تعويض القدرة التفاعلية يحل التوافقيات في النظام الكهربائي: الحلول التقنية وممارسات التنفيذ الهندسي

في الأنظمة الكهربائية الصناعية، غالبًا ما يتزامن التلوث التوافقي واختلال توازن القدرة التفاعلية، حيث تُفاقم التوافقيات الناتجة عن الأحمال غير الخطية فقدان القدرة التفاعلية، بينما يُفاقم نقص القدرة التفاعلية تأثير التوافقيات، مُشكلًا حلقة مفرغة. كحل أساسي، لا تقتصر تقنية تعويض القدرة التفاعلية على ضبط القدرة التفاعلية ديناميكيًا وتحسين معامل القدرة فحسب، بل تتعاون أيضًا مع معدات التحكم التوافقي لكبح تشوه التيار، مما يُمثل مفتاحًا لضمان استقرار الشبكة. تُركز هذه المقالة على التكامل المُعمّق بين تعويض القدرة التفاعلية والتحكم التوافقي، مُفصّلةً المسارات التقنية والحالات الهندسية ونقاط الاختيار لتوفير مراجع للشركات لحل مشاكل الأنظمة الكهربائية.

1. تعويض القدرة التفاعلية: القوة الداعمة الأساسية للتحكم

مشكلة التوافقيات في الأنظمة الكهربائية هي في جوهرها تناقضٌ مزدوجٌ بين "اختلال توازن القدرة التفاعلية + تشوه شكل موجة التيار". من خلال حقن أو امتصاص الطاقة التفاعلية بدقة، تُحسّن تقنية تعويض القدرة التفاعلية بيئة تشغيل النظام بشكلٍ جذري، وتُرسي أسس التحكم التوافقي.

1. يعمل تعويض القدرة التفاعلية على تثبيت "الأساس" أولاً، مما يجعل التحكم التوافقي أكثر كفاءة

تستهلك الأحمال غير الخطية (مثل محولات التردد وأفران القوس) كمية كبيرة من القدرة التفاعلية الحثية، مما يؤدي إلى انخفاض معامل القدرة إلى ما بين 0.7 و0.8، ويؤدي إلى تقلبات في الجهد، مما يزيد من مخاطر التوافقيات ويؤدي إلى تجاوز التشوه التوافقي الكلي (THD) للمعايير. تستطيع أجهزة تعويض القدرة التفاعلية (مثل SVG وTSC) موازنة القدرة التفاعلية آنيًا، وزيادة معامل القدرة إلى ما يزيد عن 0.95، وتثبيت جهد الناقل، وإضعاف "بيئة تكاثر" التوافقيات. تُظهر بيانات من مصنع سيارات أنه بدون تعويض القدرة التفاعلية ، وصل معامل القدرة التوافقية الكلي إلى 16%؛ وبعد التنشيط، استقر معامل القدرة عند 0.98، وانخفض التشوه التوافقي الكلي بشكل متزامن إلى 4.5%.

2. الترشيح النقي له حدود، وتعويض القدرة التفاعلية يعوض عنالعيوب

يعتمد التحكم التوافقي التقليدي على المرشحات فقط، لكن هذه المرشحات لا يمكنها حل مشكلة اختلال توازن القدرة التفاعلية. على سبيل المثال، يمكن للمرشحات السلبية ترشيح توافقيات محددة، ولكنها قد تسبب رنينًا بسبب تقلبات القدرة التفاعلية للنظام؛ تتميز مرشحات القدرة النشطة (APF) بديناميكيات قوية، لكنها تفتقر إلى قدرات تنظيم القدرة التفاعلية. يمكن أن يحقق الجمع بين تعويض القدرة التفاعلية والمرشحات تأثير "1+1>2": حيث تتولى مرشحات القدرة النشطة (APF) تنقية شكل موجة التيار، بينما تتولى أجهزة تعويض القدرة التفاعلية (مثل SVG) تثبيت معامل القدرة. يتعاون الاثنان لتحسين تأثير التحكم التوافقي بأكثر من 50%.

