يعمل المرشح التوافقي النشط على تقليل الوميض الناتج عن إنتاج الرادياتير — بلجيكا
| منشأة | مصنع الرادياتير – 55,000 م², بلجيكا. ستة خطوط إنتاج, ~ 5000 مشعات / يوم |
| الأحمال المزعجة | المطابع, آلات لحام التماس, آلات اللحام البقعي - أحمال متقطعة عالية الطاقة |
| وميض من قبل | Pشارع الوصول إلى القمم 1.6 - قياس 2009 |
| حد المنفعة المطلوبة | Pشارع 95النسبة المئوية ≥ 0.7 - في 50160 / IEC 61000-3-7 نطاق |
| حل | ستة مرشحات توافقية نشطة (مؤسسة الحرمين) الوحدات — 2.1 MVAr إجمالي التعويض التفاعلي المستمر |
| وميض بعد | Pشارع باستمرار أدناه 0.63 - تم التحقق منها بشكل مستقل |
| تم تحقيق التخفيض | Pشارع خفضت بأكثر من 60% - من 1.6 إلى الأسفل 0.63 |
| أثر جانبي | بيئة إنتاج مستقرة - تم تقليل تقلبات الجهد عبر جميع الخطوط الستة في وقت واحد |
01 السياق - وميض من اللحام الصناعي
يعد الوميض — وهو التغير الملحوظ في خرج الضوء الناتج عن التقلبات السريعة في الجهد — أحد أكثر مشكلات جودة الطاقة حساسية في البيئات الصناعية. على عكس التوافقيات, والتي تؤثر على المعدات بشكل مباشر, وميض هو في المقام الأول مشكلة الإدراك البشري: يمكن أن تؤدي تقلبات الجهد الناتجة عن العمليات الصناعية إلى تعديل الضوء المرئي في منازل ومكاتب العملاء الآخرين المتصلين بنفس شبكة التوزيع, حتى عندما يكون هؤلاء العملاء’ المعدات الخاصة غير مزعجة تمامًا.
تعد عمليات اللحام من بين مصادر الوميض الأكثر إنتاجًا في الصناعة. لحام بقعة المقاومة ولحام التماس رسم كبير, نبضات تيار تفاعلية متكررة - كل نبضة لحام تسحب آلاف الأمبيرات لجزء من الثانية, إنشاء انخفاض في الجهد عند نقطة الاقتران المشترك الذي يعدل جهد الإمداد بمعدل يحدده معدل تكرار اللحام. عندما ينخفض معدل التكرار في النطاق من 1 إلى 15 هرتز — نطاق تردد ذروة الحساسية البصرية البشرية كما يتميز بها مقياس الوميض IEC — يمكن أن يكون تعديل الضوء الناتج ملموسًا لجميع العملاء على نفس محول التوزيع.
إن مصنع الرادياتير الذي يقوم بتشغيل ستة خطوط إنتاج لحام في وقت واحد لا يمثل مجرد مشكلة ضوضاء أو انبعاث لجيرانه المباشرين - بل هو مصدر اضطراب متصل بالشبكة يؤثر على كل عميل متصل بنفس محول الجهد المتوسط/المنخفض. عندما ينمو المجتمع المحلي ويتصل العملاء الجدد بنفس المحول, يتقلص هامش الوميض — ما كان مقبولًا في السابق يصبح غير متوافق عندما يزيد وميض الخلفية من مصادر أخرى. وهذا هو بالضبط ما حدث هنا: أجبر التوسع المجتمعي المرافق على تشديد حد انبعاث الوميض, مما يجعل الانبعاثات المسموح بها سابقًا غير مقبولة.
02 مشكلة – صشارع 1.6 ضد حد 0.7
مصنع المبرد في بلجيكا — أ 55,000 منشأة متر مربع تنتج تقريبًا 5,000 مشعات يوميًا عبر ستة خطوط إنتاج - تحتوي على مزيج حمل كان يتطلب بطبيعته من منظور جودة الطاقة. المطابع, آلات لحام التماس, وتعمل آلات اللحام البقعي في وقت واحد عبر جميع الخطوط الستة, يسحب كل منها نبضات تيار تفاعلي متقطعة كبيرة تنتج انخفاضات كبيرة في الجهد في محطة التغذية الفرعية.
