الاثنين، 8 يونيو 2020

معوضات القدرة الغير الفعالة Reactive Power في الشبكات الكهربائية

الدرس السابق:دور القدرة الغير الفعالة فى خطوط النقل الكهربائية.

معوضات القدرة الغير الفعالة Reactive Power في الشبكات الكهربائية.

محتويات الدرس:
مقدمة
     1- الفرق بين مرور الــ P ومرور الــ Q فى الخطوط الكهربائية.    
     2- الهدف من استخدام  تقنيات معوضات القدرة الغير الفعالة .
     3- التحكم فى عناصر الشبكة.
     4-الأجهزة التقليدية للتحكم فى تدفق Reactive Power Q .

مقدمة:
    بدلا من جعل الــ Reactive Power Q تسير على الخط الناقل بين المصدر والحمل فإننا نركب أجهزة بتقنيات متنوعة لنحصل منها على الــ Q المطلوبة عند الحمل مباشرة بدلا من الحصول عليها من مصدر القدرة ، وهذا يعنى أن الخط الواصل بين المصدر والحمل سيصبح مخصصا للقدرة الفعالة فقط وبالتالى تتحسن مشكلة الهبوط فى الجهد .     إضافة إلى أن المصدر لم يعد مطالبا بإمداد الحمل بالــ Q وهذا سيجعل P = S ومن ثم يمكن تغذية أحمال أخرى.

   وقد ظهرت هذه التقنيات مع ظهور مايسمى بـــ FACTS  Flexible AC Transmission System  ، أو منظومة نقل التيار المتردد المرنة ، وهى ببساطة مجموعة تقنيات (أجهزة) متنوعة تعتمد على استخدام معدات إلكترونية عالية القدرة high Power  مثل الـــ SCR وذلك مع أساليب التحكم المتطورة من أجل التحكم أساسا فى الــ Reactive Power  بالإضافة للتحكم أيضا فى القدرة الفعالة وقيمة الـــ X وقيمة الــــ Phase Angle  بين المحطات .

1- الفرق بين مرور الــ P ومرور الــ Q فى الخطوط الكهربائية:

   فى الشكل التالي نموذج مبسط لخط نقل :

  فإذا فرضنا أن مقاومة الخط مهملة ، فإن القدرة الفعالة وغير الفعالة المولدة من المصدر ، والمستقبلة بواسطة الأحمال تمثل بالمعادلات التالية:

  ومن هذه المعادالت يتبين: 
     1 -أن القدرة الفعالة الصادرة من المصدر والقدرة الواصلة للحمل متساويتان (بإهمال مقاومة الخط). 
     2 -أن هناك فرق بين القدر ة غير الفعالة الصادرة والواصلة حيث QS أكبرمن QR.
     3 -لا يمكن نقل الــ Q لمسافات طويلة على الخطوط حيث تتميز هذه الخطوط بارتفاع نسبة X/R  وهذا يعنى أن الخطوط نفسها صارت "Big Sink" أي تبتلع كمية كبيرة من الـــ Q حيث X I² المستهلكة فى الخط كبيرة جدا وبالتالى صارت كفاءة النقل ضعيفة جدا.
     4 -يترتب على الملاحظة السابقة أن الحل الوحيد لتعويض الــ Reactive Power هو استخدام تقنيات معوضات محلية عند نقاط الأحمال. 

2 الهدف من استخدام هذه التقنيات: 

    1 -زيادة القدرة المنقولة من القدرة الكهربائية لتصل إلى الحدود القصوى للتحمل الحرارى لتلك الخطوط وذلك بجعلها مخصصة فقط لنقل القدرة الفعالة ، وبدون أن تحملها بالقدرة غير الفعالة . وهذا يعنى عدم الحاجة لإضافة خطوط جديدة قد تحتاج لأراضى وأبراج وموصلات.
    2 -تحسين الجهود عند نقاط الشبكة المختلفة . 
    3 -التحكم فى مسار ات القدرة دون الاضطرار لإنشاء محولات Phase Shifting   مثلا.

    هذه الأجهزة تركب على خطوط نقل القدرة ذات التيار المتردد فتساهم بمرونة وسلاسة فى التحكم فى القدرة المنقولة عبر خطوط التيار المتردد ، على سبيل المثال يمكنها أن تتحكم فى الــ Reactive Power  المنقولة عبر هذه الخطوط ومن ثم تزيد من استقرار جهد المنظومة الكهربائية.

   و حيث أن المنظومة الكهربائية التقليدية من مولدات ومحولات وخطوط وغيره لا يمكن تغيير الــ Parameters الرئيسية بها مثل الجهد والمعاوقة Impedance والــ  Phase Angle الا من خلال فتح قواطع أو غلقها أو تركيب خطوط/مولدات/محولات جديدة وكل هذه أمور مكلفة جدا وتحتاج لوقت وأراضى واستثمارات ، أما مع استخدام هذه الأجهزة الحديثة فيمكن تحقيق نفس الأهداف ولكن إلكترونيا باستخدام تقنيات ومعدات الــ Facts ومن هنا سميت بهذا الاسم ويعنى Flexible AC Transmission System أو الخطوط المرنة لنقل التيار المتردد. 

3 التحكم فى عناصر الشبكة:

   ولتنفيذ الأهداف السابقة على أرض الواقع ، هناك العديد من الأجهزة التى يمكن استخدامها. منها على سبيل المثال:
     1 -أجهزة تقليدية مثل :
            Synchronous Generator .1.
            Synchronous Motors .2.
            Shunt Reactors .3.
            Series Capacitors .4.
            Shunt Capacitors .5 .
    2 - -أجهزة حديثة تندرج ضمن مجموعة الـــ FACTS مثل:
            Static VAR Compensator, SVC .6
            Static Synchronous Compensator, STATCOM .7
            Static Synchronous Series Compensator, SSSC .8
            Unified Power Flow Controller, UPFC .9 

  وهذه الأجهزة - سواء القديمة أو الحديثة - تساعد فى التحكم فى قيم ثلاثة عناصر رئيسية هى:
     1 -الجهد .
     2- Phase angle .
     3-  المعاوقة X.

   وسنرى أن الأجهزة التسعة السابقة يمكنها التغيير والتحكم فى القيم الثلاثة السابقة كما أنها تتشابه جميعا فى امتلاك القدرة على التحكم فى قيم الــ Reactive Power  ، ولذلك يطلق عليها مصطلح عام هو : "معوضات القدرة غير الفعالة" أو Reactive Power  Compensators.

   والفرق بين الأجهزة التقليدية (من 1 إلى 5) والأجهزة الحديثة (من 6 إلى 9) هو أن التقنية الحديثة تحقق كل الأهداف بتكلفة ومفاقيد أقل كثيرا من الأساليب التقليدية.

   فكيف يتم التحكم فى الــ Reactive Power  ؟ هذا ما سنعرضه بأسلوب مبسط للأدوات التسعة السابقة . 


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق