ما هي تقنية تعويض الطاقة реактивная وategies استراتيجيات تحسينها وأهميتها

1 نظرة عامة على تقنية تعويض الطاقة غير الفعالة
1.1 دور تقنية تعويض الطاقة غير الفعالة

تعتبر تقنية تعويض الطاقة غير الفعالة من التقنيات الشائعة الاستخدام في أنظمة الكهرباء والشبكات الكهربائية. وتستخدم بشكل أساسي لتحسين معامل القدرة، وتخفيض خسائر الخطوط، وتحسين جودة الطاقة، وزيادة قدرة النقل والاستقرار في الشبكة. وهذا يضمن أن تعمل معدات الطاقة في بيئة أكثر استقرارًا وإثباتًا، كما يعزز قدرة الشبكة على نقل الطاقة الفعالة.

1.2 القيود المتعلقة بتقنية تعويض الطاقة غير الفعالة

رغم استخدامها الواسع، فإن تقنية تعويض الطاقة غير الفعالة ليست مناسبة لجميع سيناريوهات التطبيق. فمثلاً، في الأنظمة ذات الأحمال المتغيرة بشكل متكرر، قد يكون سرعة التحويل للأجهزة التعويضية غير قادرة على مواكبة التغيرات السريعة في الأحمال. وهذا يمكن أن يؤدي إلى استجابة غير كافية، مما يؤدي إلى تقلبات غير مستقرة في الجهد داخل الشبكة.

في بعض الحالات، قد تنتج أجهزة تعويض الطاقة غير الفعالة تيارات وفولطيات هارمونية، والتي يمكن أن تؤثر سلبًا على النظام الكهربائي العام والمعدات المتصلة. لذلك، يجب مراعاة مشاكل الهارمونيات بشكل كامل أثناء تصميم وتنفيذ خطط التعويض، ويجب اتخاذ إجراءات قمع مناسبة.

2 استراتيجيات تحسين لتعويض الطاقة غير الفعالة

تعتمد تقنية تعويض الطاقة غير الفعالة المستندة إلى المكثفات المقترحة في هذا البحث على نظام تعويض كامل. يتكون النظام بشكل أساسي من ثلاثة مكونات: وحدة التحكم الرئيسية S751e-JP، لوحة التحكم S751e-VAR (وحدة تنفيذ التحويل للمكثفات)، ومجموعة المكثفات الكهربائية. بين هذه المكونات، تعمل وحدة التحكم الرئيسية S751e-JP ولوحة التحكم S751e-VAR في علاقة رئيس-تابع.

خلال التشغيل العادي، تتلقى لوحة التحكم S751e-VAR التعليمات من وحدة التحكم الرئيسية S751e-JP وتقوم بتحكم المفاتيح المركبة الداخلية للتحول بين المكثفات المجمعة مسبقًا. تكون وحدة التحكم الرئيسية S751e-JP مسؤولة عن جمع وتحليل البيانات التشغيلية الفعلية لنظام الكهرباء. باستخدام البرامج والخوارزميات المدمجة، تقوم بحساب كمية التعويض اللازمة للطاقة غير الفعالة، ثم تحويل هذه المعلومات إلى إشارات متوافقة مع لوحة التحكم S751e-VAR. عند استلام الأمر، تقوم اللوحة بالتحويلات حسب المنطق المحدد مسبقًا، مما يسمح بتعويض دقيق للطاقة غير الفعالة لنظام الكهرباء.

2.1 التصميم والتكوين لأجهزة تعويض الطاقة غير الفعالة
2.1.1 قدرة التعويض للمكثفات الكهربائية

غالبًا ما يتم استخدام طريقة حساب مبسطة لتقدير قدرة التعويض للمكثفات الكهربائية. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها بعض القيود في التطبيقات العملية. لذلك، يستخدم هذا البحث خوارزمية أكثر تفصيلاً ودقة لتحديد الاحتياجات المطلوبة للتعويض. أولاً، يتم تحديد معامل القدرة الأولي (cosφ) للنظام تحت ظروف دون تعويض.

$P$ و $Q$ هما قيمتا الطاقة الفعالة وغير الفعالة على التوالي عندما يعمل النظام بكامل طاقته؛
$\α$ هو معدل الحمل الفعال السنوي لنظام الطاقة (أو الشبكة)، وعادة ما يتراوح بين 0.70 و 0.75؛
$\β$ هو معدل الحمل غير الفعال السنوي لنظام الطاقة (أو الشبكة)، وعادة ما يُأخذ بقيمة 0.76.

إذا كان نظام الطاقة يعمل بالفعل بشكل طبيعي، يمكن استخدام بيانات استهلاك الكهرباء التاريخية للحساب. في هذه الحالة:

حيث:
W_m هو استهلاك الطاقة الفعالة الشهري المتوسط لنظام الطاقة؛
W_rm هو استهلاك الطاقة غير الفعالة الشهري المتوسط لنظام الطاقة.

بناءً على معامل القدرة المستهدف المذكور أعلاه، يمكن تحديد القدرة الفعلية للمكثف الكهربائي باستخدام الصيغة التالية:

2.1.2 طرق الاتصال لمجموعات المكثفات الكهربائية

خلال التشغيل العادي لنظام الكهرباء، تستخدم مجموعات المكثفات الكهربائية عادة طريقتين أساسيتين للاتصال: الاتصال الثلاثي (Δ) والاتصال النجمي (Y). بالإضافة إلى ذلك، بناءً على موقع أجهزة التحويل داخل الدائرة، يمكن تصنيفها أيضًا كتكوينات التحويل الداخلية أو الخارجية.

