المرشح التوافقي النشط، بنوك المكثفات، المفاعلات في الشبكات

ما هي علاقة المرشح التوافقي النشط وبنوك المكثفات والمفاعلات؟

تعد المرشحات التوافقية النشطة (AHFs)، وبنوك المكثفات، والمفاعلات مكونات أساسية تستخدم في الشبكات الكهربائية لإدارة جودة الطاقة، وتعويض الطاقة التفاعلية، والتخفيف التوافقي. عندما يتم دمج هذه الأجهزة بشكل فعال في الشبكة، فإنها يمكن أن تساعد في تحسين أداء النظام وكفاءة الطاقة وتقليل تكاليف التشغيل. وإليك كيفية عملها بشكل فردي ومعا:

1. المرشح التوافقي النشط (AHF)

• الغرض: يتم استخدام AHF لإزالة أو تقليل التشوه التوافقي الناتج عن الأحمال غير الخطية (على سبيل المثال، محركات التردد المتغيرة، والمعدات الصناعية). يمكن أن تؤدي التوافقيات إلى ارتفاع درجة الحرارة، وتعطل المعدات، وفقدان الطاقة.
• الوظيفة: تقوم AHFs بمراقبة التيار في الوقت الفعلي وحقن التيارات التعويضية التي تلغي المكونات التوافقية. على عكس المرشحات السلبية، يمكن لـ AHFs التكيف مع ظروف التحميل المتغيرة والتخفيف بشكل فعال من نطاق واسع من الأوامر التوافقية (سواء الفردية أو الزوجية).
• التأثير على الشبكات:تعمل AHFs على تحسين جودة الطاقة عن طريق تقليل التشوه التوافقي الكلي (THD) في أشكال موجة الجهد والتيار، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الطاقة، وتقليل تسخين المعدات، وإطالة العمر الافتراضي.

2. بنوك المكثفات

• الغرض: تُستخدم بنوك المكثفات لتعويض الطاقة التفاعلية لتحسين عامل الطاقة في الأنظمة الكهربائية. عامل الطاقة المنخفض يعني أن هناك حاجة إلى تيار أكبر لتوفير نفس الكمية من الطاقة النشطة، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة وفقدان الطاقة.
• الوظيفة: توفر بنوك المكثفات طاقة تفاعلية رائدة (طاقة سعوية) لمواجهة الطاقة التفاعلية المتأخرة (طاقة حثية) من الأحمال الحثية مثل المحركات والمحولات. وهذا يوازن القوة التفاعلية في النظام ويقرب عامل القدرة من الوحدة.
• التأثير على الشبكات: من خلال تحسين عامل الطاقة، تعمل بنوك المكثفات على تقليل تدفق التيار الإجمالي في الشبكة، مما يقلل من خسائر النقل ويمكن أن يمنع العقوبات من المرافق بسبب انخفاض عامل الطاقة. كما أنها تساعد في تحرير القدرات في النظام.

3. المفاعلات (الملفات)

• الغرض: يتم استخدام المفاعلات جنبًا إلى جنب مع بنوك المكثفات لمنع مشكلات الرنين والحد من تيارات الدائرة القصيرة. ويمكنها أيضًا المساعدة في الترشيح التوافقي عندما يتم تصميمها كجزء من المرشحات السلبية.
• الوظيفة: توفر المفاعلات مفاعلة حثية، والتي تتعارض مع المفاعلة السعوية من بنوك المكثفات وتساعد على تخفيف تقلبات الجهد. في الترشيح التوافقي، يمكن للمفاعلات حجب ترددات توافقية معينة.
• التأثير على الشبكات: تعمل المفاعلات على تقليل التيارات التوافقية وارتفاعات الجهد، مما يمنع الرنين ويحسن الاستقرار العام وموثوقية الشبكة الكهربائية.

