.jpg?imageView2/1/format/webp)
تلعب مولدات التيار الثابت عالية الجهد (SVGs) دورا مهما في تعويض الطاقة التفاعلية الديناميكية، وتنظيم الجهد، وتحسين جودة الطاقة. مع توسع استخدامها في مجالات الطاقة المتجددة، والتعدين، وعلم المعادن، ومصانع البتروكيماويات، وأنظمة الطاقة في السكك الحديدية، أصبح أداء التبريد عاملا مهما في كفاءة المعدات وموثوقيتها التشغيلية.
تستعرض هذه المقالة استراتيجية تحكم ذكي في التبريد تم تطويرها لأنظمة SVG عالية الجهد المبردة بالهواء من FGI. من خلال دمج محركات منخفضة الجهد متغير التردد (VFDs)، ومراقبة درجة حرارة وحدة الطاقة، وبيانات الطاقة الخارجة في الوقت الحقيقي، وحساسات درجة الحرارة والرطوبة المحيطة، يقوم النظام تلقائيا بضبط سرعة مروحة التبريد وفقا لظروف التشغيل الفعلية.
يقلل هذا النهج من استهلاك الطاقة غير الضروري للمروحة، ويحسن التكيف البيئي، ويساعد في الحفاظ على التشغيل الموثوق تحت ظروف الحمل المتغيرة. في ظروف التشغيل المناسبة، يمكن أن تتجاوز التوفير الطاقي المتوقع من التحكم الذكي في المروحة 30٪، وذلك حسب ملف حمل SVG وبيئة التشغيل.
الكلمات المفتاحية:SVG عالي الجهد، مولد ثابت V، تحكم ذكي في التبريد، تعويض الطاقة التفاعلية، محرك التردد المتغير، جودة الطاقة، كفاءة الطاقة
تطورت تقنية تعويض الطاقة التفاعلية بشكل كبير مع ازدياد متطلبات أنظمة الطاقة الحديثة. تستخدم معدات التعويض الآن على نطاق واسع في توليد ونقل وتوزيع الطاقة، خاصة في تركيبات الطاقة المتجددة، وعمليات التعدين، وعلم المعادن، ومنشآت البتروكيماويات، وأنظمة السكك الحديدية المكهربة.
تم تعزيز تقنيات التعويض التقليدية، بما في ذلك المكثفات المتزامنة والأنظمة القائمة على المكثفات، تدريجيا بمعوض ال var الثابت (SVCs) ومولدات var الثابتة (SVGs).
عادة ما يستخدم SVC مفاعلات تتحكم بها الثايرستورات (TCRs) مع بنوك المكثفات لتنظيم الطاقة التفاعلية. على الرغم من أن هذه التقنية توفر تعويضا قابلا للتعديل عن الطاقة التفاعلية، إلا أن تشغيلها يمكن أن يؤدي إلى تيارات توافقية قد تتطلب خففا إضافيا.
يستخدم SVG، المعروف أيضا باسم STATCOM في العديد من التطبيقات، محولات إلكترونية للطاقة لتوليد أو امتصاص الطاقة التفاعلية ديناميكيا. من خلال التحكم في مقدار وطور جهد الخرج أو التيار الخاص به، يمكن لوحدة SVG الاستجابة بسرعة لتغير ظروف الشبكة ودعم استقرار الجهد. تستخدم أنظمة SVG الحديثة عادة ترانزستورات ثنائية القطب معزولة البوابة (IGBTs) وخوارزميات تحكم متقدمة لتحقيق تنظيم سرعة واستمرار للطاقة التفاعلية.
ومع ذلك، فإن تحويل الطاقة الإلكترونية يولد الحرارة، والإدارة الحرارية الفعالة ضرورية للتشغيل الموثوق. في الأنظمة التقليدية المبردة بالهواء، قد تستمر مراوح التبريد في العمل بسرعة عالية نسبيا حتى عندما تعمل SVG بحمل منخفض. وهذا قد يؤدي إلى استهلاك طاقة إضافي غير ضروري.
لمعالجة هذه المشكلة، طورت FGI استراتيجية تحكم ذكية في التبريد لأنظمتها عالية الجهد المبردة بالهواء. تجمع الاستراتيجية بين التحكم في التغذية الأمامية القائمة على الطاقة، والتحكم في التغذية الراجعة حسب درجة الحرارة، وتشغيل المروحة بسرعات متغيرة، والمراقبة البيئية لمطابقة قدرة التبريد بشكل أقرب إلى متطلبات التشغيل الفعلية.