يعمل الاتصال الثلاثي على تحقيق تعويض ثلاثي متساوي وسريع، مما يقلل من فترة عدم التوازن في الخطوط ويحسن كفاءة التعويض. ومع ذلك، فإنه مناسب عمومًا لأنظمة الأحمال الثلاثية المتوازنة نسبيًا ولا يمكنه تحقيق تعويض دقيق للشبكة.

يعمل الاتصال النجمي على تحقيق تعويض مستقل ودقيق لكل مرحلة من مراحل مجموعة المكثفات. ومع ذلك، فقد يؤدي إلى انخفاض أو زيادة الجهد في مرحلة واحدة ويكون عادة أغلى في التنفيذ.

لذلك، يقدم هذا البحث نهجًا هجينًا يجمع بين مزايا الطريقتين، مع ضبط عدد وسعة مجموعات المكثفات حسب الظروف الفعلية للأحمال.

2.1.3 تكوين مجموعات المكثفات الكهربائية

يشمل تكوين مجموعات المكثفات الكهربائية عادةً الحلول ذات السعات المتساوية والسعات غير المتساوية.

في تكوين السعات المتساوية، يتم تقسيم مجموعة المكثفات الكلية إلى مجموعات ذات سعات متطابقة، ويتم تحديد عدد المجموعات بناءً على السعة الإجمالية المطلوبة. توفر هذه الطريقة تجميعًا بسيطًا ومنطق تحويل بسيط. ومع ذلك، بسبب وجود عدد أقل من المجموعات والسعة الأكبر للمكثفات الفردية، تكون خطوات التعويض خشنة، مما يجعل التعويض الدقيق صعبًا. وقد يؤدي التحويل المتكرر أيضًا إلى تسريع ارتداء المعدات وزيادة تكاليف الصيانة.

في تكوين السعات غير المتساوية، يتم توزيع سعات المكثفات وفقًا لنسبة محددة مسبقًا (مثل 1∶2∶4∶8). توفر هذه الطريقة دقة أعلى ومرونة أكبر في التعويض، مما يسمح بتنظيم دقيق للطاقة غير الفعالة. ومع ذلك، فإنها تتطلب تصميمًا وأنظمة تحكم معقدة، مما يحد من قابليتها للتوسع. بالإضافة إلى ذلك، قد تواجه المكثفات ذات السعات الأصغر عمليات تحويل زائدة، مما يؤثر على موثوقيتها على المدى الطويل.

بعد التقييم الشامل، يستخدم هذا البحث طريقة تكوين السعات المتساوية. ومع ذلك، تكون سعة مجموعة التعويض المشتركة أكبر قليلاً من سعة مجموعة التعويض المنفصلة. يدعم هذا التكوين العمليات الدورية للتحويل، ويحسن من دقة التعويض وسرعة الاستجابة، ويقلل من تعقيد السيطرة. كما يقصر دورة التعويض ويحسن الكفاءة الإجمالية.

2.2 تحسين استراتيجية تعويض الطاقة غير الفعالة

تحدد استراتيجية تعويض الطاقة غير الفعالة المصممة بشكل جيد تعويضًا فعالًا تحت شروط تشغيل مختلفة. خلال التشغيل الطبيعي للنظام، يمكن تقسيم حالة النظام التعويضي الفعلي إلى مناطق - مثل منطقة التحويل، ومنطقة الاستقرار، ومنطقة الخروج - بناءً على معلمات مثل الطاقة الفعالة وغير الفعالة.

يعتبر تحسين استراتيجية التعويض جانبًا حاسمًا في تصميم النظام، حيث يؤثر مباشرة على أداء التعويض. تركز استراتيجيات السيطرة ذات المعلمة الواحدة فقط على متغير واحد، مما يجعلها غير كافية للتعامل مع الظروف المعقدة أو الديناميكية. غالبًا ما يؤدي هذا إلى تعويض زائد أو تحويل زائد، مما يزيد من تكاليف التشغيل والصيانة.

لذلك، يستخدم هذا البحث استراتيجية سيطرة مركبة متعددة المعلمات. يتم استخدام معلمة واحدة كمعيار رئيسي للقرار، بينما تلعب عدة معلمات أخرى دورًا مساعدًا. يقوم النظام بتقييم العديد من المعلمات في الوقت نفسه، ويقوم بحسابات شاملة لتحديد متطلبات التحويل، ويقوم بتنفيذ عمليات التحويل وفقًا لذلك، مما يحسن من دقة وثبات السيطرة.

2.3 التشغيل والصيانة للمعدات التعويضية

لتحسين الاستقرار ومقاومة التداخل للمعدات التعويضية، يجب تنفيذ نظام حماية برنامجي داخلي. هذا يضمن أن الجهاز يمكنه العمل بشكل طبيعي أو الانفصال بأمان تحت مختلف الظروف غير الطبيعية، مما يحسن من موثوقية وأمان التشغيل.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يقوم الفنيون المحترفون بإجراء عمليات تركيب واختبارات دورية للكشف عن أي مخاطر أمان محتملة داخل المعدات وإجراء تقوية في الوقت المناسب.

عادة ما تكون أنظمة تعويض الطاقة غير الفعالة مجهزة بوظائف حماية مثل حماية التيار الزائد والجهد الزائد والجهد المنخفض. لضمان استجابة هذه الحمايات بشكل صحيح للأعطال، من الضروري إجراء اختبارات دورية لأداء التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يجب تنفيذ حماية التيار الزائد والحرارة لكشف الأعطال بسرعة ومنع تصاعد الأعطال.