ابتكار طوبولوجيا SVG: محولات متعددة المستويات مثبتة بالثنائيات تعمل على تعويض القدرة التفاعلية عالية الكفاءة لـ SVG

تُعدّ مولدات التباين الثابتة ( SVG ) بمثابة معدات أساسية لتحسين جودة الطاقة في شبكات الكهرباء. تُحدد قدرتها الديناميكية على تعويض القدرة التفاعلية استقرار وكفاءة النقل وموثوقية مصدر الطاقة في الشبكة بشكل مباشر. يعتمد سقف أداء مولدات التباين الثابتة بشكل كبير على طوبولوجيا دائرتها الرئيسية. أصبحت المحولات متعددة المستويات المُثبّتة بالديود الخيارَ السائد للطوبولوجيا في الجيل التالي من مولدات التباين الثابتة نظرًا لمزاياها المتمثلة في بساطة هيكلها، وانخفاض التوافقيات، وسهولة توسعها. تُركز هذه المقالة على التكامل المُعمّق لهذه الطوبولوجيا مع مولدات التباين الثابتة ، مُفصّلةً كيف تُمكّن مولدات التباين الثابتة من تجاوز العوائق التقنية التقليدية وتوفير حلول مبتكرة لتشغيل شبكات الكهرباء بجودة عالية.

1. التحديات الأساسية لـ SVG: لماذا تفشل الطوبولوجيات التقليدية في تلبية متطلبات الشبكة الحديثة ؟

مع تنوع الأحمال الصناعية وتوسع نطاق توصيلات شبكات الطاقة الجديدة، أصبحت متطلبات أداء مولدات الطاقة الشمسية (SVG) في شبكات الطاقة أكثر صرامة. ومع ذلك، فإن مولدات الطاقة الشمسية (SVG) التقليدية ثنائية المستوى تعاني من ثلاثة عيوب رئيسية:

1. سرعة استجابة غير كافية لمواكبة تقلبات

تتطلب تقلبات الأحمال عالية التردد، مثل بدء تشغيل/إيقاف المحرك وتنظيم سرعة محول التردد في شبكة الطاقة، من SVG إكمال الضبط الديناميكي للطاقة التفاعلية في غضون 20 مللي ثانية. نظرًا لتردد التبديل (عادةً ≤ 2 كيلوهرتز)، فإن SVG التقليدي ثنائي المستوى يتميز بتأخير استجابة يزيد عن 50 مللي ثانية، مما يجعله غير قادر على موازنة الطاقة التفاعلية في الوقت الفعلي وعرضةً لتقلبات الجهد.

2. المحتوى التوافقي العالي يزيد من عبء

يتجاوز التشوه التوافقي الكلي (THD) لجهد خرج SVG التقليدي عادةً 8%، مما يتطلب أجهزة ترشيح LC إضافية لتلبية متطلبات المعايير الوطنية (THD ≤ 5%). هذا لا يزيد فقط من حجم وتكلفة SVG ، بل قد يُسبب أيضًا مخاطر رنين بسبب عدم تطابق معلمات الترشيح.

3. ضعف قابلية التوسع وسيناريوهات

من شبكات التوزيع بجهد 10 كيلو فولت إلى شبكات النقل بجهد 500 كيلو فولت، تتطلب أنظمة توليد الطاقة من خلال المحولات (SVG) ذات مستويات الجهد المختلفة تصاميم متباينة. لتحسين السعة أو تصنيف الجهد، تتطلب طوبولوجيا توليد الطاقة من خلال المحولات (SVG) التقليدية تعديلات جوهرية على الدائرة الرئيسية، مما يؤدي إلى ضعف التوافق وصعوبة الاستجابة السريعة لمتطلبات السيناريوهات المختلفة.

إن ظهور المحولات متعددة المستويات المثبتة بالثنائيات يعالج بدقة نقاط الألم هذه لـ SVG ، ليصبح بمثابة اختراق رئيسي لترقية تقنية SVG .

II. جوهر جديد لـ SVG: منطق عمل المحولات

من خلال التصميم المبتكر لتثبيت الثنائي وتقسيم جهد المكثف، تعمل المحولات متعددة المستويات المثبتة بالثنائي على إعادة هيكلة هيكل الدائرة الرئيسية لـ SVG ، مع المبادئ الأساسية والمزايا على النحو التالي:

1. بنية الطوبولوجيا: بسيطة وموثوقة، وتدعم إخراج

باستخدام أجهزة تحكم كاملة مثل IGBT وMOSFET كنواة أساسية، بالإضافة إلى ثنائيات تثبيت ومكثفات تقسيم الجهد، يُشكل المحول هيكل ذراع جسر ثلاثي الطور. تشمل الميزات الأساسية ما يلي:

