ما هي جوانب التصميم والتطبيق لمنظم الجهد التلقائي لمغذي 10 كيلو فولت

بعد مشروع تجديد شبكة الكهرباء الريفية، شهدت شبكة التوزيع الريفية تحسينًا كبيرًا. ومع ذلك، بسبب القيود مثل التضاريس والمناظر الطبيعية وحجم الاستثمار، فإن التخطيط ليس مثاليًا. نتيجة لذلك، يتجاوز نصف قطر التغذية لبعض خطوط النقل بجهد 10 كيلوفولت النطاق المعقول. مع تغير الفصول والأيام والليالي، هناك تقلبات كبيرة في الجهد، مما يؤدي إلى مشاكل مثل جودة الطاقة غير المقبولة والخسائر الخطية العالية نسبيًا، مما يؤثر بشكل كبير على حياة وإنتاج المزارعين. لذا، تم تصميم جهاز تنظيم جهد جديد من النوع الآلي: جهاز تنظيم الجهد التلقائي للخطوط.

1 مبدأ عمل جهاز تنظيم الجهد

جهاز تنظيم الجهد التلقائي هو جهاز يتتبع تلقائيًا التغيرات في الجهد الداخل لضمان جهد خرج مستقر. يمكن استخدامه على نطاق واسع في أنظمة التغذية بجهد 6 كيلوفولت و10 كيلوفولت و35 كيلوفولت، ويمكنه ضبط الجهد الداخل تلقائيًا ضمن نطاق 20٪. يمكن تركيب الجهاز عند نقطة تقع عند نصف أو ثلثي المسافة من بداية الخط لضمان جودة الجهد على الخط.

بالنسبة للمحولات الرئيسية التي لا تمتلك قدرة تنظيم الجهد تحت الحمل، يمكن أيضًا تركيب جهاز تنظيم الجهد التلقائي على الجانب الخارجي من المحول الرئيسي للمحطة لتوفير تنظيم الجهد تحت الحمل. هناك عدة نقاط اتصال على الجانب الثانوي للمحول. باستخدام ذاكرة ديجيتال صغيرة لتحكم في تشغيل وإيقاف الثايروستورات، يتم توفير مستويات مختلفة من تنظيم الجهد، وبالتالي تحقيق هدف تنظيم جهد الخط.

2 تحديد جهد العمل لتغيير النقاط في جهاز تنظيم الجهد

يمكن لجهاز تنظيم جهد الخط تعديل النقاط بناءً على ظروف الحمل المختلفة وتغيير نسبة التحويل بناءً على جهد الخط لتحقيق تنظيم الجهد. لديه 7 نقاط ونطاق تنظيم جهد بنسبة 30٪، مما يمكنه من تلبية متطلبات تنظيم الجهد الريفي بشكل جيد.

2.1 مبدأ تحديد جهد تغيير النقاط في جهاز تنظيم الجهد

بسبب تقلبات الحمل، سيتغير الجهد في نهاية الخط. بالنسبة لانخفاضات الجهد المختلفة، يجب تعديل إعدادات النقاط في جهاز تنظيم الجهد. يوضح الشكل 1 شبكة طاقة نموذجية للنقل الريفي. هنا، يتم تحديد طول الخط كـ L كم، ويتم تحديد القوة في نهاية الخط كـ S = P + jQ ميغاواط.

متطلبات تغيير النقاط: ضمان أن يختلف الجهد في نهاية الخط ضمن نطاق 7٪؛ عادةً ما لا يُسمح بالقفز بين النقاط؛ يجب أن يكون عدد تغييرات النقاط أقل ما يمكن.

لنفترض أن نسبة التحويل هي K، الجهد في بداية الخط هو U₀، الجهد في نهاية الخط هو U₁، الجهد الداخل لجهاز تنظيم الجهد هو U_in، والجهد الخارج هو U_out، بحيث U_out = K * U_in.

وفقًا للنموذج، ينطبق المعادلة التالية: U₁ = U_out - ΔU₁. حيث ΔU₁ هو انخفاض الجهد من نقطة تركيب جهاز تنظيم الجهد إلى نهاية الخط، و x هو المسافة من نقطة تركيب جهاز تنظيم الجهد إلى بداية الخط. بالتالي:

(U₀ - U_in) هو انخفاض الجهد من بداية الخط إلى نقطة التركيب. α = U₀/U_out هو نسبة جهد الخط قبل وبعد نقطة تركيب جهاز تنظيم الجهد. لنفترض (L - x)/x = K₁، وبتعويض هذا، نحصل على:

بينما يحتاج الجهد U₁ في نهاية الخط إلى استيفاء الشرط 9.7 < U₁ < 10.7. عن طريق التعويض في الصيغة أعلاه، يمكن الحصول على نطاق U_in عندما يكون K معروفًا. ومع ذلك، واضحة الحاجة إلى حل معادلة تربيعية ذات متغير واحد بسبب وجود U₀/U_out، وسيكون هناك مشكلة الجذور الوهمية. يبسط البحث هذه المعادلة.

بالنسبة لتحليل α = U₀/U_out، U_out و U₁ لهما نفس الاتجاه في الزيادة والنقصان. U₀ ثابت، لذا α = U₀/U_out، U_out متناسب عكسيًا مع U₁. يمكن أيضًا تحليل أنه عندما U₁ = 9.3، α ≈ 1؛ وعندما U₁ = 10.7، α أقل قليلاً من 1. لذا، يمكن كتابة معادلة القيود كالتالي:

أي:

2.2 مثال على الإعداد

كما يمكن رؤيته من المعادلة (5)، في الواقع، يتعلق إعداد تغيير النقاط فقط بالجهد الداخل U_in لجهاز تنظيم الجهد ونسبة المسافة من نقطة تركيب جهاز تنظيم الجهد إلى طول الخط K_t. لا يوجد حاجة لقياس الحمل الفعلي في نهاية الخط، مما يبسط بشكل كبير صعوبة الهندسة الفعلية.

