Προκλήσεις και Αντιμέτωπες Τεχνικές Προσαρμογής για DC Ηλεκτρονικά Στροφικά Ρεύματα IEE-Business

Στα σύγχρονα συστήματα ενέργειας, οι μετατροπείς ηλεκτρονικού ρεύματος DC (ΗΕ) διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο. Χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη μέτρηση ρεύματος υψηλής ακρίβειας, αλλά και ως βασικά εργαλεία για την βελτιστοποίηση του δικτύου, την ανίχνευση παραλλαγών και τη διαχείριση ενέργειας. Με τη γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας μεταφοράς υψηλής τάσης ΗΕ (HVDC) και την ευρεία εφαρμογή της παγκοσμίως, οι απαιτήσεις απόδοσης για τους μετατροπείς ΗΕ ρεύματος έχουν γίνει όλο και πιο αυστηρές, ειδικά σε ό,τι αφορά την ακρίβεια μέτρησης και τη συμβατότητα του συστήματος. Συνεπώς, η τεχνολογία επικύρωσης των μετατροπείων ΗΕ ρεύματος έχει γίνει ο κλειδί για την εξασφάλιση της ασφάλειας, σταθερότητας και αποτελεσματικότητας της λειτουργίας των συστημάτων ενέργειας.

1 Ανάλυση της Τεχνολογίας Επικύρωσης των Μετατροπείων ΗΕ Ρεύματος
1.1 Βασικές Αρχές Επικύρωσης

Η επίκυρωση των μετατροπείων ΗΕ ρεύματος βασίζεται στην αρχή του μαγνητικού-μοντουλατόρα ΗΕ ρεύματος και της τεχνολογίας ψηφιακής συγχρονισμένης φωτονικής ίνας. Από αυτές, ο μαγνητικός-μοντουλατόρας ΗΕ ρεύματος χρησιμοποιεί την τεχνολογία μαγνητικής μόνωσης για τη μέτρηση της έντασης του ΗΕ ρεύματος. Αυτή η τεχνολογία βασίζεται στην επίδραση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από το ρεύμα στις μαγνητικές ιδιότητες του σιδηρού πυρήνα. Στις πρακτικές εφαρμογές, όταν το ρεύμα διαρρέει τον κύριο διαχωριστή, μαγνητίζει τον περιβάλλοντα σιδηρού πυρήνα. Ο μαγνητισμένος σιδηρούς πυρήνας επηρεάζει το ρεύμα σε ένα δευτερεύον κύκλωμα μέσω των αλλαγών του, και αυτή η επίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για τη μέτρηση της έντασης του ρεύματος στον κύριο διαχωριστή.

1.2 Σύνθεση του Συστήματος Επικύρωσης

Το σύστημα επικύρωσης των μετατροπείων ΗΕ ρεύματος αποτελείται κυρίως από μια πηγή ΗΕ ρεύματος, τη σύνδεση και τη συγχρονισμένη διάταξη του πρότυπου συστήματος και του συστήματος υπό δοκιμή, καθώς και από μια μονάδα υψηλής ακρίβειας συλλογής δεδομένων. Η σχεδίαση και η λειτουργία κάθε μέρους διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ακρίβεια και την αξιοπιστία της διαδικασίας επικύρωσης.

• Η πηγή ΗΕ ρεύματος είναι υπεύθυνη για την παροχή σταθερού και προσαρμοστέα ρεύματος για την επίκυρωση. Η σχεδίασή της πρέπει να επιτυγχάνει υψηλή σταθερότητα και χαμηλή κυματομορφή εξόδου για την προσομοίωση της λειτουργίας του μετατροπέα ρεύματος υπό διάφορες συνθήκες ρεύματος. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, η πηγή ρεύματος συνήθως χρησιμοποιεί ακριβή ενεργειακά ηλεκτρονικά συσταδικά και ένα σύστημα κλειστού κύκλου με ανάδραση για την πραγματικοχρόνια προσαρμογή και διατήρηση της σταθερότητας του ρεύματος. Ακόμη και όταν το φορτίο αλλάζει ή το εφοδιαστικό σύστημα κυμαίνεται, μπορεί να εξασφαλίσει την ακρίβεια του εξόδου ρεύματος.