القياسات الميدانية في 2009 أظهر Pشارع (شدة وميض على المدى القصير) القيم مع الوصول إلى القمم 1.6. إن 50160 حد التخطيط للوميض عند نقطة الجهد المتوسط للاقتران المشترك هو عادةً Pشارع ≥ 0.7 تم تقييمها كقيمة مئوية 95 خلال فترة مراقبة مدتها أسبوع واحد. وكان المصنع يتجاوز هذا الحد بمعامل أكثر من 2 في ظروف الذروة - مما يتسبب في وميض الضوء المرئي في المباني التجارية والسكنية المجاورة عندما تعمل خطوط لحام متعددة في وقت واحد.
التحدي المذكور في هذه الحالة - “الحمل المتقلب بسرعة والعديد من أنماط التحميل المختلفة” - هي الصعوبة الأساسية في تخفيف وميض اللحام. آلة لحام واحدة تنتج ما يمكن التنبؤ به, توقيع وميض متكرر. ستة خطوط لحام تعمل في وقت واحد تنتج مجمعًا, مجموعة عشوائية من نبضات التيار المتداخلة بمعدلات ومراحل تكرار مختلفة - تقلب الجهد الناتج في المحطة الفرعية ليس دوريًا ولا يمكن التنبؤ به من خلال خصائص الحمل الفردية وحدها. قد يكون نظام التعويض الذي يصلح لسيناريو تشغيلي واحد غير مناسب لسيناريو تشغيل آخر. ولهذا السبب تم الاستشهاد بوقت استجابة مؤسسة الرعاية الصحية لمرضى الإيدز (AHF) على وجه التحديد باعتباره متطلبًا بالغ الأهمية: يجب أن يتتبع النظام تقلبات الجهد الفعلي في الوقت الفعلي, ليس ملف تعريف تحميل متوقعًا أو متوسطًا.
03 الحل — الترشيح التوافقي النشط عند 2.1 MVAr
لماذا يستخدم المرشح التوافقي النشط - وليس مرشح SVC أو مرشح سلبي
وكان الحل الذي تم اختياره هو ستة مرشح توافقي نشط (مؤسسة الحرمين) الوحدات التي توفر ما مجموعه 2.1 MVAr التعويض التفاعلي المستمر. تم اختيار نهج AHF بدلاً من البدائل - مرشحات LC السلبية, SVCs التي تسيطر عليها الثايرستور, أو مكثفات تصحيح معامل القدرة القياسية - لسبب محدد: وقت الاستجابة.
- مرشحات LC السلبية - التعويض التفاعلي الثابت, ضبطها على ترددات توافقية محددة. لا يمكن الرد على مؤشر ستوكاستيك, تقلبات الأحمال متعددة الأنماط لستة خطوط لحام متزامنة
- SVC التي تسيطر عليها الثايرستور - يقوم بتحديث زاوية إطلاق النار في كل نصف دورة (8.3 مللي في 60 هرتز, 10 مللي في 50 هرتز). لأحمال اللحام ذات فترات نبضية قصيرة تصل إلى بضع دورات, يعني تأخير استجابة SVC أن التعويض يصل بعد حدوث الاضطراب بالفعل - كما هو موضح في مقال نظرة عامة على IPQDF PQ حول تخفيف الوميض
- تصفية متناسق النشطة (مؤسسة الحرمين) - يستخدم تبديل IGBTs بتردد عالٍ لحقن تيار تفاعلي يتم التحكم فيه بدقة على أساس كل دورة على حدة. وقت الاستجابة أقل من مللي ثانية - وهو سريع بما يكفي لتتبع الشكل الموجي لتيار اللحام الفعلي وإلغاء مكونه التفاعلي قبل أن يتمكن من إنتاج انخفاض جهد قابل للقياس في ناقل المحطة الفرعية
يقوم المرشح التوافقي النشط بقياس التيار الذي يسحبه الحمل غير الخطي بشكل مستمر. يقوم معالج الإشارات الرقمية بحساب, في الوقت الحقيقي, مكونات التيار التفاعلي والتوافقي التي يرسمها الحمل. يقوم AHF بعد ذلك بحقن تيارات تفاعلية وتوافقية متساوية ومعاكسة في الشبكة - مما يجعل آلات اللحام تبدو بشكل فعال كأحمال مقاومة لشبكة الإمداد. يستقر الجهد عند نقطة الاتصال لأن نبضات التيار التفاعلي الكبيرة يتم الآن تداولها داخل AHF بدلاً من سحبها من مقاومة الشبكة. النتيجة: يتم التخلص من قطرات الجهد التي كانت تسبب الوميض من المصدر, بغض النظر عن مجموعة خطوط اللحام التي تعمل في وقت واحد.