3. فوائد اقتصادية وأمنية مزدوجة، لا غنى عنها للمؤسسات

إن الجمع بين تعويض القدرة التفاعلية والتحكم التوافقي يُحقق قيمةً مباشرة للشركات: فمن ناحية، يُجنّب الالتزام بمعيار معامل القدرة غرامات الكهرباء (غُرِّم مصنع كيميائي بأكثر من 800,000 يوان سنويًا، وقد أُعفي منه تمامًا بعد المعالجة)؛ ومن ناحية أخرى، يُقلّل من خسائر المعدات الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة التوافقيات، ويُطيل عمر خدمة المحولات والمكثفات (بمتوسط ​​3-5 سنوات). وفي الوقت نفسه، يُجنّب استقرار الجهد والتيار النقي حوادث السلامة، مثل تعطل المعدات وانهيار العازل الناتج عن التوافقيات.

II. تعويض القدرة التفاعلية + التحكم التوافقي: تصميم

يجب أن يأخذ نظام التحكم التوافقي الناضج للأنظمة الكهربائية تعويض القدرة التفاعلية باعتباره الأساس، ويغطي الرابط الكامل "اختيار المعدات - حساب القدرة - تحسين الاستراتيجية - تخطيط التثبيت" لضمان تنفيذ تأثيرات التحكم:

1. الاختيار الدقيق: مطابقة أجهزة تعويض القدرة التفاعلية والمرشحات

وفقًا لخصائص التوافقيات في النظام وأنواع الأحمال، اختر أجهزة ومرشحات تعويض القدرة التفاعلية المناسبة. مخططات تركيبات النوى هي كما يلي:

الأحمال الصناعية العادية (المحركات، المحولات): مكثفات التبديل الثايرستورية (TSC) + مرشحات سلبية (تصفية التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة)، منخفضة التكلفة، وسهلة الصيانة، وعامل القدرة يصل إلى 0.9 أو أعلى؛

• الأحمال غير الخطية العالية (محولات التردد، المقومات): مولدات التباين الثابتة (SVG) + مرشحات الطاقة النشطة (APF، ترشيح التوافقيات من الثانية إلى الخمسين)، استجابة ديناميكية سريعة (استجابة SVG < 20 مللي ثانية، APF < 10 مللي ثانية)، مناسبة لسيناريوهات التوافقيات المعقدة؛
• بيئات التحميل المختلطة (التعايش بين أنواع متعددة من المعدات): مزيج TSC+SVG + مرشحات التوافقيات الهجينة (تصفية التوافقيات من الثالث إلى الأربعين)، وأداء التكلفة العالية، وعامل القدرة المستقر عند 0.95-1.0.

2. الحساب العلمي: مطابقة قدرة تعويض القدرة التفاعلية وقيمة

إن مفتاح تأثير تعويض القدرة التفاعلية يكمن في الحساب الدقيق للسعة، والذي يجب أن يقترن بجهد الشبكة وخصائص الحمل وأهداف عامل القدرة:

منطق حساب النواة: سعة تعويض القدرة التفاعلية تساوي حاصل ضرب 2 في باي، مضروبًا في تردد النظام، ثم مضروبًا في حاصل ضرب قيمة السعة في مربع جهد الشبكة (حيث وحدة سعة التعويض هي كيلو فولت أمبير تفاعلي، ووحدة قيمة السعة هي فاراد، ووحدة جهد الشبكة هي فولت، ووحدة تردد النظام هي هرتز)؛

• مثال مرجعي: بالنسبة لنظام 400 فولت مع طاقة نشطة للحمل تبلغ 280 كيلو وات، وعامل قدرة تعويض مسبق يبلغ 0.75، وهدف يبلغ 0.98، تم حساب أنه يجب تكوين سعة تعويض تفاعلية تبلغ 1000 كيلو فولت أمبير (طراز TSC-1000)، ومطابقتها مع مرشح طاقة نشطة بقوة 500 أمبير.​
• في الوقت نفسه، يجب تعديل طريقة التعويض وفقًا لخصائص الحمل: المكثفات المتوازية للأحمال الحثية والمكثفات المتسلسلة للأحمال السعوية لتجنب التضخيم التوافقي الناجم عن الإفراط في التعويض أو نقص التعويض.

