. يُطلق الثايرستور بزوايا 90 و 180 درجة فقط.
  2. TSC (مكثف بتبديل الثايرستور) : يتكون من مكثف متصل بتحويل يتم التحكم بمقاومته بطريقة تدريجية باستخدام الثايرستور. طريقة التحكم باستخدام SCR هي نفس طريقة TSR.
  3. TCR (مفاعل التحكم بالثايرستور) : يتكون من مغو متصل بتحويلة يتم التحكم في معاوقته بواسطة طريقة تأخير زاوية إطلاق النار لـ SCR حيث يتم التحكم في إطلاق الثايرستور مما يتسبب في حدوث اختلاف في التيار من خلال المحرِّض.
  • STATCOM (المعوض المتزامن الثابت) : يتكون من مصدر جهد يمكن أن يكون مصدر طاقة DC أو مكثفًا أو محثًا يمكن التحكم في ناتجه باستخدام الثايرستور. ويستخدم لامتصاص أو توليد طاقة تفاعلية.

A Series-Shunt Controller- وحدة تحكم تدفق الطاقة الموحدة:

إنها مزيج من STATCOM و SSSC بحيث يتم الجمع بين كليهما باستخدام مصدر تيار مستمر مشترك وتوفير كل من تعويض خط السلسلة النشط والمتفاعل. يتحكم في جميع معلمات نقل طاقة التيار المتردد.

التحكم في الجهد الثابت بالحالة باستخدام SVC لأنظمة نقل التيار المتردد المرنة

مرن سير

لتوليد نبضات جهد عابر للجهد ، نحتاج إلى جهد رقمي وإشارات تيار. يتم أخذ إشارة الجهد من التيار الكهربائي وتحويلها إلى تيار مستمر نابض بواسطة مقوم الجسر ويتم إعطاؤها لمقارن يولد إشارة الجهد الرقمي. وبالمثل ، يتم تحويل الإشارة الحالية إلى إشارة الجهد بأخذ انخفاض الجهد لتيار الحمل عبر المقاوم. سيتم تحويل إشارة التيار المتردد هذه مرة أخرى إلى إشارة رقمية كإشارة جهد. ثم يتم إرسال هذا الجهد الرقمي والإشارات الحالية إلى وحدة التحكم الدقيقة. سيحسب الميكروكونترولر الفارق الزمني بين نقاط عبور الجهد والتيار الصفري ، والتي تتناسب نسبتها بشكل مباشر مع عامل القدرة وتحدد النطاق الذي تكون فيه الطاقة. بنفس الطريقة ، باستخدام مفاعل الثايرستور بتبديل (TSR) يمكن أيضًا توليد نبضات جهد متقاطع صفري لتحسين ثبات الجهد.

نظام نقل التيار المتردد المرن بواسطة SVC

نظام نقل التيار المتردد المرن بواسطة SVC

نظام نقل التيار المتردد المرن بواسطة SVC

يمكن استخدام الدائرة المذكورة أعلاه لتحسين معامل القدرة لخطوط النقل باستخدام SVC. يستخدم المكثفات بتبديل الثايرستور (TSC) بناءً على تعويض التحويل الذي يتم التحكم فيه على النحو الواجب من متحكم دقيق مبرمج. هذا مفيد لتحسين معامل القدرة. إذا تم توصيل الحمل الاستقرائي ، فإن عامل القدرة يتأخر بسبب تأخر تيار الحمل. للتعويض عن ذلك ، يتم توصيل مكثف تحويل ، والذي يسحب التيار الذي يقود جهد المصدر. ثم سيتم إجراء تحسين في معامل القدرة. يتم إنشاء الفارق الزمني بين صفر الجهد ونبضات التيار الصفري حسب الأصول بواسطة مكبرات الصوت التشغيلية في وضع المقارنة والتي يتم تغذيتها بسلسلة 8051 من ميكروكنترولر.

