تعد أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية ضرورية في أنظمة الطاقة. دورهم الأساسي هو تعزيز عامل الطاقة في أنظمة التوريد والتوزيع, وبالتالي تحسين استخدام معدات الإرسال والمحطة الفرعية, زيادة الكفاءة الكهربائية, وتقليل تكاليف الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك, يمكن أن يؤدي تثبيت أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية الديناميكية في المواقع الاستراتيجية على طول خطوط النقل للمسافات الطويلة إلى تعزيز استقرار النظام, زيادة قدرة الإرسال, وتثبيت الجهد في الطرف المتلقي وفي جميع أنحاء الشبكة.

تطورت معدات تعويض الطاقة التفاعلية من خلال عدة مراحل تنموية. النموذج المبكر, المكثف المتزامن, كان ضخمًا ومكلفًا وقد تم التخلص التدريجي من التخلص التدريجي. الطريقة الثانية, باستخدام المكثفات تحويلة, يوفر مزايا التكلفة المنخفضة وسهولة التثبيت والاستخدام. لكن, بسبب التوافقيات المحتملة وقضايا جودة الطاقة الأخرى في النظام, أصبح استخدام المكثفات النقية أقل شيوعًا.

يتم اعتماد الطريقة الحالية لتعويض مكثف مفاعل السلسلة على نطاق واسع لتعزيز عامل الطاقة. لأنظمة المستخدم مع الإنتاج المستمر وتغير الحمل المنخفض, تعويض ثابت مع المكثفات الثابتة (FC) ينصح عمومًا. بدلاً عن ذلك, يعد التعويض التلقائي الذي يتحكم فيه المتواصل وتنفيذه في خطوات مناسبة لكل من أنظمة إمداد وتوزيع الجهد المتوسطة والمنخفضة.

يعد التعويض السريع ضروريًا عندما تكون تغييرات الحمل سريعة أو في وجود أحمال الصدمة, كما هو الحال في خلاطات صناعة المطاط, حيث تتقلب احتياجات الطاقة التفاعلية للنظام بسرعة. لكن, تحتفظ أنظمة التعويضات التلقائية للسلطة التفاعلية القياسية بالجهد المتبقي بعد الانفصال والإزالة من الشبكة. حجم هذا الجهد المتبقي لا يمكن التنبؤ به ويتطلب 1-3 دقائق للتفريغ. لذلك, يجب أن تنتظر إعادة الاتصال إلى الشبكة حتى يتم تقليل الجهد المتبقي إلى أقل من 50 فولت بواسطة مقاوم التفريغ الداخلي للمكثف, منع الاستجابة السريعة. علاوة على ذلك, إن وجود التوافقيات الكبيرة في النظام يعني أن أجهزة تعويض المرشح المنضبط LC, تضم المكثفات والمفاعلات في السلسلة, تتطلب قدرة كبيرة لضمان سلامة المكثف. هذا يمكن أن يؤدي أيضًا إلى التعويض المفرط في النظام, مما أدى إلى نظام تسعية.

معوض var static (SVC), نوع من جهاز تعويض الطاقة الفاعل الثابت, وهكذا تم تطويره. يتكون تكوينه النموذجي من مفاعل متحكم في ثايرستور (TCR) جنبا إلى جنب مع مكثف ثابت (FC) بنك, غالبًا ما تتطلب اتصال سلسلة مع نسبة معينة من المفاعلات. تكمن أهمية SVC في قدرتها على ضبط الطاقة التفاعلية باستمرار عن طريق تعديل زاوية التأخير التي تثير الثايرستور داخل TCR. تستخدم SVCs في المقام الأول في أنظمة توزيع الطاقة المتوسطة وعالية الجهد وهي مناسبة بشكل خاص للسيناريوهات ذات القدرات الكبيرة للحمل, القضايا التوافقية الشديدة, أحمال الصدمة, وارتفاع معدلات تباين الحمل, كما في مصانع الصلب, صناعة المطاط, المعادن غير الحديدية, معالجة المعادن, والسكك الحديدية عالية السرعة.

مع تقدم تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة, خاصة مع ظهور أجهزة IGBT وتقنيات التحكم المحسنة, ظهر نوع جديد من معدات تعويض الطاقة التفاعلية, تختلف عن التصميمات التقليدية القائمة على المكثفات والمفاعلات. هذا الجهاز هو مولد VAR الثابت (SVG), التي تستخدم تقنية التحكم في تعديل عرض النبض PWM إما لتوليد الطاقة التفاعلية السعة أو امتصاص القدرة التفاعلية الاستقرائية. على عكس الأنظمة التقليدية, لا تعتمد SVGs اعتمادًا كبيرًا على المكثفات ولكن على دوائر محول نوع الجسر باستخدام تقنية متعددة المستويات أو تقنية PWM, التخلص من الحاجة إلى حسابات مقاومة النظام أثناء الاستخدام. علاوة على ذلك, توفر SVGs فوائد بصمة أصغر والقدرة على ضبط الطاقة التفاعلية بسرعة وسلاسة على أساس ديناميكي مستمر, توفير تعويضات سعة ثنائية الاتجاه ومكثف.

