ما هي أنظمة نقل التيار المتناوب المرنة؟

ما هي أنظمة نقل التيار المتردد المرنة؟

تعريف FACTS

تعتبر أنظمة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS) كأنظمة تستخدم إلكترونيات الطاقة لتحسين السيطرة ونقل الطاقة في شبكات نقل التيار المتردد.

• خصائص FACTS

• تنظيم الجهد بسرعة

• زيادة نقل الطاقة عبر خطوط التيار المتردد الطويلة

• مطاطية الاهتزازات النشطة للطاقة

• تحكم في تدفق الحمل في الأنظمة المتصلة

وبذلك يتم تحسين استقرار وأداء الأنظمة الحالية والمستقبلية للنقل بشكل كبير. من خلال أنظمة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS)، يمكن للشركات الكهربائية الاستفادة بشكل أفضل من الشبكات القائمة، زيادة توافر وموثوقية خطوطها، وتحسين الاستقرار الديناميكي والمؤقت للشبكة، مما يضمن جودة أفضل للخدمة.

تأثير تدفق الطاقة غير الفعالة على جهد نظام الطاقة

تعويض الطاقة غير الفعالة

تحتاج الأحمال المستهلكة إلى طاقة غير فعالة تتغير باستمرار، مما يزيد من خسائر النقل ويؤثر على الجهد في الشبكة. لمنع التقلبات الكبيرة في الجهد أو انقطاع الطاقة، يجب موازنة هذه الطاقة غير الفعالة. يمكن أن توفر المكونات السلبية مثل المفاعلات أو المكثفات الطاقة غير الفعالة السعة أو الحثية. يمكن أن يحسن التعويض السريع والدقيق للطاقة غير الفعالة باستخدام المكونات المحكومة والموجهة بالثايستورات كفاءة النقل والتحكم، محلًا للمفاتيح الميكانيكية البطيئة.

آثار تدفق الطاقة غير الفعالة

لتدفق الطاقة غير الفعالة الآثار التالية:

• زيادة في خسائر نظام النقل

• إضافة إلى تركيبات محطات الطاقة

• إضافة إلى تكاليف التشغيل

• تأثير كبير على انحراف جهد النظام

• تدهور أداء الحمل عند الجهد المنخفض

• خطر انهيار العزل عند الجهد العالي

• حد من نقل الطاقة

• حدود الاستقرار الثابت والديناميكي

التوازي والمتسلسل

يوضح الشكل أكثر الأجهزة شائعة اليوم لتقوية الدائرة الموازية، تأثيرها على أهم معلمات النقل، والتطبيقات النموذجية.

يوضح الشكل: معادلة الطاقة النشطة/زاوية النقل كيف يؤثر مكونات FACTS بشكل انتقائي على معلمات النقل الرئيسية.

أنظمة الحماية والتحكم

لتحسين إدارة الاحتياط، تم تطوير وحدات خاصة لتعزيز نظام التحكم التلقائي SIMATIC TDC. تقوم هذه الوحدات بإصدار إشارات تشغيل للمقاومات الثايستورية وتستغرق مساحة أقل من التقنيات السابقة. 

تصميم واجهة SIMATIC TDC المرن يسمح له بتعويض الأنظمة القائمة بسهولة. يمكن القيام بهذه التكامل بتأخير محدود، مما يضمن معالجة القيم المقاسة من الأنظمة القديمة بواسطة نظام التحكم الجديد. كفاءة المساحة في SIMATIC TDC تسمح أيضًا بتكوينه بالتوازي مع الأنظمة القائمة.

واجهة الإنسان والآلة. الواجهة بين المشغل والمنشأة. (HMI = Human Machine Interface) هي نظام التصور المعياري SIMATIC Win CC، الذي يبسط التشغيل ويسهل تكيف واجهات المستخدم الرسومية مع متطلبات المشغل.

الأجهزة للتحكم والحماية

تقدم سيمنز أحدث تقنيات التحكم والحماية لـ FACTS - نظام التحكم التلقائي SIMATIC TDC (Technology and Drive Control) المعتمد والمجرب. يستخدم SIMATIC TDC عالميًا في جميع الصناعات تقريبًا وقد أثبت فعاليته في الهندسة الإنتاجية والعمليات وكذلك في العديد من تطبيقات HVDC وFACTS. 

يعمل الموظفون والمهندسو التخطيط فقط على منصة أجهزة وبرمجيات قياسية وعامة، مما يمكّنهم من تنفيذ المهام الصعبة بشكل أسرع. كان أحد الاعتبارات الرئيسية في تطوير هذا النظام هو ضمان أعلى درجة من التوفر لـ FACTS - ولذلك تم تهيئه لأنظمة التحكم والحماية وكذا روابط التواصل بشكل مكرر (إذا طلب العميل ذلك).

تسمح التكنولوجيا الجديدة للقياس والتحكم أيضًا باستخدام جهاز تسجيل الأعطال عالي الأداء يعمل بمعدل أخذ عينات 25 كيلو هرتز. تقلل التكنولوجيا الجديدة للقياس والتحكم من الفترة بين تسجيل الأعطال وإخراج تقرير الأعطال من عدة دقائق (سابقاً) إلى 10 ثوانٍ (الآن).

محول لـ FACTS

LTT – Light Triggered Thyristors

تحكم الثايستورات في المكونات السلبية في أنظمة تعويض الطاقة غير الفعالة. نظام تشغيل الضوء المباشر من سيمنز ينشط الثايستورات بنبضة ضوء لمدة 10 ميكروثانية بقوة 40 مليوات. يتضمن هذا الجهاز حماية ضد الجهد الزائد، مما يجعله ذاتي الحماية إذا تجاوز الجهد الأمامي الحدود.

 تنقل النبضة الضوئية عبر الألياف البصرية من تحكم الصمام إلى بوابة الثايستور. تستخدم الأنظمة التقليدية الثايستورات التي يتم تشغيلها كهربائيًا، والتي تتطلب نبضات بقوة عدة واط تولدها المعدات الإلكترونية القريبة. يقلل التشغيل الضوئي المباشر من المكونات الإلكترونية في صمام الثايستور بنسبة 80٪، مما يحسن الموثوقية والتوافق الكهرومغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك، تضمن التكنولوجيا الجديدة للثايستورات توفر المكونات الإلكترونية لفترة طويلة تصل إلى 30 عامًا على الأقل.

تُجمع صمامات الثايستور من سيمنز من الثايستورات بحجم 4 بوصة أو 5 بوصة، حسب الحاجة إلى القدرة على حمل التيار/التيار المقنن المطلوب. كانت تقنية الثايستور قيد التطوير المستمر منذ أوائل الستينيات. حالياً، يمكن للثايستورات التعامل بأمان واقتصادية مع جهود الانعزال حتى 8 كيلوفولت والأحمال التيارية حتى 4,200 أمبير.