• يعتمد جانب التيار المستمر على تقسيم جهد المكثفات على التوالي (على سبيل المثال، يتطلب مُولِّد جهد تسلسلي (SVG) بخمسة مستويات أربعة مكثفات، بحيث يكون جهد كل مكثف ربع الجهد الكلي لجانب التيار المستمر). بفضل تأثير تثبيت الثنائيات، يقتصر الجهد عبر أجهزة التبديل على نطاق جهد مكثف واحد، مما يُجنِّب الأجهزة تلفها بسبب زيادة الجهد.
• يمكن لكل ذراع جسر إخراج مستويات جهد متعددة من خلال مجموعة التشغيل/الإيقاف لأنابيب التبديل المختلفة (على سبيل المثال، يخرج SVG ثلاثي المستويات -E/2، 0، E/2، ويخرج SVG بخمسة مستويات -E، -E/2، 0، E/2، E)، مما يجعل جهد خرج SVG أقرب إلى موجة جيبية؛

بالمقارنة مع SVG التقليدي ثنائي المستوى مع 8 متجهات جهد فضائي فقط، فإن عدد متجهات SVG الطوبولوجية هذه يزداد بشكل كبير (27 لثلاثي المستويات)، ويتم تحسين دقة التحكم في SVG على تيار الخرج بأكثر من 3 مرات.

2. استراتيجية التعديل: تعمل تقنية PWM على تحسين جودة

لتحقيق أقصى استفادة من مزايا الطوبولوجيا، يعتمد هذا النوع من SVG على تقنية تعديل PWM المتتالية للناقل الثلاثي، مع المنطق الأساسي:

من خلال أخذ موجة جيبية كموجة تعديل (المقابلة لموجة التيار التفاعلي التي يحتاج SVG إلى إخراجها) وموجات مثلثية متعددة كموجات حاملة، يتم إنشاء إشارات النبضة التبديلية من خلال المقارنات للتحكم بدقة في تشغيل/إيقاف تشغيل أنابيب التبديل؛

كلما زاد تردد الناقل، انخفض محتوى التوافقيات لجهد خرج SVG - عندما يتم ضبط تردد الناقل على 5 كيلو هرتز، يمكن تقليل THD لجهد خرج SVG إلى 2.3%، مما يلبي المعايير الوطنية دون تصفية إضافية؛

يمكن لطريقة التتابع الناقل في الطور أن تقمع بشكل خاص التوافقيات منخفضة الترتيب، مثل التوافقيات الثالثة والخامسة، مما يقلل بشكل أكبر من التداخل التوافقي لـ SVG على شبكة الطاقة والتكيف مع سيناريوهات التصنيع الدقيقة مع متطلبات جودة الطاقة الصارمة.

3. المزايا الأساسية: استهداف نقاط

استجابة سريعة : يتوافق الهيكل متعدد المستويات مع ترددات التبديل الأعلى (حتى 10 كيلو هرتز)، مما يقلل من وقت الاستجابة الديناميكية لـ SVG إلى 15 مللي ثانية، مما يمكنه تتبع التقلبات التفاعلية للحمل في الوقت الفعلي؛

التوافقيات المنخفضة : يقلل الإخراج متعدد المستويات من قفزات الجهد، وعند دمجه مع تعديل PWM، يتم تقليل معدل التشوه التوافقي لـ SVG بشكل كبير، مما يزيل تكلفة التصفية الإضافية؛

سهولة التوسع : من خلال زيادة عدد وحدات ذراع الجسر، يمكن ترقيتها بشكل مرن إلى SVG بخمسة مستويات وسبعة مستويات ، والتكيف مع مستويات الجهد المختلفة من 10 كيلو فولت إلى 500 كيلو فولت، مع قابلية التوسع التي تتجاوز بكثير الطوبولوجيات التقليدية.

ثالثًا: التحقق من محاكاة SVG: الأداء الفعلي لطوبولوجيا تثبيت الصمام

للتحقق من فعالية طوبولوجيا SVG ، بُني نموذج محاكاة SVG بخمسة مستويات باستخدام Matlab/Simulink (المعلمات: مؤشر التعديل 0.6-0.8، مكثف تيار مستمر 10 ملي فاراد، تردد الموجة الحاملة 5 كيلوهرتز، تردد النظام 50 هرتز). نتائج الاختبار هي كما يلي:

1. تأثير تعويض القدرة التفاعلية: يقترب معامل القدرة بسرعة من 1

في حالة المحاكاة الأولية، كانت القدرة الفعالة للشبكة 200 كيلوواط، والقدرة التفاعلية الحثية 200 كيلوفولت أمبير، ومعامل القدرة 0.75 فقط. بعد تشغيل طوبولوجيا SVG هذه ، تم إجراء التعديل الديناميكي في غضون 0.05 ثانية، وأخيرًا، استقر معامل القدرة للشبكة عند 1.0، مع اقتراب القدرة التفاعلية من الصفر، مما أدى إلى تعويض استهلاك الطاقة التفاعلية للأحمال الحثية تمامًا.