• Όταν η πηγή ΗΕ ρεύματος παρέχει το βασικό ρεύμα, η σωστή σύνδεση και συγχρονισμός του πρότυπου συστήματος και του συστήματος υπό δοκιμή είναι κρίσιμοι σύνδεσμοι για την εξασφάλιση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων επικύρωσης. Το πρότυπο σύστημα είναι συνήθως ένα υψηλής ακρίβειας όργανο που έχει πιστοποιηθεί από το κράτος, παρέχοντας ένα γνωστό ακριβές ρεύμα ως πρότυπο· το σύστημα υπό δοκιμή είναι ο μετατροπέας ρεύματος που πρέπει να δοκιμαστεί. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επικύρωσης, το πρότυπο σύστημα και το σύστημα υπό δοκιμή πρέπει να λειτουργούν σε αυστηρή συγχρονισμένη λειτουργία για να εξασφαλίσουν ότι όλα τα δεδομένα μέτρησης αποκτώνται υπό τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας.

1.3 Μεθόδοι Επικύρωσης

Κατά τη διαδικασία επικύρωσης των μετατροπέων ΗΕ ρεύματος, η επιλογή των μεθόδων επικύρωσης διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην ακρίβεια και την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων μέτρησης. Η επικύρωση στο χώρο εγκατάστασης και η επικύρωση στο εργαστήριο έχουν καθεστώς ξεχωριστές πλεονεκτικές και μειονεκτικές πλευρές. Η ψηφιακή μέθοδος άμεσης μέτρησης υψηλής ακρίβειας παρέχει αποτελεσματικό μέσο επικύρωσης. Οι μεθόδοι επικύρωσης για αναλογικές και ψηφιακές εξόδους προσαρμόζονται ειδικά για μετατροπείς ρεύματος διαφορετικών τύπων εξόδου, ώστε να προσαρμοστούν σε διάφορες εφαρμογές.

(1) Σύγκριση μεταξύ Επικύρωσης στο Χώρο Εγκατάστασης και Επικύρωσης στο Εργαστήριο

Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο σε ό,τι αφορά τις μεθόδους και το περιβάλλον:

• Επικύρωση στο Χώρο Εγκατάστασης: Διεξάγεται άμεσα στη θέση εγκατάστασης του μετατροπέα ρεύματος και μπορεί να αντικατοπτρίζει την επίδραση περιβαλλοντικών παραμέτρων, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και η ηλεκτρομαγνητική διαταραχή. Είναι κατάλληλη για μεγάλες εγκαταστάσεις που είναι δύσκολο να μετακινηθούν ή για τις οποίες πρέπει να επαληθευτεί η λειτουργία. Ωστόσο, αν υπάρχουν πολλοί ανεπιθύμητοι παράγοντες στο χώρο εγκατάστασης και οι περιβαλλοντικές μεταβλητές δεν μπορούν να ελεγχθούν αποτελεσματικά, η ακρίβεια της επικύρωσης μπορεί να επηρεαστεί.

• Επικύρωση στο Εργαστήριο: Το περιβάλλον μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά, και οι συνθήκες δοκιμής μπορούν να ρυθμιστούν ακριβώς, προσφέροντας βελτιωμένη επαναληπτικότητα και ακρίβεια επικύρωσης. Ωστόσο, το περιβάλλον του εργαστηρίου δεν μπορεί να προσομοιώσει εντελώς την εργασιακή περιβάλλοντα και είναι δύσκολο να αναλυθεί ολοκληρωμένα η επίδραση του περιβάλλοντος στη λειτουργία του εξοπλισμού.

(2) Μέθοδος Άμεσης Ψηφιακής Μέτρησης Υψηλής Ακρίβειας

Με τη βοήθεια υψηλής ακρίβειας ψηφιακών μέτρησης εξοπλισμών, η εξόδους του μετατροπέα ρεύματος διαβάζεται άμεσα και συγκρίνεται με τη γνωστή πρότυπη τιμή, έτσι ώστε να μπορεί να επιτευχθεί γρήγορα και αποτελεσματικά το αποτέλεσμα της επικύρωσης, μειώνοντας τα λάθη στα μεσαία στάδια.