SVG هو جهاز تعويض طاقة تفاعلية إلكتروني للطاقة بدون مكونات ميكانيكية دوارة. يتم توصيل محوله بشكل مواز مع الشبكة عبر مفاعل أو محول.
عن طريق ضبط جهد جانب التيار المتردد للمحول بالنسبة لجهد الشبكة، يتحكم SVG في مقدار واتجاه تبادل التيار التفاعلي.
يمكن تلخيص أوضاع تشغيله كما يلي:
التشغيل الاحتياطي أو التيار الصفري:عندما يتطابق جهد المحول مع جهد الشبكة في ظروف التشغيل المعنية، يكون التيار التفاعلي تقريبا صفرا.
التشغيل الحثي:عندما يكون جهد المحول أقل من جهد الشبكة، يعمل SVG في وضع حثي ويمتص الطاقة التفاعلية.
التشغيل السعوي:عندما يكون جهد المحول أعلى من جهد الشبكة، يعمل SVG في وضع سعوي ويوفر الطاقة التفاعلية.
يساعد هذا التنظيم السريع والمستمر في الحفاظ على استقرار الجهد وتحسين جودة الطاقة عند تغير الأحمال الكهربائية أو ظروف الشبكة.
تتضمن سلسلة FGSVG من FGI أنظمة SVG عالية الجهد تعتمد على بنية وحدة طاقة متسلسلة. في تكوين 35 كيلوفولت المتصل المباشر الموضح في الدراسة الهندسية الأصلية، يتكون كل طور من عدة وحدات طاقة متصلة على التوالي.
تحتوي كل وحدة على دائرة جسر إلكتروني للطاقة. من خلال وحدات الطاقة المتصلة على التوالي وتعديل تحويل الطور عبر الحامل، ينتج المحول موجة جهد خرج تقارب بشكل أقرب إلى شكل موجة جيبي. يساعد ذلك في تقليل تشوه الموجة والمشاكل المرتبطة بمعدلات تغير الجهد الزائدة (dv/dt).
تستخدم سلسلة FGSVG وحدات الطاقة الإلكترونية المستوردة كأجهزة الطاقة الرئيسية. تشكل معالجات الإشارة الرقمية المتعددة (DSPs) ومصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيا (FPGAs) نظام التحكم.
تستخدم منصة التحكم نظرية الطاقة التفاعلية الفورية لاكتشاف الطاقة التفاعلية للنظام والحمل. تدعم تقنيات التحكم في التيار المباشر وتحويل الطور في الحامل تنظيم التيار التفاعلي السريع وتحسين أشكال موجات تيار الخرج.
تمكن هذه القدرات SVG من تزويد أو امتصاص الطاقة التفاعلية باستمرار حسب متطلبات الشبكة.
تصميم وحدة الطاقة المعيارية يدعم أيضا قابلية الصيانة وتوفر النظام. تم تصميم وحدات الطاقة لتكون قابلة للتبديل، مما يساعد على تبسيط التركيب والصيانة. يمكن توصيل عدة وحدات SVG بالتوازي لتوسيع سعة التعويض، مع دعم الاتصالات البصرية عالية السرعة للعمل المنسق.
توفر واجهة التحكم حالة التشغيل، والقياسات اللحظية، وسجلات الأحداث التاريخية، ومنحنيات الاتجاه، ومراقبة وحدات الطاقة، وسجلات الأعطال. تساعد هذه الوظائف المشغلين على مراقبة أداء النظام والتحقيق في ظروف التشغيل غير الطبيعية.
في نظام التبريد الذكي، تنظم محركات التردد المتغير منخفضة الجهد سرعة مراوح التبريد. بدلا من العمل بشكل مستمر بسرعة ثابتة، تقوم المراوح بضبط سرعة دورانها وفقا لظروف التشغيل الحرارية والخاصة ب SVG.
لتقليل خطر فشل VFD يؤثر على نظام التبريد، يتضمن التصميم وضع تشغيل تردد طاقة قائم على الكونتاكتور. إذا حدث عطل في VFD، يقوم متحكم SVG بتشغيل موصل KM1 لنقل مصدر المروحة إلى دائرة تردد الطاقة.
يسمح هذا الترتيب الاحتياطي لمروحة التبريد بالاستمرار في العمل بتردد ثابت عندما لا يتوفر التحكم في السرعة المتغيرة، مما يساعد في تقليل خطر انقطاع التبريد الناتج عن عطل VFD.