2. قمع التوافقيات: انخفاض كبير في THD

في ظل نفس ظروف التشغيل، كان جهد الخرج THD لـ SVG التقليدي ثنائي المستوى 8.5%، بينما كان THD لـ SVG الطوبولوجي هذا 2.3% فقط، مما يلبي متطلبات GB/T 14549-1993 جودة الطاقة - التوافقيات في شبكات الإمداد العامة بدون تصفية، وتجنب تلف المعدات بشكل فعال بسبب ارتفاع درجة حرارة التوافقيات.

3. استقرار الجهد: يتم التحكم في التقلبات في حدود ±2 ٪

في سيناريو محاكاة التغيرات المفاجئة في الحمل (ارتفاع القدرة التفاعلية من 100 كيلو فولت أمبير إلى 300 كيلو فولت أمبير)، استجابت هذه الطوبولوجيا SVG بسرعة، حيث سيطرت على سعة تقلب جهد الشبكة في حدود ±2٪، وهو أفضل بكثير من ±5٪ من SVG التقليدية ، مما يضمن التشغيل المستقر للمعدات الحساسة (مثل الأجهزة الدقيقة وأنظمة PLC).

رابعًا: سيناريوهات تطبيق SVG: ابتكار الطوبولوجيا يُمكّن من تلبية

احتياجات

استنادًا إلى أدائها الممتاز، تم استخدام SVG مع طوبولوجيا متعددة المستويات مثبتة بالثنائي على نطاق واسع في ثلاثة سيناريوهات أساسية:

1. شبكات التوزيع الصناعية: حل مشاكل

الأحمال غير الخطية، مثل محولات التردد وأفران القوس في صناعات مثل الصلب والهندسة الكيميائية، معرضة للتسبب في اختلال توازن القدرة التفاعلية للشبكة الكهربائية وتلوث التوافقيات. يمكن لتقنية SVG ذات التركيب الطوبولوجي تعويض القدرة التفاعلية آنيًا (بزيادة معامل القدرة إلى أكثر من 0.95) وكبح التوافقيات (بخفض التشويه التوافقي الكلي إلى ≤ 3%)، مما يقلل من فواتير الكهرباء وتكاليف صيانة المعدات. وقد وفر مصنع للصلب أكثر من مليوني يوان من فواتير الكهرباء سنويًا بعد تطبيق هذه التقنية.

2. ربط شبكة الطاقة الجديدة: ضمان استقرار

من المرجح أن تُسبب تقلبات إنتاج محطات الطاقة الكهروضوئية ومزارع الرياح تقلبات في الجهد واختلالًا في القدرة التفاعلية عند نقطة اتصال الشبكة. يمكن لتقنية SVG ذات التركيب الهيكلي أن تُخفف التقلبات بسرعة وتحافظ على استقرار جهد نقطة اتصال الشبكة، مما يُحسّن قدرة استيعاب توليد الطاقة الجديدة. وقد خفّضت مزرعة رياح معدل انقطاعها بنسبة 5% بعد تطبيق حل SVG هذا.

3. شبكات نقل الجهد العالي: تعزيز قدرة

في شبكات نقل الجهد العالي للغاية 500 كيلو فولت، يمكن لـ SVG مع طوبولوجيات ذات خمسة مستويات وما فوق توفير دعم الجهد الديناميكي وقمع انخفاضات وتذبذبات جهد الخطوط وزيادة سعة النقل بأكثر من 20٪ وضمان التشغيل الموثوق به لشبكات الطاقة عبر المناطق.

V. الاستنتاج: الابتكار في طوبولوجيا SVG يقود عملية ترقية

جودةي

ُمكّن استخدام المحولات متعددة المستويات المُثبّتة بالديودات من توليد الطاقة من خلال خوارزميات SVG من تجاوز العوائق التقنية التقليدية، محققًا قفزة نوعية في الأداء بفضل "الاستجابة السريعة، والتوافقيات المنخفضة، وسهولة التوسع"، ليصبح الخيار الأمثل لتحسين جودة الطاقة في شبكات الطاقة الحديثة. بدءًا من التكيف مع سيناريوهات الأحمال الصناعية ووصولًا إلى دعم توصيل الطاقة الجديدة بشكل مستقر بالشبكة، يُسهم هذا الهيكل المُبتكر لخوارزميات SVG في دفع شبكة الطاقة نحو تطوير فعال وموثوق ونظيف من خلال الابتكار التكنولوجي.

إذا واجه نظام الطاقة لديك مشاكل مثل اختلال توازن القدرة التفاعلية، أو التوافقيات المفرطة، أو تقلبات الجهد، فلا تتردد في إبلاغنا بمستوى جهد الشبكة، ونوع الحمل، ومتطلبات النواة. ستُخصص شركة هينغ رونغ إلكتريك المحدودة حلول SVG لك، مما يُساعد SVG على الاستفادة الكاملة من مزايا أدائها وضمان تشغيل عالي الجودة لشبكة الطاقة!