خصائص التشغيل لمحول التوزيع في شبكة الجهد المنخفض

تحليل خصائص التشغيل لمحول التوزيع في شبكة الجهد المنخفض

في الوقت الحاضر، تم تطبيق تكنولوجيا الطاقة الإلكترونية على نطاق واسع في نظام الطاقة، بما في ذلك المجالات الصناعية والزراعية والعامة والمدنية وغيرها من المعدات الكهربائية، كما تتسبب الأجهزة الإلكترونية للطاقة غير الخطية في شبكة الكهرباء في حدوث تشويه خطير للجهد والتيار الكهربائي في شبكة الطاقة وتسبب تلوثاً متناسقاً في شبكة الطاقة.

لذلك سيؤدي التيار التوافقي في لفات المحولات الكهربائية إلى زيادة التدفق التوافقي في القلب، مما يؤدي إلى زيادة فقدان المحول التوافقي وتفاقم الاهتزاز والضوضاء في اللفات والقلب، مما يؤثر على سلامة المحول نفسها، لذلك من المهم تطبيق مرشحات فعالة لتحسين بيئة العمل لمحول الطاقة في النظام الصناعي.

كما تنقسم مخططات التحكم التوافقي في نظام الفلتر الصناعي بشكل أساسي إلى مرشحات طاقة نشطة ومرشحات سلبية، بحيث يتم تثبيت المرشح الخامل بشكل عام في الطرف الأمامي من جانب شبكة المحولات، كما ويتأثر تأثير الترشيح بسهولة بمقاومة النظام، ومن الضروري القيام بتصميم ضبط جزئي إضافي.

ونظراً لتأثير معطيات نظام شبكة الطاقة، قد يحدث صدى موازٍ بين “شبكة الطاقة” ومكونات المرشح المنفعل وقد يتسبب أيضاً في تضخيم توافقي، وذلك على الرغم من أن تقنية مرشح الطاقة النشطة تتمتع بأداء ديناميكي جيد وأكثر موثوقية، إلا أن تكلفة “مرشح الطاقة النشطة” أعلى بكثير من تكلفة المرشح السلبي ومن الصعب التعامل مع تعويض الطاقة التفاعلية ذو السعة الكبير.

مخطط التحكم التوافقي لمحول التوزيع في شبكة الجهد المنخفض

تقنية مرشح الحث المقترحة تختلف عن مخطط التحكم التوافقي التقليدي. يعتمد على توازن الإمكانات المغناطيسية بين لفات المحولات، بحيث يتم حماية التوافقيات الناتجة عن جانب الحمل وترشيحها في جسم المحول من خلال الهيكل المتعرج للمحول الجديد، بحيث لا يمكن للتوافقيات أن تغزو شبكة الطاقة والجانب الشبكي للمحول.

كما أن ميزة تقنية مرشح الحث هي أنها يمكن أن تحسن بشكل كبير بيئة عمل المحولات، وفي الوقت نفسه ونظراً لعدم تثبيت فرع المرشح على جانب الشبكة الكهربائية؛ فإنه لا يتأثر بمقاومة النظام، لذلك ليست هناك حاجة للقيام بتصميم ضبط جزئي إضافي، بحيث تكمن التقنية الأساسية في مقاومة الملف المكافئة الصفرية لجانب المرشح للمحول والتصميم المضبوط بالكامل لمجموعة المرشح، أي أن فرع المرشح هو مقاومة صفرية تقريباً للموجة التوافقية (k).

ونظراً للهيكل المتعرج الفريد لمحول توزيع مرشح الحث، يحتاج المرشح فقط إلى المطابقة مع مرشح سلبي بسيط أحادي الضبط، والذي يمكنه تحقيق أداء تقنية المرشح النشط بتكلفة تقنية المرشح السلبي، كما تعتمد قدرة الترشيح لمحول مرشح الحث على قدرة محول الطاقة نفسه، بحيث يمكن استخدامه في مناسبات مختلفة مثل نظام الطاقة عالي الجهد ونظام الطاقة منخفض الجهد دون قيود.

لذلك الحديدية المكهربة والتحليل الكهربائي وأنظمة الطاقة الكيميائية وغيرها من أنظمة الطاقة عالية الجهد، بحيث يعتمد محول الطاقة بشكل عام اتصال (YNd11)، كما وتتمثل مزاياه في أنه في ظل نفس مستوى الجهد، بحيث يكون لوصلة النجمة على جانب الشبكة جهد طور أقل وتكلفة أقل لتصميم تنسيق العزل.

