محول ثلاثي الأطوار المعتمد على قاطع (AC/AC) ثنائي القطب

مع التطور السريع للاقتصاد الاجتماعي، تتزايد كهربة الحياة اليومية ويتزايد أيضاً الطلب على جودة الطاقة للمستخدمين النهائيين، لذلك لا يمكن أن يؤدي “تحسين جودة الطاقة” فقط إلى تقليل التأثير السلبي على الحمل الحساس وضمان الجودة الطبيعية للمنتجات الصناعية والتجارب العلمية، ولكن أيضاً يلعب دوراً مهماً في التشغيل الآمن والاقتصادي لشبكة الطاقة وتقليل فقد الطاقة.

أهمية وجود محول ثلاثي الأطوار المعتمد على قاطع (AC/AC) في نظام القدرة

تعد جودة الجهد أحد المؤشرات الأساسية لجودة الطاقة، ولها تأثير كبير على التشغيل العادي للمعدات الكهربائية، على سبيل المثال، سيؤدي انخفاض الجهد إلى زيادة تيار لف المحرك وتقليل كفاءة وعمر الخدمة للمحرك وجعل المعدات الإلكترونية الحساسة غير قادرة على العمل بشكل طبيعي وما إلى ذلك.

كما وسيؤدي تضخم الجهد الكهربائي إلى تسريع تلف عزل المعدات الكهربائية وزيادة فقدان الطاقة الكهربائية وتكلفة الكهرباء، لذلك؛ فإن تعتبر معطيات الجهد الكهربائي وجودته مهمة جداً من وجهة نظر شبكة الطاقة والمستخدمين النهائيين.

وفي الوقت الحالي، تتنوع الأسباب التي تؤثر على جودة الجهد والعوامل الناتجة أكثر تعقيداً على سبيل المثال، الأحمال الديناميكية وتأثيرات التبديل وتدفق الطاقة غير المنضبط والأعطال والحوادث والظروف الجوية السيئة، وذلك من أجل التخفيف من الآثار السلبية للأسباب المذكورة أعلاه على جودة الجهد؛ فإن هناك مساران يؤديان إلى حماية الأحمال الحساسة ضد اضطراب الجهد وتقليل فقد الطاقة.

لذلك تظهر الحاجة لتحسين قدرة العمل في الأجهزة الكهربائية أثناء “اضطراب الجهد” وتركيب مثبتات الجهد لتقليل تذبذب الجهد. يجب تطوير كلتا الوسيلتين بشكل متزامن ومستقل، وبالنسبة للأخير؛ فإن مثبتات جهد التيار المتردد القائمة على “مبدلات الضغط الميكانيكية” أو الصلبة عند التحميل (OLTC) هي من هذا النوع من المعدات.

لذلك يدرك (OLTC) تنظيم الجهد لشبكة الطاقة من خلال صنبور ميكانيكي أو صلب في ظروف ثابتة، وإلى جانب ذلك ومع تطور تكنولوجيا الطاقة الإلكترونية في السنوات الأخيرة؛ فإن هناك أنواع مختلفة من معوضات التيار المتردد الهجينة المستخدمة في شبكة التيار المتردد الحديثة للتخفيف من اضطراب الجهد.

كما أنه ومن طرق التصميم الشائعة لهذه الأجهزة الجمع بين خصائص المحولات التقليدية ومحول الطاقة الإلكتروني؛ فقد تتمثل مزايا هذا التصميم في أن المحول يتمتع بتفوق “الاقتران الكهرومغناطيسي” والفصل المبرمج ومحول الطاقة الإلكتروني يكون لديه أداء ديناميكي جيد ويمكنه تحقيق التنظيم الديناميكي للجهد.

طرق التحكم في محولات ثلاثية الأطوار المعتمدة على قاطع (AC/AC)

هناك العديد من الحلول والطوبولوجيا المختلفة لمثبتات الجهد، كما وتسمى أيضاً معوضات جهد التيار المتردد الهجين، بحيث يركز هذا الطرح عن معوضات جهد التيار المتردد الهجين بشكل أساسي على التركيبات التي تحل محل المحولات في شبكة التوزيع، أي تشكيل محول مرن.

كما تم اقتراح محول توزيع ذكي يعتمد على مفاتيح كهربائية ثنائية الاتجاه، وله خصائص تدريجية ونطاق تحكم ضيق، بحيث يتم تقديم محول هجين يعتمد على محول المصفوفة، كما ويحتاج هيكله للحلول المقترحة إلى نظام تحكم أكثر تقدماً، مما يزيد من التعقيد والتكاليف ويقلل من الموثوقية.

وعلاوة على ذلك، بحيث بسبب نسبة جهد المحول غير النموذجية، كما لا يمكن للمحول الهجين أن يعمل بعد حدوث خطأ في النظام ونطاق التحكم في الجهد يقتصر على (± 20٪)، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن زيادة نطاق تنظيم الجهد إلى (± 50٪)، ومع ذلك، لا يمكن للحل المقترح أن يعمل بعد حدوث عطل في وحدة الطاقة الإلكترونية أيضاً.

علاوة على ذلك؛ فإن كسب الحل المقترح، كما أن له خاصية غير خطية ويعتمد على شروط المطابقة، و إلى جانب ذلك؛ فإن محولات الحالة الصلبة (SST) هي مجموعة أخرى مطورة بقوة من معوضات جهد التيار المتردد الهجين، والتي تتكون من محولات (AC / DC) ، (DC / DC)، (DC / AC) ومحول التردد الكهربائي المتوسط.

ومع ذلك، لا يمكن أن تعمل طائرة أسرع من الصوت مع وحدة الطاقة الإلكترونية التالفة، وبالتالي يتم تقليل موثوقية طائرة أسرع من الصوت، وحتى إذا تم تحسين الموثوقية عن طريق زيادة تكرار النظام؛ فسيتم تحسين تعقيد النظام بأكمله.

وبالإضافة إلى ذلك، ونظراً لأن الطاقة الكهربائية من “مصدر الطاقة” إلى “حمل الطاقة” يتم نقلها من خلال وحدة الطاقة الإلكترونية، بحيث يجب أن تكون الطاقة المقدرة للمحولات الكهربائية مساوية لقوة الحمل، وبالنظر إلى الخصائص الهيكلية لـ (SST)، كما يتم نقل الطاقة متعدد المستويات، مما يزيد من تكلفة الطاقة للنظام بأكمله.

تم اقتراح حل يعتمد على قاطعات (AC/AC) ثنائية القطب المباشرة (BD-AC) لبناء محول مرن، والذي يمكن أن يحسن معلمات الجهد في نظام توزيع التيار المتردد، كما أن المحول المرن المقدم هو مزيج من (BD-AC) والمحول، كما ويمكنه تحقيق التنظيم المرن لسعة الجهد وزاوية الطور على التوالي وفقاً لمتطلبات الجهد.