اقرأ في هذا المقال
أهمية تحسين جودة الطاقة الكهربائية في الأنظمة ثلاثية الأطوار
تعتبر جودة الطاقة المنخفضة (PQ) وعناصر أخرى مثل عامل الطاقة المنخفض و”التشوهات التوافقية” الكبيرة والمستويات العالية من عدم التوازن الحالي بسبب الأحمال الاستقرائية (المحركات) والأحمال غير الخطية (أجهزة الطاقة الإلكترونية) و”الأحمال غير المتوازنة” (كلاهما فردي -المرحلة والمرحلتين)، بحيث تخلق سلسلة من المشكلات لمرافق الكهرباء، وكذلك للمستخدمين الصناعيين الصغار والمتوسطين والكبار
لذلك تم استخدام البدائل، مثل تركيب مقاعد “المكثفات” والمرشحات السلبية، وذلك للتخفيف من المشكلات المرتبطة بالاستهلاك المرتفع للطاقة التفاعلية والتوافقيات وعامل الطاقة المنخفض، ومع ذلك؛ فإن الطرق التقليدية لتحسين عامل القدرة بتكلفة معقولة (الأجهزة المنفعلة) تظهر عملية غير فعالة وأخطاء شائعة.
أيضاً؛ فإن أحد الأسباب المهمة لذلك هو انتشار الأحمال غير الخطية والأحمال غير المتوازنة، مما أدى إلى زيادة مستويات التشويه وعدم توازن الجهد في أنظمة الطاقة الكهربائية، لذلك على سبيل المثال يمكن أن يؤدي تركيب مقاعد المكثف والمرشحات السلبية المضبوطة إلى تفاقم الحالة الحالية للتشويه التوافقي، وبصرف النظر عن القدرة التفاعلية؛ فإن التيارات التوافقية والأهم من ذلك أي اختلالات هي عوامل تساهم بشكل كبير في عامل القدرة المنخفضة.
كما أن العيب الرئيسي للحلول السلبية لتحسين عامل القدرة هو الحاجة إلى دراسة متأنية ومطولة للأسلاك الكهربائية أثناء مرحلة التصميم وتحديد دورات الحمل، بالإضافة إلى ذلك ليس من السهل تعويض القدرة التفاعلية والتوافقيات في حالات الاختلافات الديناميكية في معطيات النظام الكهربائي والأحمال عندما يتم تزويدها بجهد مشوه أو غير متوازن.
بحيث تم استخدام الحلول القائمة على تقنيات التصفية النشطة على نطاق واسع ليس فقط من خلال التخفيض المطرد لتكاليف التركيب، ولكن أيضاً بسبب الانتشار الواسع ومرونة العواكس الإلكترونية المرتبطة مع موارد الطاقة الموزعة (DER).
أيضاً لقد زاد انتشار معدلات الطاقة المتجددة في نظام التوزيع بسبب الطلب المتزايد على مصادر الطاقة غير التقليدية، ونظراً لقدرتها على إنشاء بدائل أكثر مرونة ومتجددة للاستهلاك الذاتي وتوزيع الطاقة المركزي على الشبكة الكهربائية، بحيث تلعب هذه الأجهزة الآن دوراً رئيسياً في نظام التوزيع، بحيث يسمح وجود (DER) في موقع المستهلك الصناعي بتقليل الطاقة التي توفرها المرافق الكهربائية وهو عامل رئيسي في تقليل التكاليف المباشرة للمستهلك.
ومع ذلك؛ فإنه إلى جانب فاتورة الطاقة المخفضة، بعد تثبيت (DER) الذي يقلل من الطلب على صافي الطاقة النشطة في الشبكة، كذلك هناك أيضاً قيمة معامل قدرة متناقصة يمكن أن تصل إلى أقل قيم من تلك التي تحددها الهيئات التنظيمية، لذلك يجب تحسين (PQ) للمستهلك الصناعي، وليس فقط بالنظر إلى القوة التفاعلية الزائدة والاختلالات الحالية والتوافقيات، ولكن أيضاً مع مراعاة تأثيرات التوليد الذاتي.
آلية تشغيل (DERs) وفقاً لنظام القدرة الكهربائية المطلوب
يمكن تشغيل (DERs) وفقاً لقدرتها من أجل الوصول إلى ملف تعريف طاقة معين وتحسين (PQ) وأداء نظام الطاقة الصناعية، كما يمكن توفير هذه المرونة من خلال العاكس المتصل بالشبكة من خلال نظام تحكم مناسب، وعلاوة على ذلك؛ فإنه ونظراً للقدرة المتبقية للمحولات المتصلة بشبكة الكهرباء؛ يمكن أن توفر إمدادًا بالخدمات الإضافية جنباً إلى جنب مع حقن الطاقة النشط، والتي يمكن أن تعزز أداء المستهلك الصناعي.