كما أنه لا يمكن لاتصال دلتا عند جانب التحميل أن يحمي التوافقيات الثلاثية في الأنظمة المتوازنة فحسب؛ بل يمنع أيضاً تداخل تيار التسلسل الصفري، وفي شبكة التوزيع ذات الجهد المنخفض، تعتمد المحولات عموماً اتصال (Dyn11)، كما ويرجع ذلك أساساً إلى أن الاتصال النجمي مع التأريض المحايد لجانب الحمل أكثر قدرة على حمل حمل غير متوازن من اتصال دلتا، والذي يمكن أن يلبي احتياجات توزيع الطاقة في المناطق الحضرية.

ومن أجل ملء الفراغ في تقنية المرشح الاستقرائي في تطبيق شبكة التوزيع ذات الجهد المنخفض؛ فقد تم اقتراح محول توزيع مرشح حثي مناسب لشبكة التوزيع ذات الجهد المنخفض، حيث أنه يغير ملف الجهد المنخفض من جانب واحد لمحول توزيع اللفات الثلاثة التقليدي إلى لف مرشح، لذلك؛ فإن مجموعة الاتصال الجديدة لمحول توزيع المرشح الاستقرائي هي (Dd0yn11)، كما سيتم التحقق من صحة الاستنتاج عن طريق مخطط الاتصال واشتقاق النموذج الرياضي والمحاكاة والتجارب الميدانية.

مخطط التوصيل لمحول مرشح الحث في شبكة توزيع الجهد المنخفض

في الوقت الحاضر، العديد من محولات التوزيع التقليدية غير مجهزة بمعدات الترشيح بسبب تكلفة التصفية، بحيث يعطي (GB / T14549-1993) القيمة الحدية لكل تيار توافقي عند كل جهد اسمي، خاصةً إذا تم تجاوز القيمة الحدية؛ فسوف يتأثر عمر المحول واستهلاك الطاقة بشكل كبير، وذلك من أجل تسليط الضوء على تأثير الترشيح لمحول توزيع الحث، بحيث تتم مقارنة طوبولوجيا الدائرة لمحول توزيع مرشح الحث مع محول التوزيع التقليدي ويتم التأكيد على آلية الترشيح لمحول توزيع مرشح الحث.

الشكل السابق الجزء الأول هو طوبولوجيا الدائرة لمحول التوزيع التقليدي وهو عبارة عن هيكل مزدوج اللف متصل بواسطة (Dyn11) باستخدام حمولة تصحيح بستة نبضات، بحيث يمثل الجزء الثاني من الشكل  طوبولوجيا الدائرة لمحول توزيع الترشيح الاستقرائي مع المرشحات، حيث أنه هيكل ثلاثي اللفات، وهو متصل بواسطة (Dd0yn11).

واستناداً إلى محول التوزيع التقليدي، يتم تضمين الملف الجانبي للمرشح، كما ويتم تثبيت المرشحات السلبية المضبوطة بالكامل على الملف الجانبي للمرشح، حيث أن مقاومة المرشح لمحول توزيع مرشح الحث هي (Zfa ،Zfb ،Zfc) على التوالي.

ونظراً لأن المرشح لا يتأثر بمقاومة النظام، كما يمكن أن يكون عامل الجودة مرتفعاً جداً، ومن الناحية النظرية؛ فإنه يمكن أن تكون المقاومة الداخلية للمرشح صفراً تقريباً، وعلاوة على ذلك ونظراً للعدد القليل من المنعطفات ومقاومة لف المرشح، يمكن تقريباً تجاهل فقد الطاقة النشط في جانب لف المرشح، ووفي الوقت نفسه، ونظراً لأن المكثف الموجود على الفلتر متصل بالجانب منخفض الجهد؛ فإن تكلفته تقل بشكل كبير مقارنةً بالفلتر التقليدي المتصل بجانب الشبكة.

النموذج الرياضي لمحول توزيع مرشح الحث ونظام الفلتر

عند استنباط النموذج الرياضي لمحول التوزيع التقليدي ومحول توزيع مرشح الحث، يتجاهل النموذج خسائر الدائرة المفتوحة وتيار الحمل المفتوح وتيار الإثارة، وذلك مع مزود الطاقة الافتراضي ثلاثي الطور متماثل، وهو موجة جيبيه لتردد الطاقة المثالي ومعطيات اللف ثلاثية الطور هي نفسها، لذلك يتم استنتاج مرحلة واحدة رياضياً، وذلك بالاقتران مع الشكل السابق الجزء الأول وفقاً لنظرية المحولات متعددة اللفات، بحيث تكون علاقة الجهد بين جانب الحمل وجانب المرشح وجانب الشبكة كما يلي:

حيث تمثل (W1 ، W2 ، W3) عدد لفات اللف على جانب الشبكة وجانب المرشح وجانب الحمل ويمثل (Z3) مقاومة التسرب المكافئة على جانب التحميل لثلاثة محولات متعرجة، كما ويمثل (Z32) مقاومة ماس كهربائي بين ملف جانب الحمل وجانب المرشح لف، كذلك (Zf) هو ممانعة المرشح (Zf = Zfa = Zfb = Zfc).