خذ خط نقل فعلي كمثال. استخدم النموذج الموضح في الشكل 1. طول خط النقل هو 20 كم. عادةً ما يتم تركيب جهاز تنظيم الجهد في منتصف الخط. هنا، يتم أخذ المسافة من بداية الخط كـ x = 9 كم، و K_t = 11/9. باستبدال هذه القيم في المعادلة (5)، يمكننا الحصول على:

لكل وضع للنقاط، يوجد نطاق جهد دخل يلبي متطلبات جودة الطاقة في نهاية الخط له حدود عليا وسفلى، وهي جهود التشغيل (جهود التحويل) لهذا الوضع. لكل نقطة لها جهد تشغيل مقابل، ويمكن رؤية هذه العلاقة بشكل أكثر وضوحًا على محور الأعداد.

من بينها، يتم ترك النقطة 1 غير مستخدمة لأن الجهد الداخل تحت الظروف العادية لن يتجاوز الحد الأعلى لهذه النقطة. يمكن استخدام النقطة 1 كحالة تشغيل خاصة، مثل التشغيل المتعدد الأخطاء أثناء قصر الدائرة الأرضية الأحادية. فيما يلي وصف لشروط التحويل عند الوصول إلى جهد العمل:

يجب ملاحظة أنه عند التحويل من النقطة 4، يتم التحويل مباشرة إلى النقطة 2. هذا لأن حدود العمل الدنيا للنقطتين 3 و4 قريبة نسبيًا. إذا تغير الجهد بشكل كبير، بعد التحويل من النقطة 4 إلى النقطة 3، قد يكون من الضروري التحويل فورًا إلى النقطة 2، مما يزيد من عدد الأفعال. لذا، للتقليل من عدد الأفعال، يتم السماح بالتحويل عبر النقاط.

3 تصميم متحكم تغيير النقاط

حاليا، الطريقة الشائعة لتغيير النقاط هي استخدام محرك لدفع حركة شفرة تغيير النقاط. ومع ذلك، كيفية ضمان الدوران السريع والدقيق للمحرك كان دائمًا مشكلة. لتحقيق تأثير تحكم أفضل، يستخدم هذا البحث نظام تحكم بالثايروستورات.

3.1 مبدأ تحكم الثايروستورات

يمكن استخدام الثايروستورات لتحقيق التحكم في الدوائر عالية الطاقة باستخدام تيار ضعيف. يستخدم جهاز تنظيم جهد الخط 7 أزواج من الثايروستورات ثنائية الاتجاه لتحكم في النقاط، كما هو موضح في الشكل 2. كل زوج من الثايروستورات متصل بملفات مختلفة للمحول، وبالتالي يتوافق مع نسب تحويل مختلفة.

3.2 تصميم متحكم تغيير النقاط باستخدام الدائرة الدقيقة

يحتاج التحكم في الثايروستورات ثنائية الاتجاه فقط إلى قيادة الجهد من دوائر بوابة TTL ويمكن توصيلها مباشرة بمنفذ الخرج للدائرة الدقيقة. لتوفير المنافذ الخارجة، يتم استخدام 3 منافذ فقط، ويتم توصيل مفك 3 إلى 8 خارجي لقيادة التحكم في 7 مواقف للنقاط، كما هو موضح في الشكل 3.

4 تصميم النظام الذكي للتحكم

لمجرد أن جهاز تنظيم الجهد يحتوي على رقاقة تحكم، فإن وجود وظيفة تنظيم الجهد التلقائي ليست كافية ولا تستغل بشكل كامل أداء الدائرة الدقيقة. نظام تحكم كامل، كما هو موضح في الشكل 4، يشمل أيضًا إدخال لوحة مفاتيح، دائرة عرض، اتصال لاسلكي، ساعة خارجية، تخزين خارجي، وحماية الأعطال.

يتيح إدخال لوحة المفاتيح تعديل البرنامج، بينما يسمح الاتصال اللاسلكي بمراقبة تشغيل جهاز تنظيم الجهد في الوقت الحقيقي. تضمن الساعة الخارجية تسجيل الوقت أثناء انقطاع التيار الكهربائي للدائرة الدقيقة. يقوم التخزين الخارجي بتخزين بيانات تشغيل النظام الضخمة بأمان لاستخدامها في الأبحاث المستقبلية. تقوم حماية الأعطال بإدخال الدائرة الدقيقة في وضع تشغيل خاص تحت الظروف غير الطبيعية لتلبية مهام نقل الطاقة، وتحميها من الأضرار تحت الأعطال، وتعاون مع أجهزة حماية الانقطاع لحماية خطوط النقل.

5 الخلاصة

عن طريق بناء نموذج خط نقل وإجراء حسابات تدفق الحمل، تم تحديد قواعد إعداد جهد العمل لتغيير النقاط في جهاز تنظيم الجهد. بالنسبة لتحكم نقاط المحول، تم استبدال التحكم الميكانيكي التقليدي بتحكم الثايروستورات الأكثر سهولة وسرعة، والذي يتميز بتصميم بسيط وتأثير تحكم جيد. يمتلك جهاز تنظيم جهد الخط آليًا نطاق تنظيم جهد واسع، مما يضمن بشكل فعال جودة جهد خطوط النقل.