باستخدام وحدة التحكم FACTS ، يمكن التحكم في الطاقة التفاعلية. الرنين المتزامن الفرعي (SSR) هو ظاهرة يمكن أن ترتبط بتعويض السلسلة في ظل ظروف معاكسة معينة. يمكن القضاء على SSR باستخدام وحدات تحكم FACTS. فوائد أجهزة FACTS كثيرة مثل الفوائد المالية ، وزيادة جودة التوريد ، وزيادة الاستقرار ، وما إلى ذلك.

مشكلة في نظام نقل التيار المتردد المرن وطريقة لحلها

ل مرونة في نقل طاقة التيار المتردد ، غالبًا ما يتم دمج أجهزة الحالة الصلبة في الدوائر التي تُستخدم لتحسين عامل القدرة ولرفع حدود نظام نقل التيار المتردد. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي هو أن هذه الأجهزة غير خطية وتحفز التوافقيات في إشارة خرج النظام.

لإزالة التوافقيات التي تم إنشاؤها بسبب تضمين الأجهزة الإلكترونية للطاقة في نظام نقل التيار المتردد ، يلزم استخدام المرشحات النشطة التي يمكن أن تكون مرشحات طاقة المصدر الحالي أو مرشح طاقة مصدر الجهد. الأول ينطوي على جعل مكيف الهواء جيبيًا. هذه التقنية هي إما التحكم المباشر في التيار أو التحكم في جهد خرج مكثف المرشح. هذا هو تنظيم الجهد أو طريقة التحكم في التيار غير المباشر. تقوم مرشحات الطاقة النشطة بحقن تيار مساوٍ في الحجم ولكنه معاكس في الطور للتيار التوافقي الذي يسحب بواسطة الحمل ، بحيث يلغي هذان التياران بعضهما البعض ويكون تيار المصدر جيبيًا تمامًا. تشتمل مرشحات الطاقة النشطة على أجهزة إلكترونية للطاقة لإنتاج مكونات التيار التوافقي التي تلغي مكونات التيار التوافقي لإشارة الخرج بسبب الأحمال غير الخطية. بشكل عام ، تتكون مرشحات الطاقة النشطة من مجموعة من الترانزستور ثنائي القطب المعزول بالبوابة والصمام الثنائي المدعوم بواسطة مكثف ناقل التيار المستمر. يتم التحكم في الفلتر النشط باستخدام طريقة التحكم الحالية غير المباشرة. IGBT أو Insulated Gate Bipolar Transistor هو جهاز نشط ثنائي القطب يتم التحكم فيه بالجهد والذي يشتمل على ميزات كل من BJT و MOSFET. بالنسبة لنظام نقل التيار المتردد ، يمكن لمرشح التحويل النشط أن يقضي على التوافقيات ، ويحسن عامل الطاقة ويوازن الأحمال.

إدارة طاقة المحولات

عرض المشكلة:

1. غالبًا ما يُعزى الجهد العالي المزمن إلى التصحيح المفرط لانخفاض الجهد في نظام نقل وتوزيع المرافق. يعتبر انخفاض الجهد على الموصلات الكهربائية حالة شائعة في أي مكان. ولكن في المواقع ذات الكثافة المنخفضة للحمل الكهربائي ، مثل الضواحي والمناطق الريفية ، تعمل مسارات الموصلات الطويلة على تضخيم المشكلة.

2. تسبب المقاومة انخفاض الجهد على طول طول الموصل مع زيادة تدفق التيار لتلبية الطلب. لتصحيح انخفاض الجهد ، تستخدم الأداة منظمات الجهد المتغيرة عند التحميل (OLTC) ومنظمات الجهد التعويضي لسقوط الخط (LDCs) لزيادة (رفع) أو خفض الجهد.

3. العملاء الأقرب إلى OLTC أو LDC يمكن أن يواجهوا جهدًا زائدًا حيث تحاول الأداة التغلب على انخفاض جهد الموصل لهؤلاء العملاء في الطرف البعيد من الخط.

4. في العديد من المواقع ، يُنظر إلى تأثير انخفاض الجهد الناتج عن الحمل على أنه تقلبات يومية تؤدي إلى أن تكون مستويات الجهد هي الأعلى في وقت أدنى طلب للحمل.