كما تعتبر الإجراءات التي يتخذها (DER) لتحسين (PQ) مهمة خاصة عند النظر في الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة (الرياح والطاقة الشمسية)، وذلك فضلاً عن عدم القدرة على التنبؤ بالأحمال، بحيث يمكن أن تشير هذه العوامل إلى التباين العالي لمؤشرات (PQ) خلال اليوم، مما يتطلب أن تمتلك (DER) مهارات تعويض قابلة للتكيف ومتعددة الأغراض لضمان تشغيل الشبكة بكفاءة.
المفاهيم الأساسية والتعاريف لـ Cpt
تستفيد هذه الطروحات من النظرية المقدمة من خلال نتائج الدراسات، وفيما يتعلق بتحليل وتفسير الدوائر الكهربائية في ظل ظروف غير جيبية وغير متوازنة؛ فإنه تم اقتراح (CPT) في الأصل لتوصيف الحمل العام، وبالتالي بالنسبة للأنظمة ثلاثية الطور ذات الموصلات الثلاثة؛ فإنه يتم تمييز الحمل بناءً على المتجه (المتغيرات بالخط العريض) لتيارات الحمل (iL)، والتي يمكن أن تتحلل وفقاً للعلاقة التالية (1):
حيث أن:
(ibLa): هو ناقل للتيارات النشطة المتوازنة.
(ibLr): هو ناقل التيارات التفاعلية المتوازنة.
(iLu): هو ناقل التيارات غير المتوازنة.
(iLv): هو ناقل التيارات التوافقية (المتبقية).
ونظراً لأن جميع المصطلحات الحالية في (1) متعامدة؛ فإن القيمة الجماعية لـ (RMS للتيار (1) ينتج عنها المعادلة التالية:
وهذا يعني أنه يتم الحصول على القدرة الظاهرة بضرب (2) بجهد (RMS) الجماعي عند (PCC).
حيث أن:
(P = VPCCIbLa): هي القدرة النشطة.
(Q = VPCCIbLr): هي القدرة التفاعلية.
(U = VPCCILu): هي قوة عدم التوازن.
(D = VPCCILv): هي القوة المتبقية (التشويه).
ومن أجل توصيف تشغيل الحمل العام ثلاثي الطور في (PCC)؛ فإنه يتم تعريف عامل القدرة على أنه:
من العلاقة التي في الأعلى؛ فإنه يمكن أن يتحلل عامل القدرة في عوامل، وذلك مع الأخذ في الاعتبار التشوه التوافقي وعدم التوازن وانزياح الطور بين الفولتية والتيارات على التوالي، على النحو التالي:
حيث أن:
(λLD): هو عامل تشويه الحمل الكهربائي.
(λLU): هو عامل عدم توازن الحمل الكهربائي.
( LQ): هو عامل التفاعل (مؤشر الإزاحة المعمم).
وبالتالي؛ فإنه وبناءً على العلاقات الرياضية السابقة يمكن أيضاً التعبير عن عامل القدرة على النحو التالي:
استراتيجيات التحكم لتعويض التيارات التفاعلية وعدم التوازن
لمعالجة مشكلة تعويض الطاقة التفاعلية وعدم توازن الحمل والتشويه التوافقي للتيار في شبكة كهرباء تعمل في ظل ظروف غير جيبية وغير متوازنة، كما أنه من الضروري تحديد ما يمكن تعويضه بالفعل، وبالإضافة إلى ذلك، تعتمد نتيجة هذا التعويض على التحديد الصحيح للمكونات الحالية التي تلعب دوراً في تدهور (PQ).
أولاً: توليد إشارات مرجعية للتعويض عن التيارات التفاعلية والاختلالات والتوافقية لتطوير استراتيجية التعويض، بحيث تعتبر الفولتية والتيارات مشوهة وغير متوازنة، كما يمكن الحصول على الإشارات المرجعية للعاكس المتصل بالشبكة الكهربائية، حيث أن الاستراتيجية المستخدمة بشكل شائع للتعويض هي تعويض جميع مكونات التيارات المتعلقة بمشاكل التحميل.
ثانياً: توليد إشارات مرجعية لحقن الطاقة النشط في الشبكة في سياق (DERs)، وذلك بغض النظر عن المكون الحالي الذي تم تعويضه، بحيث يجب أن يضخ العاكس المتصل بالشبكة الطاقة في شبكة الكهرباء كذلك أن هذه هي وظيفتها الرئيسية، ولذلك يجب أن نضع استراتيجية لتوليد إشارة مرجعية من شأنها أن تسمح بحقن طاقة (PDER) كما ينتجها (DER)، وبالتالي يمكن تنفيذ استراتيجية لمعظم التطبيقات.
ثالثاً: توليد إشارات مرجعية للتعويضات وحقن الطاقة النشط في الشبكة، بحيث تسمح التعبيرات، وذلك بمعالجة شبكات الكهرباء العامة، مما يسمح بحقن الطاقة النشطة في شبكة الطاقة وتحديد المصطلحات الحالية وتعويضها، وذلك لضمان التخفيف من مشاكل (PQ)، كما أن هذا يعني أن التيار الذي يتم حقنه في الشبكة بواسطة العاكس.