تكوين النظام
يتكون التثبيت من ست وحدات AHF - واحدة لكل خط إنتاج - بحجم يتناسب مع الطلب التفاعلي المحدد لذلك الخط. إجمالي قدرة التعويض المثبتة 2.1 يعكس MVAr المستمر الطلب التفاعلي الإجمالي لستة خطوط لحام متزامنة عند الإنتاج الكامل. يعمل النظام بعناصر تحكم أوتوماتيكية بالكامل وتبريد سلبي, لا تتطلب صيانة دورية ولا تدخل المشغل. ويمكن أن يعمل بشكل مستقل تمامًا أو متكامل مع أنظمة SCADA وأنظمة المراقبة الموجودة في المصنع.
04 النتائج – صشارع أقل 0.63 في جميع تكوينات التشغيل
بعد تثبيت نظام AHF, حقق المصنع باستمرار Pشارع القيم أدناه 0.63 - بغض النظر عن عدد خطوط اللحام التي تعمل في وقت واحد وبغض النظر عن مزيج الإنتاج في كل خط. هذا هو الاختبار الحاسم: كان طلب المرافق هو أن Pشارع 95لا تتجاوز القيمة المئوية 0.7, ويجب على مؤسسة الرعاية الصحية لمرضى الإيدز (AHF) تحقيق ذلك عبر مجموعة كاملة من سيناريوهات التشغيل, ليس فقط في ظل حالة التحميل الأسوأ أو الأفضل.
تم إجراء قياسات ما بعد التثبيت من قبل استشاريين خارجيين وتمت الموافقة عليها من قبل المرافق المحلية - ولم يتم قياسها والإبلاغ عنها من قبل الشركة المصنعة لـ AHF وحدها. وهذا تمييز مهم في المصداقية: توفر قياسات الوميض التي تم التحقق منها بشكل مستقل ضمانًا بأن Pشارع التخفيض حقيقي, قابلة للتكرار, وليس نتيجة لظروف القياس أو سيناريوهات التشغيل المختارة بعناية. قبلت المرافق هذه القياسات كدليل على الالتزام بحد الانبعاثات الذي طلبته.
الآثار الجانبية لاستقرار الإنتاج
أبعد من تحقيق الامتثال, حصل المصنع على فائدة تشغيلية غير متوقعة: استقرار جهد الإنتاج عبر جميع الخطوط الستة في وقت واحد. عندما تقوم آلات اللحام بسحب نبضات تيار تفاعلية كبيرة, لا يؤدي انخفاض الجهد الناتج إلى وميض الشبكة الخارجية فحسب، بل يتسبب أيضًا في تغيرات الجهد الداخلي التي يمكن أن تؤثر على اتساق عملية اللحام نفسها. من خلال القضاء على نبضات التيار التفاعلي عند المصدر, قام AHF في نفس الوقت بإزالة اختلافات الجهد الداخلي, تحسين اتساق جودة اللحام وتقليل التباين في الطاقة المقدمة لكل دورة لحام. وكانت هذه الفائدة التشغيلية - تحسين جودة العملية - نتيجة مباشرة لتخفيف PQ, ليس هدف التصميم المقصود.
05 منظور جودة الطاقة
توضح دراسة الحالة هذه البعد المجتمعي لجودة الطاقة الصناعية - وهو البعد الذي يسهل التغاضي عنه عندما يتم تأطير PQ كمشكلة حماية المعدات فقط. لم تكن آلات اللحام في مصنع الرادياتير معطلة. لم يكن المصنع يعاني من مشاكل الإنتاج الداخلي من وميض خاص به. وكانت المشكلة تواجه الخارج تماما: وكانت تقلبات الجهد على شبكة التوزيع المشتركة تؤثر على العملاء المجاورين الذين ليس لديهم أي اتصال بعملية الإنتاج في المصنع.
