مخطط حماية خطوط النقل الكهربائية MMC-HVdc

الغاية من حماية خطوط النقل الكهربائية MMC-HVdc

تتمتع (MMC-HVdc) بمزايا كبيرة في حل توصيلات شبكة الطاقة الجديدة وإمداد طاقة الحمل المركزي وربط الشبكة الإقليمية، بحيث أصبح بناء شبكة (mmc-HVdc) بناءً على مشاريع (mmc-HVdc) الحالية أيضاً اتجاهاً مستقبلياً، ومع ذلك عند حدوث عطل في خط نقل (mmc-HVdc)، وإذا تعذر تنشيط الحماية بسرعة؛ فإنه سيتعرض المحول لأضرار بالغة.

ولمعالجة هذه المشكلة، يجب اقتراح مخططات حماية يمكنها تحديد الأخطاء بسرعة وبدقة، علاوة على ذلك؛ فإن التيار الخاطئ لخط التيار المستمر له معدل ارتفاع سريع والمكونات الموجودة في المحول لديها قدرة ضعيفة على تحمل تيار التدفق، لذلك تتطلب شبكة الطاقة إتمام إجراءات تحديد الأخطاء والحماية في غضون مللي ثانية، في الوقت نفسه يجب أن يأخذ مخطط الحماية أيضاً في الاعتبار تأثيرات السعة الموزعة للخط ومقاومة الانتقال العالية وأخطاء الاتصال.

في البحث الحالي، يمكن تقسيم مبدأ الحماية إلى نوعين، وهما الحماية بناءً على إشارات أحادية الطرف أو إشارات ثنائية النهاية، كما أن حماية الموجة المتنقلة وهي حماية كمية أحادية الطور، بحيث تتأثر بسهولة بالتأريض الكهربائي ذي المقاومة العالية، وذلك على الرغم من أنها تستغرق وقتًا أقصر للعمل ولا تتأثر بالسعة الموزعة.

كما درست الحماية التفاضلية الحالية والحماية التفاضلية للجهد على التوالي، بحيث تستخدم تلك الأوراق معامل التحويل الموجي والتفاضل بين التيار الكهربائي أو الجهد لتشكيل معايير الخطأ، وهناك خصائص توهين الإشارة عالية التردد لعناصر حدود الخط لبناء مبادئ حماية أحادية النهاية.

لذلك؛ فإن مخطط الكشف عن الخطأ القائم على التحويل الموجي يحتوي على بعض المشاكل، مثل التردد العالي لأخذ العينات وصعوبة استخلاص المعلومات، كما تم اقتراح مبدأ حماية ضد التيار الزائد على أساس محول الجهد والمصدر، بحيث تعد الصعوبة في تحديد أخطاء الممانعة العالية لمسافات طويلة مشكلة شائعة في الحماية أحادية الطرف المذكورة أعلاه.

كذلك؛ فإن مخطط الحماية الذي يعتمد على إشارة مزدوجة الطرف هو في الغالب حماية تفاضلية وله انتقائية مطلقة ويتأثر قليلاً بمقاومة الانتقال العالية، لكنها تتأثر بسهولة بتيار السعة الموزع للخط، كما أن مخطط الحماية يعتمد على اتجاه الموجة المتحركة، ومع ذلك؛ فإن لها عيوباً تتمثل في صعوبة استخراج إشارات الموجة المتنقلة وتتأثر بشكل كبير بالإشارات عالية التردد.

ولحل مشكلة تأثر الحماية التفاضلية الحالية بالسعة الموزعة للخط، تم اقتراح الحماية التفاضلية التي تعوض تيار السعة الموزعة، ومع ذلك؛ فإن مخطط تعويض السعة الموزعة معقد، وهناك صعوبات في التطبيق، وبما أن الموجات المتنقلة لا تتأثر بالسعة الموزعة؛ فإنه تم اقتراح حماية تفاضلية لموجة السفر، ومع ذلك؛ فإن الوقت القصير لإشارة الموجة المتنقلة يؤدي إلى انخفاض موثوقية الحماية.

تحليل خصائص الأعطال لخطوط نقل (MMC-HVdc)

يأخذ هذا الطرح المشروع الإيضاحي (mmc-HVdc)، وذلك ككائن بحث، كما وتظهر طوبولوجيها في الشكل التالي (1).

كما يستخدم نموذج المحاكاة ثنائي المحطات هذا محول الوحدة الفرعية نصف الجسر، بحيث يتم سرد معلماتها في الملحق الخاص بشركة التصنيع، لذلك عندما يحدث خطأ في الخط (1)؛ فإنه يتم تقسيم تيار الخطأ إلى مرحلتين:

• المرحلة الأولى: هي تفريغ الوحدة الفرعية للعاكس.

• المرحلة الثانية: هي تيار تغذية نظام التيار المتردد.

