الهندسة الكهربائية

يتم نقل الطاقة التي يتم الحصول عليها من مصادر الطاقة البديلة إلى شبكات الطاقة من خلال العاكسات، وخاصةً في التطبيقات عالية الطاقة، كما يتم استخدام محولات ثلاثية الطور.

في صناعة النفط والغاز، تواجه الشركات الحاجة إلى إيجاد طرق لتحسين تقنيات إنتاج النفط والغاز وإنشاء مرافق في مواقع صعبة وتقليل التكلفة ونقل كفاءة الطاقة عبر خطوط الأنابيب.

تم استخدام محولات مصدر الجهد المتصلة بالشبكة (VSCs) على نطاق واسع في نظام الطاقة لتوليد الطاقة المتجددة ونقل الطاقة المرن واستهلاك الطاقة الكهربائية.

تتطلب محركات الأقراص الحثية عالية الأداء (IM) استجابة ديناميكية سريعة وقوة متغيرة للمعلمات وقدرات رفض وتنفيذ بسيط للبرامج والأجهزة، بحيث يعد التحكم الميداني (FOC).

تعد أنظمة تشغيل الآلات الكهربائية نقطة أساسية لتطبيقات المركبات الكهربائية (EV) والمركبات الكهربائية الهجينة (HEV)، بحيث تم استخدام محرك متزامن مغناطيسي دائم.

في السنوات الأخيرة، ازداد استخدام محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة (BLDCMs) في العديد من التطبيقات مثل أدوات التحكم في العمليات الصناعية وأدوات الآلات الدقيقة.

أدت المخاوف السكانية والبيئية المتزايدة إلى زيادة الطلب على مصادر الطاقة النظيفة، حيث تم بذل جهود هائلة لاستكشاف مصادر الطاقة المتجددة، مثل الخلايا الكهروضوئية وطاقة الرياح وخلايا الوقود.

يتم ربط عدد متزايد من الأحمال غير الخطية في شبكات الطاقة، والتي تقدم التوافقيات والقدرة التفاعلية بحيث تسبب المركبات التوافقية العديد من المشكلات في "الأجهزة الكهربائية".

يعد مفاعل التحويل عالي الجهد (HVSR) مكوناً أساسياً لأنظمة الطاقة الكهربائية، بحيث يحتوي (HVSR) على وظائف متغيرة، مثل تعويض الطاقة التفاعلية وتقليل فقد طاقة الخط.

بسبب نمو الاقتصادات، زاد الطلب على الكهرباء لاحقاً، خاصةً إذا لم يتم تلبية الزيادة في الطلب مع زيادة مقابلة في سعة التوليد؛ فإن أنظمة الطاقة تنتهي بهوامش احتياطي أقل.

يرتبط التشغيل الآمن والموثوق للمعدات الكهربائية ارتباطاً مباشراً بظروف العزل الخاصة بها، وذلك تحت تأثير العوامل البيئية وتشوه المجال الكهربائي في عملية التشغيل.

تعتبر مكاسب عالية الجهد محولات (DC-DC) مطلوبة بشكل خاص في بعض التطبيقات مثل الأنظمة المتصلة بالشبكة الكهروضوئية منخفضة الطاقة والأجهزة التي تعمل بخلايا الوقود وتطبيقات التنقل.

تضع أحدث حزمة من التدابير في الاتحاد الأوروبي (EU) للتحول إلى الطاقة النظيفة، "الطاقة النظيفة لجميع الأوروبيين" كذلك المستخدم النهائي في بؤرة الاهتمام من خلال المطالبة.

تم تسليط الضوء على الترابط بين نظام الطاقة وشبكة الغاز الطبيعي من قبل مجتمع البحث والممارسين في السنوات العشر الماضية، بحيث ينبع هذا الاعتماد المتبادل بشكل أساسي.