من منظور هندسة توزيع المرافق, يعد هذا أحد سيناريوهات إدارة الوميض الأكثر شيوعًا والأكثر صعوبة: عميل صناعي حالي كانت أحماله مقبولة عند الاتصال, ولكن انبعاثاتها الوميضة تتجاوز حدود التخطيط مع نمو المجتمع ومشاركة العملاء الجدد في نفس البنية التحتية للتوزيع. خيارات المرافق في هذا السيناريو محدودة - فلا يمكنها رفض التوريد للعملاء الجدد, ولا يمكنهم بسهولة تعزيز الشبكة للقضاء على الاقتران بين العملاء الحاليين, ولا يمكنهم إجبار العميل الصناعي على خفض الإنتاج. المسار الوحيد القابل للتطبيق هو مطالبة العميل الصناعي بتخفيف انبعاثاته - وهو ما حدث هنا.
إن الإشارة المحددة لوقت استجابة AHF باعتباره معيار الاختيار الرئيسي تتوافق تمامًا مع منظور جانب المنفعة في تقنية تخفيف الوميض. يقوم SVC الذي يتم التحكم فيه بالثايرستور - وهي تقنية تخفيف الوميض التقليدية للأفران القوسية وأجهزة اللحام الكبيرة - بتحديث مخرجاته التفاعلية كل نصف دورة. لحام البقعة الذي تكون مدة نبضه 3-5 دورات, يقوم SVC بتعويض النبضة السابقة بينما تكون النبضة التالية قد بدأت بالفعل. مؤسسة الرعاية الصحية الأولية, مع استجابة أقل من مللي ثانية, يعوض التيار الفعلي في الوقت الحقيقي. المقايضة هي التكلفة والتعقيد: ل 2.1 يعد تركيب MVAr AHF أكثر تكلفة بكثير من تركيب SVC مماثل, وتتطلب إلكترونيات الطاقة المعتمدة على IGBT بيئة أكثر تحكمًا من صمامات الثايرستور في SVC. لمصنع يحتوي على العديد من آلات اللحام الصغيرة التي تنتج العشوائية, أنماط التحميل المتداخلة, إن قدرة التتبع في الوقت الفعلي لـ AHF تبرر القسط. لفرن قوسي كبير واحد مع دورة تحميل أكثر قابلية للتنبؤ, قد يكون SVC أو STATCOM هو الخيار الأكثر اقتصادا.
المراجع
- فلاتر متناسق النشطة. AHF تقلل الوميض الناتج عن إنتاج الرادياتير - دراسة حالة بلجيكا. منشور الشركة المصنعة للمرشحات التوافقية النشطة. متوفر في مكتبة دراسات الحالة IPQDF.
- IEC 61000-4-15:2010+AMD1:2012. التوافق الكهرومغناطيسي – الجزء 4-15: تقنيات الاختبار والقياس – مقياس الوميض – المواصفات الوظيفية والتصميمية. IEC, جنيف.
- IEC 61000-3-7:2008. التوافق الكهرومغناطيسي – الجزء 3-7: الحدود – تقييم حدود الانبعاثات لتوصيل المنشآت المتقلبة بالجهد المتوسط, أنظمة الجهد العالي والطاقة ذات الجهد العالي. IEC, جنيف.
- في 50160:2010+A3:2019. خصائص الجهد للكهرباء التي توفرها شبكات الكهرباء العامة. CENELEC, بروكسل.
تستند دراسة الحالة هذه إلى دراسة حالة الشركة المصنعة التي نشرتها فلاتر متناسق النشطة: مؤسسة الحرمين يقلل من الرجفة المشعاع الإنتاج. فشارع القياسات المذكورة (1.6 قبل, أقل من 0.63 بعد) تم التحقق منها بشكل مستقل من قبل استشاريين خارجيين وتمت الموافقة عليها من قبل المرافق المحلية.
يتم تقديم دراسة الحالة هذه في شكل ملخص وتعليق للأغراض التعليمية. قسم منظور PQ (قسم 5) ومخطط SVG عبارة عن محتوى تحريري أصلي لـ IPQDF بواسطة Denis Ruest, ماجستير. (مُطبَّق), عين المهندس. (متقاعد.). لا تطالب IPQDF بتأليف مادة الحالة الأصلية.