تجمع استراتيجية التحكم بين قياسات المعدات الداخلية والبيانات البيئية.
مراقبة درجة حرارة وحدة الطاقة
كل وحدة طاقة SVG عالية الجهد مزودة بحساس درجة حرارة لمراقبة درجة حرارة IGBT. يتم إرسال القياسات إلى وحدة تحكم SVG عبر الاتصالات بالألياف البصرية.
ثم ترسل وحدة تحكم SVG درجة حرارة وحدة الطاقة، وحالة تشغيل SVG، وخرج الطاقة التفاعلية، ومعلمات التحكم ذات الصلة إلى وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) عبر اتصال RS485.
مراقبة درجة الحرارة والرطوبة المحيطة
يتم تركيب وحدات درجة الحرارة والرطوبة حول خزانة SVG لقياس الظروف البيئية المحلية. يقرأ جهاز PLC هذه القياسات عبر ناقل RS485.
التحكم في محرك التردد المتغير
كما يتواصل PLC مع VFD منخفض الجهد عبر RS485، مما يسمح للمتحكم بضبط تردد تشغيل المروحة وفقا لاستراتيجية التبريد المختارة.
معا، توفر هذه المصادر أساسا لتنسيق سرعة المروحة مع الحمل الكهربائي، ودرجة الحرارة الداخلية، والظروف المحيطة.
تتغير درجة حرارة وحدة الطاقة ببطء نسبي استجابة لتغيرات الحمل الكهربائي. إذا كانت سرعة المروحة تتحكم فقط من خلال ردود فعل درجة الحرارة، فقد تتأخر استجابة التبريد عن زيادة سرعة في طاقة SVG.
ولمعالجة هذا القيد، قدمت FGI استراتيجية تحكم في التغذية المتقدمة القائمة على الطاقة.
يتم تقسيم قوة خرج SVG إلى أربعة مستويات تشغيل. تستخدم وحدة التحكم هذه المستويات لضبط سرعة المروحة بشكل استباقي، بينما توفر تغذية راجعة درجة الحرارة تنظيما إضافيا.
تعرف مستويات الطاقة الأربعة كما يلي:
| مستوى القوة | طاقة خرج SVG |
|---|---|
| المستوى 0 | 0–25% |
| المستوى 1 | 25–50% |
| المستوى 2 | 50–75% |
| المستوى 3 | 75–100% |
لكل مستوى حدود تردد المروحة الخاصة به. عندما ترتفع طاقة الخرج بسرعة، يمكن لوحدة التحكم زيادة تردد مروحة التبريد حسب مستوى الطاقة المقابل قبل أن ترتفع درجة حرارة وحدة الطاقة بشكل كبير.
لمنع التبديل المتكرر بين المستويات عندما يتقلب الإخراج بالقرب من عتبة، يستخدم منطق التحكم عتبات انتقال مختلفة للأعلى والهبوط.
قواعد الانتقال المحددة هي:
من المستوى 0 إلى المستوى 1:زد مستوى التشغيل عندما تتجاوز قوة SVG 25٪.
من المستوى 1 إلى المستوى 2:زد المستوى عندما تتجاوز القدرة الإنتاجية 50٪. قم بتقليل الكمية إلى المستوى 0 عندما تبقى القدرة الخارجة أقل من 17٪ لمدة دقيقة واحدة.
من المستوى 2 إلى المستوى 3:زد المستوى عندما تتجاوز القدرة الإنتاجية 75٪. قم بتقليل الكمية إلى المستوى 1 عندما تبقى القدرة الخارجة أقل من 42٪ لمدة دقيقة واحدة.
من المستوى 3 إلى المستوى 2:قلل المستوى عندما تبقى القدرة الخارجة أقل من 67٪ لمدة دقيقة واحدة.
بعد تنشيط SVG، يبدأ المتحكم في البداية من المستوى 0 ويتغير المستويات وفقا للحدود المحددة.
يساعد هذا النهج المرحلي في تحقيق التوازن بين استجابة التبريد، واستهلاك طاقة المروحة، واستقرار التشغيل.
يتم تنسيق تشغيل المروحة مع حالة تشغيل SVG ودرجة حرارة وحدات الطاقة الخاصة بها.
عندما يبدأ SVG، يبدأ مروحة التبريد في VFD. عندما يتوقف SVG، يعود مستوى الطاقة إلى المستوى 0، وتستمر وحدة التحكم في مراقبة درجة حرارة وحدة الطاقة.