3. استراتيجية التحسين: ترقية قواعد

يعتمد تبديل المكثفات التقليدي على "عتبة ثابتة"، يصعب تكييفها مع تقلبات الحمل. ويمكن للاستراتيجية المُحسّنة، المُتكاملة مع الاحتياجات الديناميكية لتعويض القدرة التفاعلية ، أن تُحسّن الاستقرار بشكل كبير.

معايير التبديل: عندما تكون سعة التعويض الفعلية لمكثف معين أكبر من حاصل ضرب سعته المقدرة ومعامل القمع الأول، يتم فتح مفتاح المكثف؛ عندما تكون سعة التعويض الفعلية أقل من حاصل ضرب سعته المقدرة ومعامل القمع الثاني، يتم إغلاق مفتاح المكثف (حيث يلزم مراقبة سعة التعويض الفعلية في الوقت الفعلي، تكون السعة المقدرة هي القيمة المعايرة للمصنع للمكثف، ويتم استخدام معاملي القمع لتجنب تذبذب النظام، والتي يجب ضبطها وفقًا لسعة تقلب الحمل)؛

• المنطق الأساسي: هامش احتياطي لتقلبات الحمل لتقليل تأثير التبديل المتكرر على النظام. بعد تطبيقه في مشروع، انخفض عدد مرات تبديل المكثفات بنسبة 60%، وتم التحكم في تقلبات التشوه التوافقي الكلي (THD) ضمن ±1%.

4. التخطيط المعقول: تخطيط مواقع تركيب أجهزة

يؤثر موضع تركيب أجهزة تعويض القدرة التفاعلية بشكل مباشر على كفاءة التحكم. التصميم المُوصى به لكل سيناريو هو كما يلي:

جانب الجهد المنخفض (400 فولت): قم بتثبيت APF وTSC بالقرب من الأحمال غير الخطية للتحكم بشكل خاص في التوافقيات المحلية؛

• جانب الجهد المتوسط ​​(10 كيلو فولت): قم بتثبيت SVG خلف الخزانة الواردة لضبط القدرة التفاعلية العالمية بشكل شامل وتثبيت جهد الناقل؛
• الخطوط الطويلة المسافة: أضف أجهزة تعويض القدرة التفاعلية في منتصف الخط لتعويض الخسارة الاستقرائية في الخط وتجنب تضخيم التوافقيات على طول الخط.

ثالثًا: دراسة هندسية: التأثير العملي لتقنية تعويض القدرة التفاعلية في التحكم

لنأخذ محطة معالجة مياه صرف صحي واسعة النطاق كمثال، عانى نظامها الكهربائي من تلوث توافقي شديد (THD 18%، معامل قدرة 0.75) نتيجة تشغيل عدة محولات تردد بقدرة 280 كيلوواط، وكان المحول يتعطل بشكل متكرر بسبب ارتفاع درجة الحرارة. بعد اعتماد المخطط المشترك "SVG+APF+TSC" لتعويض القدرة التفاعلية والتحكم التوافقي، كان التأثير ملحوظًا:

1. تحسن كبير في المؤشرات

• محتوى التوافقيات: كان تيار التوافقيات الذروة قبل المعالجة 150 أمبير، والذي انخفض إلى أقل من 30 أمبير بعد المعالجة، وتجاوز معدل تصفية التوافقيات الرئيسية (الخامس والسابع) 92٪؛
• التشوه التوافقي الكلي (THD): تم تخفيضه من 18% إلى 4.2%، وهو متوافق تمامًا مع معيار GB/T 14549-1993 (THD ≤ 5%)؛​
• عامل القدرة: مستقر عند 0.98-1.0، مما يوفر 520,000 يوان من غرامات الكهرباء سنويًا.

