تأثير الحوكمة والاحتياطات الخاصة بـ SVG ذات الجهد المتوسط والعالي في الصناعة المعدنية

إن الصناعة المعدنية هي "منطقة متأثرة بشدة بجودة الطاقة" بشكل نموذجي، وهي أيضًا المكان الذي يمكن أن توفر فيه مولدات الطاقة الشمسية الفوائد الأكثر أهمية.

سيتم تقسيم شرحي إلى قسمين رئيسيين: تأثيرات الحوكمة و الاعتبارات الرئيسية .

الجزء الأول: تأثيرات حوكمة مولدات الطاقة الشمسية متوسطة وعالية الجهد في الصناعة المعدنية

تتميز عمليات الإنتاج مثل أفران القوس الكهربائي (EAF) وأفران المغرفة (LF) ومصانع الدرفلة (وخاصة مصانع الترددية) بخصائص تحميل عشوائية وسريعة ومندفعة مما يسبب مشاكل خطيرة في جودة الطاقة للشبكة. مولد الطاقة المتغيرة (SVG) متوسط الجهد إلى عالي الجهد، كجهاز تعويض ديناميكي للقدرة التفاعلية يعتمد على تقنية إلكترونيات الطاقة، مع... وقت استجابة سريع للغاية (<1 مللي ثانية)، ودقة تحكم عالية، وتنظيم مستمر للقدرة التفاعلية ثنائية الاتجاه (سعوي/حثي) ، هو الحل الأمثل لهذه المشاكل.

وتتجلى تأثيرات الحوكمة المحددة في الجوانب التالية:

1. تحسين كبير في معامل القدرة، وتجنب العقوبات والحصول على الخصومات

• مشكلة: تتطلب المعدات مثل فرن القوس الكهربائي كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية أثناء فترة الانصهار، مما يؤدي إلى عامل قدرة منخفض للغاية للنظام (يمكن أن ينخفض إلى أقل من 0.5)، وهو أقل بكثير من متطلبات سلطات إمداد الطاقة (عادة ما يكون مطلوبًا أن يكون أعلى من 0.9 أو 0.95).

• تأثير SVG: يستطيع مُولِّد الطاقة التفاعلية (SVG) رصد الطلب على الطاقة التفاعلية للنظام آنيًا، ويُولِّد أو يمتص فورًا كميةً مُكافئةً من الطاقة التفاعلية السعوية أو الحثية، مما يُثبِّت مُعامل القدرة فوق 0.95 أو حتى قريبًا من 1.0. هذا يُجنِّب مباشرةً غرامات فواتير الكهرباء الباهظة في حال عدم الامتثال، بل ويُمكِّن من الحصول على خصومات في العديد من المناطق، مما يُؤدِّي إلى فترة استرداد استثمار قصيرة جدًا.

2. قمع فعال لتقلبات الجهد والوميض

• مشكلة: تُعدّ تقلبات الجهد الكهربائي والتذبذبات من أبرز مشاكل جودة الطاقة وأكثرها تحديًا في صناعة المعادن. تُسبب الصدمات التفاعلية اللحظية والكبيرة، مثل قصر دوائر الأقطاب الكهربائية في أفران القوس الكهربائي أو مصانع الدرفلة التي تُثقب الفولاذ، تغيرات سريعة في جهد الشبكة، مما يؤدي إلى تذبذب الضوء ويؤثر بشكل خطير على التشغيل العادي للمعدات الحساسة الأخرى على نفس الخط.

• تأثير SVG: بفضل سرعة استجابة SVG الفائقة، يمكنه التقاط كل نبضة طاقة تفاعلية، وتوصيل التيار التفاعلي المطلوب خلال دورة تردد طاقة واحدة (أو حتى أسرع)، مما يسد فجوة الطاقة التفاعلية. وبالتالي، يُخفّض تقلبات الجهد وقيم الوميض (مثل Pst) عند قضيب التوصيل إلى الحدود المسموح بها وفقًا للمعايير الوطنية (مثل GB/T 12326). وهذا أمر لا تستطيع أجهزة التعويض البطيئة، مثل مكثفات الثايرستور المُبدّلة (TSCs) التقليدية، تحقيقه.

3. تثبيت جهد النظام، وتعزيز موثوقية مصدر الطاقة

• مشكلة: يمكن أن تؤدي التقلبات الشديدة في الجهد الكهربائي إلى رحلات أو أعطال في المعدات الحساسة مثل أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأنظمة الكمبيوتر ومحركات الأقراص، مما يؤدي إلى انقطاع الإنتاج وخسائر اقتصادية كبيرة.