4. التفاعل في الشبكات

• بنوك المكثفات + المفاعلات (مرشح مضبوط):
  • عندما يتم استخدام بنوك المكثفات لتعويض القدرة التفاعلية، فإنها يمكنها في بعض الأحيان تضخيم التوافقيات، خاصة عندما يتردد التردد الطبيعي للشبكة مع الترددات التوافقية. للتخفيف من هذا الأمر، يتم توصيل المفاعلات على التوالي مع بنوك المكثفات لإنشاء مرشحات مضبوطة تمنع ترددات توافقية معينة، مثل التوافقيات الخامسة أو السابعة.
• بنوك المكثفات + AHF:
  • تعمل بنوك المكثفات على تحسين معامل القدرة عن طريق تعويض الطاقة التفاعلية. ومع ذلك، في الأنظمة ذات التوافقيات العالية، يمكنها تضخيم التوافقيات في حالة حدوث الرنين. هذا هو المكان الذي يأتي فيه المرشحات التوافقية النشطة - حيث يمكنها العمل جنبًا إلى جنب مع بنوك المكثفات من خلال التخفيف الديناميكي للتوافقيات التي قد تقوم بنوك المكثفات بتضخيمها عن غير قصد.
  • AHF + المفاعلات: يوفر AHF تعويضًا توافقيًا ديناميكيًا، بينما يمكن للمفاعلات (المستخدمة مع أو بدون بنوك المكثفات) التعامل مع أوامر توافقية محددة، مما يوفر نهجًا متوازنًا للتخفيف التوافقي.

5. التحديات والحلول في الأنظمة المدمجة

• قضايا الرنين: يمكن لبنوك المكثفات وحدها أن تخلق رنينًا مع محاثة النظام، مما يؤدي إلى تضخيم ترددات توافقية معينة. يتم استخدام المفاعلات لتجنب ذلك عن طريق تفكيك النظام إلى ترتيب توافقي آمن.
• الترشيح التوافقي المتزامن وتصحيح معامل القدرة:تعتبر AHFs فعالة في تخفيف نطاق واسع من التوافقيات ولكنها لا توفر تصحيحًا كبيرًا لعامل القدرة. من ناحية أخرى، توفر بنوك المكثفات تصحيحًا لعامل القدرة ولكن يمكنها تضخيم التوافقيات. إن استخدامها معًا، مع المفاعلات لتجنب الرنين، يخلق حلاً متوازنًا يعالج كلا من التشوه التوافقي وتعويض الطاقة التفاعلية.

6. مزايا الجمع بين AHFs وبنوك المكثفات والمفاعلات

• إدارة شاملة لجودة الطاقة: تعمل وحدات AHF على تخفيف التوافقيات، وتصحح بنوك المكثفات عامل الطاقة، وتمنع المفاعلات الرنين، مما يؤدي إلى حل شامل لجودة الطاقة.
• تحسين كفاءة النظام: تقليل التشوه التوافقي وتحسين عامل الطاقة يقلل من فقدان الطاقة، ويقلل من ارتفاع درجة الحرارة، ويطيل عمر المعدات.
• المرونة: يوفر الجمع بين AHFs والحلول التقليدية مثل بنوك المكثفات والمفاعلات المرونة للتعامل مع مشكلات جودة الطاقة المعقدة بشكل ديناميكي.

في الشبكات الكهربائية، الاستخدام المشترك المرشحات التوافقية النشطة, توفر بنوك المكثفات، والمفاعلات نهجًا شاملاً لتحسين جودة الطاقة وكفاءة الطاقة. تعالج AHFs التشوه التوافقي، وتوفر بنوك المكثفات تعويضات الطاقة التفاعلية، وتمنع المفاعلات الرنين وتصفية التوافقيات. ومن خلال استخدام هذه المكونات معًا، يمكن للمنشآت الصناعية والتجارية الحفاظ على أنظمة كهربائية مستقرة وفعالة وموثوقة.