2. فوائد

• انخفضت درجة حرارة المحول من 85 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية، وانخفضت الضوضاء بمقدار 15 ديسيبل، وانخفض معدل الفشل من مرتين في الشهر إلى 0؛
• تم تمديد عمر خدمة المحولات الترددية لمدة 4 سنوات، مما أدى إلى خفض تكاليف الصيانة بما يزيد عن 350 ألف يوان سنويًا؛
• تم تخفيض تقلب جهد النظام من ±8% إلى ±2%، ولم يحدث مرة أخرى أي انقطاع في الإنتاج بسبب التوافقيات.

رابعًا: النقاط الرئيسية لاختيار وتشغيل وصيانة تقنية تعويض القدرة التفاعلية

1. حدد عند الطلب لتجنب التكوين الأعمى

• الأنظمة الصغيرة والمتوسطة الحجم (سعة التعويض < 500 كيلو فولت أمبير تفاعلية): يتم إعطاء الأولوية لمرشحات TSC + السلبية ذات التكاليف التي يمكن التحكم فيها؛
• الأنظمة غير الخطية عالية الكثافة وواسعة النطاق (سعة التعويض > 1000 كيلو فولت أمبير تفاعلية): يوصى باستخدام مزيج SVG + APF للحصول على أداء ديناميكي أفضل؛
• المناطق النائية/السيناريوهات غير المستقرة في الجهد: أضف وحدة مراقبة الجهد للتفاعل مع أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية لتنظيم الجهد تلقائيًا.

2. إعطاء أهمية لمرحلة ما بعد التشغيل والصيانة لضمان تحقيق

تأثيرات

• التنظيف المنتظم: قم بتنظيف قنوات تبديد الحرارة لأجهزة تعويض الطاقة التفاعلية والمرشحات كل ثلاثة أشهر لتجنب انسداد الغبار الذي يؤثر على تبديد الحرارة؛
• معايرة المعلمات: مراجعة سعة التعويض ومعلمات التصفية كل ستة أشهر للتكيف مع تغييرات الحمل (مثل إضافة وحدات التعويض خلال مواسم الذروة)؛
• المراقبة في الوقت الفعلي: استخدم محلل التوافقيات (مثل HARM-1000) لتتبع THD وعامل القدرة في الوقت الفعلي، وقم بتشغيل تعديلات استراتيجية تعويض القدرة التفاعلية عند حدوث أي تشوهات.

3. الاتجاه المستقبلي: الترقية الذكية لتعويض

يدمج الجيل الجديد من تقنية تعويض القدرة التفاعلية إنترنت الأشياء وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لتحقيق "التعرف التلقائي على أنواع التوافقيات - التنبؤ بتقلبات الحمل - التعديل الديناميكي لسعة التعويض"، والتكيف مع الاحتياجات المختلفة للأنظمة الكهربائية ذات المقاييس المختلفة وتوفير الدعم الأساسي لبناء الشبكات الذكية.

V. الخاتمة: بناء نظام كهربائي نظيف مع تعويض القدرة التفاعلية باعتباره الأساس

تعويض القدرة التفاعلية ليس مجرد أداة لتحسين معامل القدرة، بل هو أيضًا مفتاحٌ لحل مشكلة التلوث التوافقي في الأنظمة الكهربائية. من خلال عملية متكاملة تشمل "اختيار المعدات - حساب السعة - تحسين الاستراتيجية - ضمان التشغيل والصيانة"، يمكن تحقيق أهداف متعددة للتحكم الفعال في التوافقيات، وتحسين معامل القدرة، والتشغيل الآمن للمعدات.

إذا كانت مؤسستك تواجه مشاكل مثل التوافقيات المفرطة، ومعامل القدرة دون المستوى المطلوب، والأعطال المتكررة في المعدات، فلا تتردد في إبلاغنا بمستوى جهد النظام، ونوع الحمل، ونقاط الضعف في النواة (مثل قيمة التشويه التوافقي الكلي (THD) وقيمة دقة الكهرباء). ستُخصص لك شركة هينغ رونغ للكهرباء المحدودة حلاً حصريًا " لتعويض القدرة التفاعلية + التحكم في التوافقيات " لمساعدة النظام الكهربائي على العمل بأمان وكفاءة وفعالية.