محولات إلكترونات القدرة الخاصة بضبط اضطراب الجهد

ضرورة وجود محولات الكترونات القدرة الخاصة بضبط اضطراب الجهد

يعد محول التوزيع من أهم المعدات وأكثرها شيوعاً في شبكة توزيع الطاقة، وهو المسؤول عن تحويل الجهد وعزل الجهد، كما أن محول التوزيع التقليدي موثوق للغاية، ومع ذلك؛ فهي ضخمة ومرهقة، كذلك لا يمكن عزل التوافقيات بين الجانبين الأساسي والثانوي، وهناك حاجة إلى معدات إضافية للمراقبة والحماية من مشاكل الانهيار المحتملة.

لكن في الوقت الحاضر، تعتبر هذه العيوب هي مخاوف في الأوساط الأكاديمية والصناعية، لذلك؛ فقد أصبحت المحولات القائمة على إلكترونيات الطاقة والتي تسمى محولات الكترونيات القدرة والمحولات الذكية ومحولات الحالة الصلبة وموجهات الطاقة وغيرها موضوعاً ناشئاً بشكل تدريجي على مدار السنوات العشر الماضية، خاصةً بالنسبة إلى الفضاء وجر السكك الحديدية وتطبيقات الإنترنت للطاقة.

أحدثت التطورات الحديثة في أشباه الموصلات ذات الحالة الصلبة ومواد المكونات السلبية وتقنيات الإلكترونيات الدقيقة إلى جانب الحاجة المتزايدة “لكثافة الطاقة العالية” ومساحة المساحة المنخفضة والوزن المنخفض دون المساس بالكفاءة والتكلفة والموثوقية.

كما أن أنها عبارة عن قوة دافعة بمقدار (115 VAC / 400) هرتز (أو 360-800 هرتز)، وهي أنظمة تحويل الطاقة ذات الارتباط العالي التردد بالإضافة إلى تطبيقات الإمداد بالطاقة للاتصالات، كما تم تنفيذ أعمال مماثلة لتطبيقات الجر من قبل (ABB) و (Alstom) و (Bombardier) و (Siemens)ن حيث تم الانتهاء من التثبيت التجريبي من قبل (ABB).

علاوة على ذلك وجزئياً لأن نظام الطاقة الحالي (50/60) هرتز أكثر تعقيداً من النظام الكهربائي للجر (16.67) هرتز، حيث يعمل العلماء والمهندسون في مشاريع تشمل محولات الطاقة المتقدمة لإدارة الطاقة العالمية والمرنة في شبكات الكهرباء المستقبلية (UNIFLEX-PM)، كما لا تزال شركة المستقبل لتوصيل وإدارة الطاقة الكهربائية المتجددة (FREEDM) و (MEGA Cube) والمحول الذكي عالي الكفاءة والموثوقية.

التطور التقني والأكاديمي الخاص بمحولات الكترونات القدرة

وهناك قلب جديد لنظام التوزيع الكهربائي بالإضافة إلى المشاريع الأخرى التي تقودها الجامعات والشركات الرائدة، بحيث تحقق باستمرار مختلف القضايا المتعلقة بالشبكة الذكية وإنترنت الطاقة، بحيث تشمل هذه القضايا النمطية والكفاءة والاستقرار والموثوقية والتكلفة وتوصيل التيار المستمر واختيار المكون النشط أو السلبي والتشكيل والتحكم وتدفق الطاقة وجودة الطاقة.

لذلك يتم توضيح الخصائص الرئيسية لأنظمة (SST) المصممة لتطبيقات الشبكة الذكية، بحيث تتراوح الكفاءة الإجمالية لهذه الأنظمة من (84٪) إلى (88٪)، بحيث يتم عرض التحسين المنهجي لمحول التردد الكهربائي المتوسط ​​الرئيسي لأهداف التحسين المختلفة، بحيث يتم عزل (DC / DC) ثنائي الجسر النشط بتبديل ناعم إلى عزل (AC / AC) مع كفاءة أقل في طوبولوجيا متناظرة.

كما تم اعتماد أجهزة (SiC) لمحول الحالة الصلبة (AC) عالي التردد، حيث أن المكونات المتقدمة تسمح لها بتحقيق أقصى قدر من الكفاءة بنسبة (96.0٪)، بحيث يعتبر محول الطنين المتسلسل (SRC) الذي يعمل في وضع التوصيل المتقطع نصف الدورة (HC-DCM) خياراً جذاباً للغاية لمحول (DC / DC) المعزول نظراً لكفاءته العالية، ومع ذلك؛ فإن التحكم غير ممكن ويعمل النظام أساساً كـ “محول تيار مستمر”.

لذلك يتم تحليل ومقارنة قدرة تصحيح الحمل غير المتوازن لطوبولوجيا (PET) المعيارية ثلاثية الطور على أساس جسر (H) واتصال الطور المنفصل (SPC) والاتصال عبر الطور (CPC)، لذلك لقد وجد أن (SPC) مناسب للتعامل مع مجموعة كاملة من الأحمال غير المتوازنة في ظل الحالة التي يزداد فيها الضغط الحالي لمرحلة الإدخال.