التحليل المقارن لأجهزة تعويض الطاقة التفاعلية SVG و SVC

1. مبادئ مختلفة

أ. يمكن اعتبار SVC مصدر طاقة تفاعلي ديناميكي. بناءً على احتياجات اتصال الشبكة, يمكن إما توفير طاقة تفاعلية للسعة للشبكة أو امتصاص القدرة التفاعلية الاستقرائية الزائدة للشبكة. يتم تحقيق ذلك من خلال توصيل بنك مكثف, عادة بنك مرشح, إلى الشبكة. عندما لا تتطلب الشبكة الكثير من القوة التفاعلية, يتم امتصاص أي قوة تفاعلية سعة زائدة بواسطة مفاعل متوازي. يتم التحكم في التيار المفاعل بواسطة مجموعة صمام ثايرستور. عن طريق ضبط زاوية الطور من الثايرستور الذي يؤدي, يمكن تغيير قيمة RMS للتيار المتدفق من خلال المفاعل. هذا يضمن أن SVC في نقطة الوصول إلى الشبكة يوفر طاقة تفاعلية كافية لتثبيت الجهد داخل النطاق المحدد, وبالتالي تعويض قوة الشبكة التفاعلية.

ب. توظف SVG عاكس الجهد عالي الطاقة باعتباره جوهره. عن طريق ضبط سعة ومرحلة جهد إخراج العاكس, أو السيطرة مباشرة على السعة ومرحلة التيار AC, تمتص SVG بسرعة أو تنبعث من القوة التفاعلية اللازمة. هذا يتيح التنظيم السريع والديناميكي للطاقة التفاعلية.

2. سرعات استجابة مختلفة

تتراوح سرعة استجابة SVC بشكل عام بين 20-40 مللي ثانية, في حين أن استجابة SVG لا تتجاوز 10 مللي ثانية, السماح بقمع أكثر فعالية لتقلبات الجهد والميض. بنفس قدرة التعويض, يوفر SVG أفضل النتائج في تخفيف تذبذب الجهد وميض وميض.

3. خصائص جهد منخفضة مختلفة

يتصرف SVG مثل المصدر الحالي, مع قدرتها على الإخراج المتأثرة بجهد الحافلة. تمنح هذه الجودة SVG ميزة كبيرة في تطبيقات التحكم في الجهد. انخفاض جهد النظام, كلما أصبح تنظيم الطاقة التفاعلي الديناميكي الأكثر ضرورة. خصائص الجهد المنخفض المتفوقة من SVG تعني أن ناتجه للتيار التفاعلي مستقل عن جهد النظام. يمكن اعتباره يمكن التحكم فيه, مصدر تيار ثابت يستمر في تقديم التيار التفاعلي المقنن حتى عندما ينخفض ​​جهد النظام, إظهار القدرة الزائدة القوية. في المقابل, يعرض SVC خصائص المقاومة, مع سعة الإخراج تتأثر بشدة بجهد الحافلة. مع انخفاض جهد النظام, تتناقص قدرة SVC على إخراج التيار التفاعلي بشكل متناسب, عدم وجود القدرة على التعامل مع الأحمال الزائدة. بالتالي, تعويض الطاقة التفاعلي لـ SVG لا يتأثر بجهد النظام, في حين أن قدرة تعويضات SVC تنخفض خطيًا مع انخفاض جهد النظام.

4 أداء سلامة العمليات المختلفة

يأخذ SVC مفاعلات معدلة من ثايرستور ومكثفات متعددة كوسيلة رئيسية لتعويض الطاقة التفاعلية, وهو معرض للغاية لظاهرة تضخيم الرنين, مما يؤدي إلى حوادث السلامة, وعندما يتقلب جهد النظام بشكل كبير, يتأثر تأثير التعويض إلى حد كبير, وفقدان العملية كبير; المكثفات الداعمة SVG لا تحتاج إلى إعداد بنك مرشح, وظاهرة تضخيم الرنين غير موجودة, و SVG هو جهاز تعويض من النوع النشط, وهو جهاز مصدر حالي يتكون من IGBT, وهو جهاز قابل للتبديل, وبالتالي تجنب ظاهرة الرنين وتحسين أداء سلامة التشغيل بشكل كبير. SVG هو جهاز تعويض نشط, وهو جهاز مصدر حالي يتكون من جهاز IGBT قابل للتبديل, وبالتالي تجنب ظاهرة الرنين وتحسين أداء سلامة التشغيل بشكل كبير.

5. الخصائص التوافقية المختلفة

توظف SVC مقومات سيليكون محكومة (SCR) لإدارة المعاوقة الأساسية للمفاعل. هذا لا يجعل الأمر عرضة فقط لتوافقيات النظام ولكنه يؤدي أيضًا إلى توليد عدد كبير من التوافقيات. للتخفيف من هذا, يجب إقران SVC مع بنك مرشح للقضاء على انبعاثاته التوافقية الخاصة به. على الجانب الآخر, تستخدم SVG تقنية جسر أحادية الطور من ثلاثة مستويات, قادرة على إنتاج أشكال موجة الجهد المكونة من خمسة مستويات في مرحلة واحدة, ويستخدم طرق تعديل النبض في طور الناقل. هذا النهج يجعل SVG أقل تأثراً بتوافقيات النظام وحتى تمكنه من قمعها. يقلل SVG بشكل كبير من المحتوى التوافقي في تيار التعويض عن طريق دمج تقنيات مثل الضرب, متعدد المستويات, أو تعديل عرض النبض, تقديم ميزة على SVC.

6. متطلبات الفضاء المختلفة

تحتل SVG مساحة هي 1/2 ل 2/3 أصغر من سعة SVC عند توفير نفس قدرة التعويض. إن استخدام SVG لعدد أقل من المفاعلات والمكثفات يقلل بشكل كبير من حجم الجهاز وتصميمه. في المقابل, مفاعلات SVC ليست أكبر فحسب ، بل تتطلب أيضًا مساحة أكبر للتثبيت, مما أدى إلى انبعاثات عامة أكبر.