• تأثير SVG: من خلال دعم الجهد بشكل ديناميكي عند نقطة الاقتران المشترك (PCC)، يعمل SVG بمثابة "مثبت جهد سريع"، مما يوفر بيئة جهد مستقرة للأحمال الحرجة داخل المصنع، مما يقلل بشكل كبير من وقت التوقف غير المخطط له، ويحسن استمرارية الإنتاج الشاملة والكفاءة.

4. التخفيف من اختلال التوازن ثلاثي المراحل

• مشكلة: يمكن أن يؤدي تشغيل الأحمال الكبيرة أحادية الطور (مثل EAFs) في الخطوط المعدنية إلى اختلال شديد في التيار ثلاثي الطور، مما يؤدي إلى زيادة خسائر الخطوط والمحولات، وحتى التسبب في سوء تشغيل نظام الحماية.

• تأثير SVG: تتمتع SVGs المتقدمة بالقدرة على التعويض لكل مرحلة، مما يسمح لها بالتحكم بشكل مستقل في خرج التيار التفاعلي في كل مرحلة، وبالتالي تعويض التيار التفاعلي غير المتوازن وتحسين عدم التوازن في المراحل الثلاث بشكل فعال.

5. زيادة سعة تحميل المحولات وخطوط النقل

• مشكلة: إن انخفاض معامل القدرة يعني تدفق تيار تفاعلي كبير عبر المحولات والخطوط، مما يشغل موارد السعة القيمة، ويتسبب في وصول المحولات والخطوط إلى الحمل الكامل قبل الأوان، ومنع إمداد الطاقة للأحمال الإضافية.

• تأثير SVG: يوفر مولد الطاقة الشمسية (SVG) طاقة تفاعلية محليًا، مما يعني عدم الحاجة لنقل التيار التفاعلي من الشبكة البعيدة. هذا يُحرر سعة المحولات والخطوط، مما يسمح باستخدام المزيد من السعة لنقل الطاقة الفعالة، مما يعزز قدرة محطات الطاقة الحالية على تحمل الأحمال، ويُؤخر الاستثمار في توسيع السعة.

6. قدرة معينة على التعويض التوافقي (وظيفة التصفية النشطة)

• ملحوظة: الوظيفة الأساسية لـ SVG القياسي هي تعويض القدرة التفاعلية. ومع ذلك، من خلال تحسين خوارزميات التحكم وسعة التحميل الزائد للأجهزة، يمكنه تعويض بعض التوافقيات (عادةً من المرتبة الثانية إلى الثالثة عشرة) أثناء إجراء تعويض القدرة التفاعلية. غالبًا ما تُسمى هذه الوظيفة بـ SVG "الهجين" أو "المُحسَّن". بالنسبة للمواقع ذات التشوه التوافقي الشديد، يُنصح باستخدام مُرشِّح ترددات مُخصص مع SVG.

الجزء الثاني: الاعتبارات الرئيسية للتقديم الجهد المتوسط والعالي SVG

يتطلب استخدام محركات SVG في ظروف التشغيل القاسية للصناعات المعدنية عناية فائقة في الاختيار والتركيب والصيانة. وعدم القيام بذلك قد لا يؤدي فقط إلى عدم تحقيق النتائج المرجوة، بل قد يؤدي أيضًا إلى تعطل المعدات. فيما يلي النقاط المهمة التي يجب مراعاتها:

1. المسح الأولي للموقع واختيار السعة أمران في غاية الأهمية

• تحليل خصائص الحمل: يعد اختبار جودة الطاقة التفصيلي للحمل المستهدف (على سبيل المثال، EAF) أمرًا ضروريًا لتحليله تأثير القدرة التفاعلية، معدل التغير، الطيف التوافقي، قيم وميض الجهد ، إلخ. يجب أن تلبي سعة SVG الحد الأقصى لطلب التأثير على القدرة التفاعلية بهامش يتراوح بين 15% إلى 20%.

• معلمات النظام: توضيح مستوى جهد الشبكة، وسعة الدائرة القصيرة، ومعلمات المحول الرئيسي، وما إلى ذلك، لضمان إمكانية دمج SVG بأمان وعملها بشكل فعال.

2. اختيار نقطة التثبيت (الحرجة)

• مبدأ: "التعويض عند مصدر التلوث"، أي التعويض المحلي.

• الموقع الأمثل: يجب أن يكون أقرب ما يمكن إلى قضيب ناقل الحمل التصادمي، على سبيل المثال، متصلاً مباشرةً بقضيب ناقل الفرن الكهربائي الكهربي أو محول الدرفلة. يضمن هذا أقصر مسار لتدفق التيار التفاعلي، وتأثير تعويض مباشر، ويجنب دوران الطاقة التفاعلية داخل الشبكة الداخلية للمصنع.