إذا تم إيقاف SVG لكن درجة حرارة وحدة الطاقة تجاوزت الحد الأعلى المعين لدرجة الحرارة، يمكن للمروحة أن تبدأ في إزالة الحرارة المتبقية. بمجرد أن تنخفض درجة الحرارة عن الحد الأدنى المحدد، يمكن للمروحة التوقف.
إذا حدث عطل في VFD، يتحول النظام إلى تشغيل مروحة بتردد الطاقة. يتم تحديد سلوك تشغيل/إيقاف المروحة ومدة التشغيل بعد كل تشغيل بناء على حالة SVG ودرجة حرارة وحدة الطاقة.
تسمح حدود درجات الحرارة العليا والسفلى، إلى جانب معايير التوقيت المكونة، للنظام بتجنب تدوير المروحة غير الضروري مع الحفاظ على الحماية الحرارية المناسبة.
بعد بدء تشغيل VFD، تقوم وحدة التحكم بضبط تردد الإخراج وفقا لدرجة حرارة وحدة الطاقة.
درجة الحرارة فوق الحد الأعلى:يزيد المتحكم تردد المروحة بمعدل محدد مسبقا لتعزيز التبريد.
درجة الحرارة أقل من الحد الأدنى لمدة دقيقة واحدة:يقوم المتحكم بتقليل تردد المروحة بمعدل محدد مسبقا.
درجة الحرارة بين الحدين:تحافظ المروحة على تردد التشغيل الحالي.
استخدام العتبات العليا والعتبية السفلى المنفصلة يدخل شريط الهستيريزيس الحراري. وبالاقتران مع تأخير دقيقة واحدة لتقليل التردد، يساعد هذا النهج في تجنب التغيرات المفرطة في السرعة الناتجة عن تقلبات درجة الحرارة قصيرة الأمد.
من خلال الجمع بين التحكم في التغذية الأمامية القائمة على الطاقة والتغذية الراجعة القائمة على درجة الحرارة، يستجيب النظام لتغيرات الأحمال مع الحفاظ على مستوى تبريد أكثر ملاءمة أثناء التشغيل المستمر.
يمكن أن تؤثر الرطوبة المحيطة ودرجة الحرارة أيضا على ظروف تشغيل المعدات الكهربائية الخارجية أو المعرضة للبيئة.
يجمع نظام التحكم في SVG قياسات بيئية من خلال حساسات درجة الحرارة والرطوبة المثبتة حول الخزانة. وفقا لاستراتيجية التحكم الأصلية، عند اكتشاف هطول الأمطار أو رطوبة عالية، يمكن للنظام الدخول في وضع تشغيل بالحد الأدنى من التعويض وتقليل سرعة مروحة التبريد.
الغرض هو الحد من تدفق الهواء غير الضروري وتقليل الآثار السلبية المحتملة للهواء الرطب والتعرض للأمطار على المعدات.
يجب فهم هذه الوظيفة كاستراتيجية تشغيل خاصة بالتطبيق بدلا من كونها بديلا لحماية الحظيرة، ومنع الرطوبة، ومراقبة العزل، أو غيرها من الضمانات البيئية المطلوبة.
بعد التنفيذ، تسمح استراتيجية التبريد الذكي ل SVG بضبط سرعة مروحة التبريد تلقائيا وفقا لمتطلبات وحدات الطاقة الحرارية وظروف تشغيل النظام.
في العديد من التطبيقات الواقعية، لا يعمل SVG بشكل مستمر عند القدرة التفاعلية المقدرة. يتغير مخرجه وفقا لجهد الشبكة، وطلب الحمل، ومتطلبات التعويض للتركيب. في محطات الطاقة الكهروضوئية، على سبيل المثال، يمكن أن يكون الطلب على الطاقة التفاعلية منخفضا نسبيا خلال فترات تشغيل معينة، بما في ذلك التشغيل الليلي حيث يبقى تعويض الطاقة التفاعلية ضروريا لكن الناتج المطلوب محدود.
في هذه الظروف، قد يوفر تشغيل المروحة الثابتة سرعة تبريدا أكثر مما تحتاجه المعدات. يمكن للتشغيل بالسرعة المتغيرة تقليل هذا الاستهلاك غير الضروري للطاقة من خلال مطابقة خرج المروحة بشكل أقرب إلى الطلب الفعلي للتبريد.