أصبح تكامل مصادر الطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء أولوية عالمية، بحيث تمثل مصادر الطاقة المتجددة (RES) مقياساً رئيسياً لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

مع زيادة حجم الشبكة ومستوى طلب العملاء، تصبح معدات "نقل الطاقة" التي تعمل بأمان واقتصادياً مشكلة مهمة للمؤسسات الكهربائية، وذلك كواحد من مفاتيح المعدات الكهربائية.

قد يتسبب تلوث العوازل في حدوث تلوث وحوادث الومضة الكهربائية على خطوط النقل، مما يهدد بشكل خطير التشغيل الآمن لنظام الطاقة ويسبب خسائر اقتصادية كبيرة لشبكة الطاقة الكهربائية.

أدى الانفجار الأخير لتطبيقات التصنيع الذكية وإنترنت الأشياء (IoT) والبيانات الضخمة إلى زيادة كبيرة في كمية البيانات التي تم جمعها وتحليلها في مجالات مختلفة مثل الرعاية الصحية.

وفقاً لهيئة موثوقية الكهرباء في أمريكا الشمالية (NERC)؛ فإن التعتيم المتتالي هو "الخسارة المتتالية غير المنضبطة لعناصر النظام الناتجة عن حادث في أي مكان"،

كما تم تطوير آلاف الأميال من خطوط الكهرباء في واجهة قاحلة بين الأراضي البرية والحضرية لتوفير خدمة الكهرباء للمجتمعات الريفية والنائية، وغالباً ما تكون البنية التحتية.

تبلغ القدرة المركبة لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم في الصين أكثر من مليار كيلو وات، حيث أن القيود المفروضة على المصادر عانت محطات الطاقة التي تعمل بالفحم في الصين.

بسبب زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية من قبل العملاء التجاريين والصناعيين والسكنيين، وقد لوحظت أطر عمل كهربائية؛ فقد تمت ملاحظة متطلبات دمج مصادر الطاقة المستدامة في الشبكة الكهربائية.

تتطور طاقة الرياح بشكل مستمر بسبب الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة وسياسة الطاقة منخفضة الكربون، وذلك مع زيادة تغلغل طاقة الرياح.

في السنوات الأخيرة، توسع استخدام مصادر الطاقة المتجددة (RESs) بشكل كبير في كل من التكامل على نطاق صغير وعلى نطاق واسع، كما يمكن للكهرباء المولدة من هذه المصادر الوفيرة.

أدى النمو السريع للاقتصاد العالمي وتحسين مستويات معيشة الناس إلى زيادة الطلب على الكهرباء، مما أدى إلى سلسلة من المشكلات مثل استقرار النظام وجودة الطاقة وتحسين القدرة التفاعلية

يشهد قطاع الطاقة تحولاً غير مسبوق في النظام بأكمله بما في ذلك التوليد والنقل والتوزيع، وهو مدعوماً بأبحاث مكثفة في أنظمة الطاقة من الجيل التالي واستنفاد موارد الوقود التقليدية.

يمكن للزيادة الهائلة في الاقتصاد العالمي والسكان، وإلى جانب التطور السريع في التحضر أن تعزز الحاجة إلى استخدام الطاقة في السنوات المقبلة، كما أنه يمكن توليد الكهرباء وهي مصدر حيوي.

تتكون شبكة الطاقة المتجددة المستقلة (ARG) بشكل أساسي من عوامل متعددة متجددة ذات واجهات عاكس (MRAs) أو المولد الكهربائي الموزع.

إن تركيز مشغلي شبكات الطاقة على ضمان الاقتصاد في تشغيل الطاقة الكهربائية، وذلك مع مراعاة أقصى قدر من الاهتمام للحفاظ على حدود أمان النظام الكهربائي.

في السنوات الأخيرة، تم تعديل هيكل الطاقة في الصين باستمرار مع مشاكل الطاقة والبيئة، كما استمرت مصادر الطاقة الموزعة ومعدات تخزين الطاقة في الظهور.