تصحيح معامل القدرة النشط (PFC) وتعويض القدرة التفاعلية الديناميكية

تصحيح عامل القدرة النشط (PFC) واستخدام تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية أنظمة تعتمد على إلكترونيات الطاقة (مثل محولات IGBT) لتوفير التصحيح التكيفي في الوقت الحقيقي معامل القدرة (PF) والقدرة التفاعلية (VAR) في الأنظمة الكهربائية. تُعد هذه الحلول أساسيةً لتطبيقات الطاقة الصناعية والتجارية والمتجددة الحديثة ذات الأحمال المتغيرة بسرعة والتشوهات التوافقية.

1. تصحيح معامل القدرة النشط (PFC)

أ. كيف يعمل

• مقاسات تيار الحمل والجهد في الوقت الحقيقي لحساب التعويض المطلوب.

• الاستخدامات العاكسات التي يتم التحكم فيها بواسطة PWM لحقن التيار التفاعلي في الطور المعاكس لإلغاء VAR المتأخر/المتقدم.

• يعدل فورا لتحميل الاختلافات (على عكس بنوك المكثفات السلبية).

ب. المكونات الرئيسية

✔ عاكس مصدر الجهد القائم على IGBT (VSI) -يولد تيار تعويضي.
✔ مكثف وصلة التيار المستمر - يوفر تخزين الطاقة لحقن الطاقة التفاعلية.
✔ نظام التحكم (يعتمد على DSP/FPGA) - حساب التعويضات في الوقت الحقيقي.

ج. التطبيقات

• صناعي: محركات السرعة المتغيرة (VFDs)، أفران القوس، آلات اللحام.

• الطاقة المتجددة: مزارع الطاقة الشمسية/طاقة الرياح (لتلبية متطلبات كفاءة الطاقة للشبكة).

• مراكز البيانات: أنظمة UPS ومزارع الخوادم ذات الأحمال المتقلبة لتكنولوجيا المعلومات.

المزايا مقارنة بـ PFC السلبي

✔ استجابة أسرع (مللي ثانية مقابل ثواني للمكثفات).
✔ لا يوجد خطر التعويض الزائد (يتجنب PF الرائد).
✔ يعمل مع الأحمال التوافقية (على عكس المكثفات التقليدية).

2. تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية

أ. كيف يعمل

• يراقب بشكل مستمر طلب الحمل ويحقن تيار تفاعلي دقيق للحفاظ على PF المستهدف (على سبيل المثال، 0.95–1.0).

• يستطيع امتصاص أو توليد VARs (حثي أو سعوي) حسب الحاجة.

ب. الأجهزة المستخدمة

ج. التطبيقات

• مصانع الصلب: تسبب أفران القوس تقلبات سريعة في PF → STATCOM تعمل على استقرار الشبكة.

• مزارع الرياح: يوفر ركوب الجهد المنخفض (LVRT) عن طريق حقن VARs أثناء الأخطاء.

• مراكز البيانات: يمنع عقوبات PF بسبب تقلبات تحميل الخادم.

3. المقارنة: التعويض السلبي مقابل التعويض النشط

4. الفوائد الرئيسية لـ PFC النشط والتعويض الديناميكي

✅ التعديل في الوقت الحقيقي - لا يوجد تأخير مثل تبديل المكثف.
✅ لا توجد مشاكل الرنين - على عكس المكثفات، لن يقوم بتضخيم التوافقيات.
✅ يدعم تدفق VAR ثنائي الاتجاه (حثي وسعوي).
✅ يحسن استقرار الجهد - مهم للشبكات الضعيفة.
✅ يقلل من تحميل المحول/كيلو فولت أمبير - يوفر تكاليف الطاقة.

5. حالات استخدام الصناعة

الحالة 1: مصنع تصنيع مع محركات تردد متغير

• مشكلة: تسبب محركات الأقراص ذات التردد المتغير المتعددة معامل القدرة المنخفض (0.7) و التوافقيات (THD >15%) .

• حل: AHF + STATCOM → تم تحسين PF إلى 0.98 ، THD <5%.

الحالة 2: امتثال شبكة مزرعة الطاقة الشمسية

• مشكلة: العاكسات الشمسية تسبب قائد PF أثناء الجيل المنخفض.

• حل: دي-ستاتكوم حقن VAR المتأخر للحفاظ على معامل التأثير = 0.95 .

الحالة 3: مركز البيانات مع أنظمة UPS

• مشكلة: تقلبات تحميل الخادم تسبب تقلبات PF (0.8–0.9) .

• حل: وحدة PFC النشطة يضمن معامل التحويل > 0.95 في جميع الأوقات.

6. الملخص

• للحصول على تصحيح مستقر ومنخفض التكلفة → PFC سلبي (المكثفات).

• للحصول على أحمال سريعة وديناميكية وغنية بالتوافقيات → PFC نشط (STATCOM/AHF).

• الأفضل للصناعات التي تحتوي على:

  • التغيرات السريعة في الأحمال (على سبيل المثال، الرافعات، وأفران القوس).

  • قواعد صارمة بشأن PF (تفرض شركات المرافق عقوبات على <0.9 PF).

  • التوافقيات العالية (محركات التردد المتغير، والمقومات، وأحمال تكنولوجيا المعلومات).