أهمية وضرورة تحليل خصائص حماية خطوط كهرباء HVDC
نمت نسبة أجهزة إلكترونيات القدرة في أنظمة الطاقة في السنوات الأخيرة، كما وأصبحت المشاكل التوافقية بارزة في أنظمة الطاقة الكهربائية، على سبيل المثال تعتبر المشكلة التوافقية الخاصة بنقل “التيار المباشر” عالي الجهد (HVDC) المحول بتبديل خط شديد الخطورة بشكل خاص، وفي الآونة الأخيرة مع تشغيل عدد متزايد من مشاريع نقل HVDC، أصبح “التفاعل التوافقي” بين أنظمة التيار المتردد والتيار المستمر وعملية نقل التوافقيات بين أنظمة التيار المتردد والتيار المستمر معقداًُ للغاية.
وفي هذه الحالة، قد يتم نقل المركبات التوافقية الناتجة عن أخطاء جانب التيار المتردد أو السلوكيات الأخرى لشبكة الطاقة الهجينة (AC / DC) إلى جانب “التيار المستمر”، مما يتسبب في سوء تشغيل نظام الحماية التوافقي، وهناك ظاهرة النقل التوافقي والتضخيم في نقل (HVDC)، والتي لها تأثير لا يمكن إنكاره على تشغيل نظام الطاقة الكلي، بحيث تم إجراء العديد من الدراسات على التوافقيات (HVDC) في الأوساط الأكاديمية والهندسية.
ومع ذلك؛ فقد ركزت هذه الدراسات بشكل أساسي على إنشاء نموذج مكافئ يمكن أن يعكس بدقة توافقيات المحول وتحديد كيف يتسبب تفاعل التوافقيات من جانب “التيار المتردد والتوافقيات” من جانب التيار المستمر في عدم الاستقرار، وذلك البحث عن الحساب التوافقي ونقل وتضخيم نظام نقل (HVDC) مفصل غير كاف، كما تم تحليل استقرار (HVDC) في الكثير من التجارب.
ومع ذلك، تعتمد هذه التحليلات على نماذج إشارة صغيرة ولا تولي اهتماماً كبيراً لمشاكل التوافقية، وذلك بناءً على نموذج الطور الديناميكي، كما تم حساب التوافقيات لنظام (DC)، وذلك تحت أخطاء غير متماثلة ومع ذلك، لم تحلل الدراسة النقل التوافقي والتضخيم بالتفصيل. تم استخدام نموذج وظيفة التبديل لحساب التوافقيات العامة والتوافقيات البينية لأنظمة التيار المستمر لأنظمة التيار المتردد الضعيفة.
ولكن النموذج كان نموذجاً متتالياً، كما ولم يأخذ في الاعتبار خطوط التيار المستمر، بحيث تم تقديم ومناقشة نهج جديد لنمذجة أنظمة تحويل (التيار المتردد الى تيار متردد)، وذلك بتبديل الخط بناءً على نظرية وظيفة التعديل، بحيث يأخذ هذا النهج الجديد في الاعتبار التوافقيات من جانب (DC) الناتجة عن تباين وقت الممانعة.
ومع ذلك، لم يتم تقديم حل لمقاومة متغير الوقت في هذا الطرح، كذلك ولم يتم النظر في تأثير الخط، بحيث تم اقتراح طريقة لحساب التيار التوافقي المتدفق مباشرة من خلال موصل (DC) وموصل تأريض والتيار التوافقي المستحث في جانب التيار المستمر وموصلات التأريض الكهربائي، ومع ذلك؛ فإن الاعتبار اشتمل أوضاع التشغيل المختلفة لنظام (HVDC).
نظام النقل التوافقي لخطوط كهرباء HVDC
يظهر الرسم التخطيطي النموذجي لنظام نقل (HVDC) في الشكل التالي (1)، وفي هذا الرسم البياني يرمز (U) إلى الجهد الكهربائي و(i) على التيار الكهربائي، كما ويمثل (Q) مفتاح التوصيل، بحيث يشير الحرف السفلي (r) إلى جانب المعدل، بينما يشير الرمز السفلي (i) إلى جانب العاكس كما يشير الرمز السفلي (1) إلى القطب (1) بينما يشير الرمز السفلي (2) إلى القطب (2)، بحيث يمثل (Rgr) و (Rgi) مقاومة القطب المؤرض لجانب المقوم والعاكس على التوالي.
ووفقاً للمكونات؛ فإنه يتم تقسيم ناقل الحركة (HVDC) إلى أجزاء مختلفة، كما يتم تمثيل الخطوط المتقطعة في التخطيطي كشبكة ثنائية المنافذ، كذلك سيتم وصف الدائرة المكافئة المحددة داخل كل شبكة ثنائية المنافذ في الأقسام التالية، وبهذه الطريقة يرتبط تشغيل إرسال (HVDC) بالاتصالات المختلفة للشبكة ذات المنفذين، بحيث يظهر المخطط المكافئ ثنائي المنفذ في الشكل التالي (2).
وبناءً على مبدأ نقل (HVDC)؛ فإنه يتم توصيل نظام التيار المتردد بنهاية المنفذ، وذلك مع الدائرة الكهربائية المكافئة ثنائية المنفذ، بحيث يمكن الحصول على مصفوفة دخول العقدة (Y) للدائرة، كما يتم استخدام مبدأ المكافئ (Norton لمساواة مصدر الجهد التوافقي بتيار الحقن التوافقي (I = YU)، لذلك يمكن توفير جهد العقدة المقابلة بحيث يمكن الحصول على القيمة الحالية المقابلة.
وأخيراً تم اقتراح نموذج موحد ثنائي المنافذ، وهو (المحول، المحول)، وهو مفاعل “التنعيم والمرشح” وخط التيار المستمر في نظام نقل (HVDC) المكافئ لشبكة واحدة ذات منفذين، وفي أوضاع التشغيل المختلفة لنقل (HVDC)؛ فإنه يجب تعديل وضع الاتصال للمنفذين فقط، وذلك من خلال المقارنة مع نتائج محاكاة نموذج (HVDC) المفصلة لـ (PSCAD / EMTDC).
كما يمكن أن يؤدي تطبيق إلكترونيات القدرة إلى إدخال المرونة في “أنظمة الطاقة”، ولكنه قد يتسبب أيضاً في حدوث “مشكلات توافقية”، وذلك كتطبيق نموذجي لإلكترونيات الطاقة، بحيث يُظهر نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) مشاكل توافقية بارزة جداً في السنوات الأخيرة، لذلك حدثت العديد من أحداث سوء التشغيل لحماية (HVDC) الناتجة عن مشاكل التوافقية في هذا المجال.