وكما يظهر الرسم البياني المبسط لتيار العطل في المرحلة الأولى؛ فإنه سيتم تفريغ جميع الوحدات الفرعية للمحول بالتناوب، بحيث يمكن لتحليل الدائرة الكهربائية المكافئة الحصول على خصائص الخطأ الحالية، كما تظهر صيغ التيار الكهربائي العابر (il) في المرحلة الأولى على النحو التالي:

حيث أن:

(L): هي مفاعلة ذراع الجسر.

(R): هي المقاومة الكهربائية المكافئة لخط التيار المستمر.

(C): هي السعة المكافئة للوحدة الفرعية.

(ω): هي تردد التذبذب.

(udc): هو جهد التيار المستمر، كما يمكن أن نرى من المعادلة (2) أن تفريغ مكثف المرحلة الأولى هو عملية تذبذب ناقصة من الدرجة الثانية.

في المرحلة الثانية، لم يعد يتم تفريغ سعة الوحدة الفرعية بسبب انسداد العاكس، لكن محاثة ذراع الجسر ومصدر طاقة التيار المتردد الجانبي لا يزالان يغذيان التيار الكهربائي، وعلى الرغم من صعوبة التعبير بدقة عن صيغة تيار الخلل في هذه المرحلة، إلا أن تيار الخلل في هذه المرحلة لا يزال لديه اتجاه تصاعدي حتى يدخل مرحلة الحالة المستقرة.

وللتحقق من التحليل أعلاه، يستخدم هذا الطرح نموذج المحاكاة في الشكل السابق (1)، وذلك للحصول على شكل موجة التيار الخاطئ كما في الشكل التالي (2)، كما تظهر نتائج المحاكاة أن الدائرة المعيبة تتأرجح في المرحلة الأولية للخطأ (1.5 ثانية – 1.53 ثانية).

تحليل خصائص التردد لتيار السعة الموزعة

يحلل هذا القسم خصائص تردد تيار الخلل ويثبت أن تيار السعة الموزع عالي التردد هو السبب الرئيسي لتذبذب تيار الخلل.

خصائص التردد للتيار الخاطئ: يمكن تقسيم خطأ الخط على أساس المحول متعدد المستويات إلى مرحلتين، وفي مرحلة تفريغ المكثف يكون المكون الرئيسي لتيار العطل الداخلي هو تيار التفريغ لمكثف الوحدة الفرعية، كما ويمكن التعبير عن تردد التذبذب الخاص به بواسطة العلاقة الرياضية التالية:

حيث أن:

(L0 ،C0 ،N): هي محاثة ذراع الجسر وسعة الوحدة الفرعية ورقم الوحدة الفرعية لذراع الجسر على التوالي.

(x ،Lu ،Ru): هي مسافة الخطأ ومحاثة الوحدة ومقاومة الوحدة على التوالي، كما يبلغ تردد التذبذب لتيار العطل حوالي (52.6) هرتز.

خصائص التردد لتيار السعة الموزعة: أثناء العيوب الخارجية، يكون المكون الرئيسي لتيار الخطأ هو تيار المكثف الموزع، والذي يتوافق تردده مع التردد الطبيعي للموجة المتنقلة، وفي هذا الوقت؛ فإن القيمة الدنيا النظرية لتردد تيار الخطأ على النحو التالي:

حيث أن:

(ν): هي الفولتية التي تسافر بسرعة الموجة.

(d): هي مسافة الخطأ، بحيث يمكن ملاحظة أن تردد تيار المكثف الموزع يتغير مع مسافة الخطأ، خاصةً إذا كانت مسافة الخطأ (210) كم، لذلك؛ فإن التردد الحالي هو (357) هرتز وتردد تيار المكثف الموزع أكبر من (357) هرتز.

وللتحقق من التحليل أعلاه، تم استخدام النموذج الوارد في الشكل السابق (1)، وذلك كمثال على “المحاكاة”، بحيث يستخدم “التحويل الموجي” لتحليل معلومات الخطأ في هذا الطرح، كما يمكن للتحويل الموج أن يتحلل ويعيد بناء الإشارة في مجال التردد الكهربائي، لذلك يتوجب توسيع [x ^ (n)]، وذلك عن طريق تركيبة مكانية يمكن الحصول عليها.

وأخيراً عند حدوث عطل داخلي، يتأثر تردد التيار بالمعطيات الكهربائية ومسافة الخطأ وفقاً للمعادلة (3)، ونظراً لأن المعطيات الكهربائية لمشاريع (MMC-HVDC) المختلفة لا تتغير كثيراً؛ فإن التردد يتأثر بشكل أساسي بمسافة الخطأ (x).

وعندما تكون مسافة الخطأ (2) كم، يكون التردد الكهربائي حوالي (52.6) هرتز إذا زادت مسافة الخطأ؛ فسيكون التردد أصغر، لذلك؛ فإن (52.6) هرتز قريبة من الحد الأقصى للتردد في وقت حدوث العطل الداخلي، إلى جانب ذلك؛ فإن خطوط مشاريع (MMC-HVDC) قصيرة نسبياً.