(3) Μεθόδοι Επικύρωσης για Αναλογικές και Ψηφιακές Εξόδους

Η προστιθέμενη αξία αυτής της μεθόδου βρίσκεται στην πλήρη συνειδητοποίηση των χαρακτηριστικών εξόδου διαφορετικών τύπων μετατροπέων ρεύματος:

• Μέθοδος Αναλογικής Εξόδου: Χρησιμοποιείται ένα υψηλής ακρίβειας όργανο μέτρησης ρεύματος για την ανάγνωση της εξόδου, την οποία στη συνέχεια συγκρίνεται με τη πρότυπη τιμή για την επίκυρωση, ώστε να εξασφαλίζεται η ακρίβεια της μετατροπής και μέτρησης αναλογικού σήματος.

• Μέθοδος Ψηφιακής Εξόδου: Κατά τη διαδικασία επικύρωσης, συνδυάζεται λογισμικό ανάλυσης και τεχνολογία συγχρονισμού για τη μεταφορά και επεξεργασία δεδομένων, ώστε να εξασφαλίζεται ότι η ακρίβεια της επικύρωσης ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις, κάτι που είναι κατάλληλο για τις ανάγκες επικύρωσης των μετατροπέων ρεύματος με ψηφιακή εξόδου.

2 Προκλήσεις και Αντιμετώπιση στην Εφαρμογή της Τεχνολογίας Επικύρωσης των Μετατροπέων ΗΕ Ρεύματος
2.1 Αντιμετώπιση Διαταραχών στο Χώρο Εγκατάστασης

Κατά την εφαρμογή της επικύρωσης των μετατροπέων ΗΕ ρεύματος στο χώρο εγκατάστασης, προκύπτουν σοβαρές ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές. Αυτές προέρχονται από το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον του υψηλής τάσης δικτύου, συμπεριλαμβανομένης της ακτινοβολίας από καλωδια/εξοπλισμό και της ηχονοίας που παράγεται από το σύστημα. Αυτές οι διαταραχές επηρεάζουν την ακρίβεια της μέτρησης, προκαλώντας αποκλίσεις στα δεδομένα επικύρωσης στα συστήματα HVDC και ακόμη και καταστροφή συσταδικών. Φέρνουν και άμεσα λάθη και προβλήματα μακροπρόθεσμης σταθερότητας/αξιοπιστίας.

Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, η βελτίωση της δομής μαγνητικής αποστολής είναι κρίσιμη. Η αρχή είναι η χρήση υλικών με υψηλή διαθεσιμότητα για την κατασκευή μιας στρώσης αποστολής γύρω από τα ευαίσθητα μέρη, προκειμένου να εμποδίζεται το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Κατά τη σχεδίαση, αξιολογήστε το πραγματικό περιβάλλον (τύπος, ένταση, συχνότητα των διαταραχών), καθώς αυτά επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της αποστολής. Μια στρωτή δομή με πολλαπλές στρώσεις, διαφορετικών υλικών διαθεσιμότητας, λειτουργεί καλύτερα. Για παράδειγμα, η εξωτερική στρώση χρησιμοποιεί υλικά με υψηλή διαθεσιμότητα για την απορρόφηση του μεγαλύτερου μέρους των μαγνητικών πεδίων, ενώ η εσωτερική στρώση χρησιμοποιεί υλικά με υψηλή αντίσταση για την αποστολή των υπολοίπων πεδίων. Οι δεδομένα βελτιστοποιημένης σχεδίασης μαγνητικής αποστολής βρίσκονται στο Πίνακα 1.

2.2 Ακρίβεια Συγχρονισμού Ψηφιακών

Στην επικύρωση των μετατροπέων ΗΕ ρεύματος, η ακρίβεια συγχρονισμού είναι κρίσιμη. Η επικύρωση συχνά απαιτεί τον συγχρονισμό πολλών συστημάτων/πηγών δεδομένων σε διασπαρμένες τοποθεσίες. Η ακρίβεια και η αξιοπιστία των δεδομένων εξαρτώνται από τη χρονική συγχρονισμό· μικρές αποκλίσεις προκαλούν ακρίβεια, επηρεάζοντας την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια του συστήματος ενέργειας. Η επιλογή και η βελτιστοποίηση της τεχνολογίας συγχρονισμο