5. بسبب الأحمال المتغيرة بمرور الوقت والانتشار اللاخطي يسبب اضطرابات كبيرة في النظام والتي ستدخل أيضًا في خطوط المستهلك مما يؤدي إلى النظام بأكمله غير الصحي.

6. سبب أقل شيوعًا لمشاكل الجهد العالي هو المحولات المحلية التي تم ضبطها لزيادة الجهد لتعويض انخفاض مستويات الجهد. يحدث هذا غالبًا في المنشآت ذات الأحمال الثقيلة في نهاية خطوط التوزيع. عندما تعمل الأحمال الثقيلة ، يتم الحفاظ على مستوى الجهد الطبيعي ولكن عندما يتم إغلاق الأحمال ، ترتفع مستويات الجهد.

7. أثناء الأحداث الغريبة ، يتم حرق المحول بسبب الحمل الزائد وقصر الدائرة في لفه. أيضًا ، تزداد درجة حرارة الزيت بسبب زيادة مستوى التيار المتدفق عبر اللفات الداخلية. ينتج عن هذا ارتفاع غير متوقع في الجهد أو التيار أو درجة الحرارة في محول التوزيع.

8. الأجهزة الكهربائية مصممة للعمل بجهد معياري معين للمنتج لتحقيق مستويات محددة من الأداء والكفاءة والسلامة والموثوقية. يمكن أن يؤدي تشغيل جهاز كهربائي أعلى من نطاق مستوى الجهد المحدد إلى حدوث مشكلات مثل حدوث عطل أو إيقاف التشغيل أو ارتفاع درجة الحرارة أو فشل سابق لأوانه ، وما إلى ذلك. فترات طويلة.

محول

محول

المحلول:

  1. تصميم النظام القائم على وحدة التحكم الدقيقة هو مراقبة تقلبات الجهد على جانب الإدخال / الإخراج للمحول والحصول على بيانات في الوقت الفعلي.
  2. تطوير صنبور التحويل الأوتوماتيكي باستخدام محركات مؤازرة / متدرجة.
  3. يجب أن يقوم النظام بإطلاق الإنذار أثناء مستويات الجهد العتبة أو الطوارئ.
  4. يجب أن يكون النظام موثوقًا وعرة.
  5. يمكن تركيب النظام على محولات خارجية.
  6. ستتم مقارنة تصميم المراقبة المستمرة لدرجة حرارة زيت محولات التوزيع بالقيم المقدرة وسيتولى الإجراء المقابل الاهتمام.
  7. استخدام أجهزة مثل مثبتات الجهد الأوتوماتيكي (AVR's) ، ومثبتات نظام الطاقة ، و FACTS ، وما إلى ذلك في شبكة نظام الطاقة.

الجدوى الفنية:

نظام مسجل البيانات القائم على المتحكم الدقيق (MDLS):

لا يتطلب MDLS أجهزة إضافية ويسمح بتحديد كمية البيانات والفترات الزمنية بينها. يمكن بسهولة تصدير البيانات المجمعة إلى جهاز كمبيوتر عبر منفذ تسلسلي. MDLS مضغوط للغاية لأنه يستخدم عددًا قليلاً من الدوائر المتكاملة. يجب أن يفي تصميم MDLS المختار بالمتطلبات التالية

  1. يجب أن تكون قابلة للبرمجة بسهولة.
  2. يجب أن يكون المستخدم قادرًا على اختيار معدلات القياس.
  3. يجب أن يقوم بنسخ البيانات احتياطيًا عند انقطاع طاقة النظام مؤقتًا أو إزالتها تمامًا.
  4. يجب أن يكون قادرًا على تصدير البيانات إلى جهاز كمبيوتر عبر منفذ تسلسلي.
  5. يجب أن تكون بسيطة وغير مكلفة.

أتمنى أن تكون قد فهمت مفهوم النقل المرن للتيار المتردد من المقالة أعلاه. إذا كان لديك أي استفسارات حول هذا المفهوم أو الكهربائية و المشاريع الالكترونية اترك قسم التعليقات أدناه.

رصيد الصورة