وفقا للدراسة الهندسية، يمكن أن يتجاوز معدل توفير الطاقة المقدر 30٪ تحت ظروف التشغيل المناسبة. تعتمد النتائج الفعلية على عوامل مثل معدل تحميل SVG، وجدول التشغيل، والظروف المحيطة، وخصائص المروحة، وطريقة التحكم في التبريد الأصلية. لذا يجب اعتبار الرقم تقديرا، وليس توفير مضمونا لكل تركيب.
بعيدا عن تقليل استهلاك الطاقة المساعدة، توفر الاستراتيجية عدة فوائد عملية:
تبريد أكثر استجابة:يساعد التحكم في التغذية الأمامية المعتمد على الطاقة نظام التبريد على الاستجابة لارتفاع الأحمال الكهربائية قبل حدوث ارتفاع كبير في درجة الحرارة.
تقليل استهلاك الطاقة المساعدة:يمكن خفض سرعة المروحة عندما يكون الطلب الحراري محدودا.
تحسين استقرار التشغيل:تساعد التغيرات في درجة الحرارة وتقليل التردد المتأخر في منع تقلبات سرعة المروحة غير الضرورية.
استمرارية التبريد أثناء أعطال VFD:يوفر تجاوز تردد الطاقة وضع تشغيل بديل للمروحة.
تحسين التكيف البيئي:يمكن دمج قياسات درجة الحرارة والرطوبة المحيطة في استراتيجية التشغيل.
تبسيط مراقبة المعدات:تسمح الاتصالات المتكاملة للمشغلين بمراقبة درجات الحرارة، حالة التشغيل، معايير التحكم، وسجلات الأخطاء.
بالنسبة لتركيبات SVG في محطات الطاقة المتجددة، والمنشآت الصناعية، وتطبيقات أخرى ذات طلب متغير في الطاقة التفاعلية، يوفر التحكم الذكي في التبريد طريقة عملية لتحسين كفاءة الطاقة المساعدة دون الاعتماد فقط على التهوية الثابتة.
تعد الإدارة الحرارية الفعالة ضرورية لأداء أنظمة SVG عالية الجهد على المدى الطويل. ومع ذلك، لا تحتاج مراوح التبريد دائما إلى العمل بسرعة ثابتة، خاصة عندما يتغير خرج الطاقة التفاعلية في SVG خلال اليوم.
تجمع استراتيجية التحكم الذكية في التبريد في FGI بين مراقبة درجة حرارة وحدة الطاقة، وقياسات الطاقة الخارجة في الوقت الحقيقي، واستشعار درجة الحرارة والرطوبة المحيطة، والتنسيق القائم على PLC، والتحكم في VFD منخفض الجهد. منطق التغذية الأمامية المكون من أربعة مستويات يسمح لسرعة المروحة بالاستجابة لتغيرات الحمل الكهربائي، بينما يقوم رد فعل درجة الحرارة بضبط مخرج التبريد بدقة وفقا للظروف الحرارية الفعلية.
إضافة تشغيل تجاوز تردد القدرة توفر أيضا وضع تشغيل مروحة بديل في حال حدوث عطل في VFD.
من خلال مواءمة قدرة التبريد بشكل أوثق مع طلب المعدات، يمكن للاستراتيجية تقليل استهلاك الطاقة المساعدة، وتحسين التكيف البيئي، ودعم التشغيل الموثوق لأنظمة SVG عالية الجهد المبردة بالهواء.
بالنسبة للمستخدمين الصناعيين ومشغلي أنظمة الطاقة، يعد التحكم الذكي في التبريد تحسينا عمليا يجب أخذه في الاعتبار عند تقييم كفاءة الطاقة العامة وموثوقية التشغيل لمعدات تعويض الطاقة التفاعلية.
تطور شركة FGI (شركة WindSun Science & Technology Co., Ltd.) معدات وحلول إلكترونية للطاقة لتحسين جودة الطاقة، ومحركات الصناعة، وتحويل الطاقة. تشمل محفظة منتجاتها مولدات Static Var (SVGs)، ومحركات التردد المتغير، وأنظمة تحويل طاقة تخزين الطاقة لتطبيقات في مجالات الطاقة والتعدين والمعادن والطاقة المتجددة وغيرها من القطاعات الصناعية.
تجمع FGI بين تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة والهندسة التطبيقية لمساعدة العملاء على تحسين أداء النظام الكهربائي، وكفاءة الطاقة، والموثوقية التشغيلية.