هيكل ومواصفات محولات الكترونات القدرة PET

تم بناء نموذج أولي ثلاثي الأطوار (PET) بقدرة 30 كيلو وات [600 فولت / 220 فولت] بأربعة أسلاك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، والذي يوفر وحدات بناء عامة لتحويل الطاقة وتنظيمها وتوزيعها، كما يشتمل نظام التحكم الموزع على مقوم تعديل عرض النبضة الأمامي (PWM).

وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2) ومحول (DC / DC) معزول ذو حلقة مفتوحة متوسط التردد يعمل تحت ظروف محول التيار المستمر وعاكس مركب ثلاثي الطور في اتجاه المصب باستخدام نفس العاكس أحادي الطور.

لذلك تم اعتماد طريقة التحكم في الحلقة المفتوحة بتردد التبديل الثابت لمحول (DC / DC) المعزول متعدد الترددات المتوسطة التردد، بحيث يشار إليه على أنه محول تيار مستمر ويوفر جهد خرج غير منظم، وذلك من خلال تقليل متطلبات التنظيم وتضييق نطاقات جهد الدخل، بحيث يمكن لمحول التيار المستمر تحقيق كفاءة أعلى وإخراج طاقة أكبر من المحول القياسي المنظم، وذلك حتى لو تم التخلص من خنق المرشح.

أيضاً تتكون “المحولات ثلاثية الطور” من ثلاثة محولات (H4) معيارية أحادية الطور كاملة الجسر، والتي تتمتع بقدرة ممتازة على “تصحيح الحمل غير المتوازن” أو يجب إضافة طرق تحكم إضافية أخرى إلى العاكس ثلاثي الطور، كما يتم تنظيم جهد خرج التيار المتردد باستخدام “وحدات تحكم مزدوجة” الحلقة، حيث يتم ضبط الحلقة الخارجية لتنظيم قيمة (RMS) للجهد، بينما تنظم الحلقة الداخلية القيمة اللحظية للجهد.

علاوة على ذلك؛ فإنه يتم تضمين محول باك مشذب آخر مع نفس فرع نصف الجسر مثل فرع العاكس أحادي الطور في محطة ناقل (350 VDC udcL3)، والتي توفر ناقل (110 VDC) لاستخدام حمل التيار المستمر المحلي، بحيث يتم تنظيمه بواسطة حلقة خارجية ذات “جهد لحظي” وحلقة داخلية للتيار “المحث الفوري”، بعد ذلك يوفر (PET) في وقت واحد شبكة موزعة هجينة (AC) و (DC).

المعطيات الرئيسية للنظام هي كما يلي:

مرحلة الإدخال: جهد الخط المقدر هو (600) فولت تيار متردد وتردد الخط المقنن (50) هرتز ومحث الإدخال (1.5) مللي أمبير ومكثفات وصلة التيار المستمر ذات الجهد العالي بسعة (2160 μF)، كما ويتم تحديد تردد التبديل (4.8) كيلو هرتز بالنظر إلى المشكلات الحرارية للجهاز المعتمد الذي يحتوي على معدل جهد يبلغ (1700) فولت ومفاتيح تبديل أشباه الموصلات هي مفاتيح (SKM400GB176D).

مرحلة العزل: تردد التبديل هو (2) كيلو هرتز، والنسبة الأولية والثانوية للمحول هي [3: 1: 1: 1]  ومكثفات وصلة التيار المستمر ذات “الجهد المنخفض” لها سعة (3000) ميكرو فاراد ومفاتيح أشباه الموصلات الأولية هي مفاتيح (SKM400GB176D) والمفاتيح الثانوية هي مفاتيح (SKM300GB128D).

لذلك يتم اختيار تردد متوسط ​​يبلغ (2) كيلو هرتز بدلاً من تردد أعلى لأن مشروع (Gen-I PET)، بحيث تم تطويره للجيل التالي (10) كيلو فولت (PET)، وذلك استعداداً لاختبارات (IGBT) عالية الجهد عند (3300) فولت و (6500) فولت في المستقبل القريب.

مرحلة الإخراج: تحريض مرشح الإخراج هو (0.4) مللي أمبير ومكثفات مرشح الخرج لها سعة (50 μF) وتردد التبديل هو (10) كيلو هرتز وجميع المفاتيح هي مفاتيح (SKM300GB128D)، وفي الشكل السابق (1)، بحيث يحتوي هيكل (PET) المقترح على ناقل داخلي عالي الجهد (udc = 1050 VDC) وناقل جهد منخفض (udcL1،2،3 = 350 VDC).

كما يمكن ضبط أمر جهد (udc) بواسطة المشغلين، وذلك على سبيل المثال، (udc = 1200) فولت تيار مستمر)، وبالتالي؛ فإنه سيكون من الممكن عزل الجهد واضطراب الحمل بمساعدة المكثفات العازلة لوصلة التيار المستمر، كما يجب أن تركز الجهود الإضافية على استراتيجيات التحكم الرئيسية وخاصة مقوم الواجهة الأمامية.