• خطأ شائع: إن تركيب SVG في ناقل المحطة الفرعية الرئيسي (جانب الجهد المنخفض للمحول الرئيسي) يمكن أن يحسن معامل القدرة للشبكة العلوية ولكنه يقلل بشكل كبير من فعاليته في قمع تقلبات الجهد والوميض على ناقل المحطة الداخلية الأخرى.

3. مراعاة كاملة للبيئة المعدنية القاسية

• تصميم نظام التبريد: يتكون قلب مولدات SVG من أجهزة عالية الطاقة، مثل ترانزستورات IGBT، والتي تُولّد حرارة عالية. تتميز ورش المعادن بدرجات حرارة محيطة عالية، وهي مليئة بالغبار، بما في ذلك غبار المعادن الموصلة. يجب أن يكون نظام تبريد خزانة مولدات SVG (عادةً ما يكون مبردًا بالماء) متينًا وموثوقًا، ويتطلب صيانة دورية لمنع تلف الجهاز أو انخفاض تصنيفه بسبب ارتفاع درجة حرارته.

• تصنيف الحماية: يجب أن تتمتع الخزانة بتصنيف حماية الدخول (IP) المرتفع (على سبيل المثال، IP54) لمنع دخول غبار المعدن الموصل والغازات المسببة للتآكل، مما قد يتسبب في حدوث ماس كهربائي في لوحة الدوائر المطبوعة أو تآكل المكونات.

• التوافق الكهرومغناطيسي (EMC): التداخل الكهرومغناطيسي شديد الخطورة في البيئات المعدنية. يجب أن يكون نظام التحكم في SVG ودوائر أخذ العينات CT/PT مزوّدة بحماية كهرومغناطيسية شاملة وتدابير مضادة للتداخل لضمان دقة إشارات التحكم.

4. تكامل النظام وتنسيق الحماية

• التوافقيات الخلفية: قبل تشغيل مولد الطاقة الشمسية (SVG)، يجب تقييم جهد التوافقيات الخلفية في الشبكة. قد يؤدي التشوه المفرط في جهد التوافقيات الخلفية إلى زيادة التيار في مولد الطاقة الشمسية (SVG). قد يلزم تركيب فروع ترشيح.

• إعدادات الحماية: يجب تنسيق إعدادات حماية SVG (التيار الزائد، والجهد الزائد، والجهد المنخفض، وما إلى ذلك) مع قواطع الدائرة وأجهزة الحماية الموجودة أعلى التيار لتجنب الرحلات الخاطئة أو الفشل في التشغيل.

5. التشغيل والصيانة المهنية

• التفتيش الدوري: يجب أن يكون هناك فريق صيانة محترف للتحقق بشكل منتظم من ضغط نظام تبريد المياه ومستواه ودرجة حرارته؛ وفحص تقاسم الجهد لوحدات الطاقة؛ وتنظيف المرشحات، وما إلى ذلك.

• تحليل البيانات: مُجمّعات الطاقة الشمسية الحديثة مُجهّزة بوظائف مُتقدّمة لمراقبة جودة الطاقة. يجب تنزيل بيانات التشغيل وتحليلها بانتظام لتقييم فعالية التعويض والتنبؤ بالأعطال المُحتملة.

6. التنسيق مع أجهزة التعويض الموجودة

• تمتلك العديد من مصانع المعادن أجهزة تعويض مثل TSC/FC. النهج المعقول هو استخدام يعوض TSC عن القدرة التفاعلية الأساسية المتغيرة ببطء، بينما يعوض SVG عن القدرة التفاعلية السريعة والاندفاعية يمكن تحقيق الفعالية من حيث التكلفة والأداء التعويضي الأمثل من خلال التحكم المنسق في TSC + SVG من خلال وحدة التحكم الرئيسية.

ملخص

يُعدّ مولد الجهد المتوسط-العالي SVG أداةً فعّالة لحل مشاكل جودة الطاقة الأساسية في صناعة المعادن. ومن فوائده: تحسين استمرارية الإنتاج، وتوفير تكاليف الكهرباء، وإطالة عمر المعدات، والتوافق مع الشبكة - تتجاوز بكثير تكلفة الاستثمار الأولية.

إن سر التطبيق الناجح يكمن في: تحليل دقيق للحمل، واختيار القدرة العلمية، وموقع التثبيت الصحيح، والتصميم الموثوق به الذي يتكيف مع البيئات القاسية، والصيانة المهنية بعد التشغيل. من خلال تنفيذ كل هذه الخطوات بشكل صحيح فقط، يمكن لـ SVG تقديم قيمتها الهائلة من الاستقرار والكفاءة وتوفير الطاقة في صناعة المعادن "المتعطشة للطاقة" المتطلبة.