حالات تطبيق مرشح الطاقة النشط (APF)
الحالة الأولى: خط إنتاج لحام السيارات والطلاء
مصدر الحمل
تستخدم مصنع كبير لتصنيع السيارات مئات آلات اللحام المستمرة التيار (DC)، وأفران التسخين ذات الثايرستور، ومحركات التردد المتغير (VFDs) على خطوط التجميع.
المشاكل الأصلية
- تشويه شديد بالتوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة؛ ووصل مؤشر التشويه الكلي للتيار (THDi) إلى ٧٠٪
- عدم توازن شديد في التيارات الثلاثية الطور، وارتفاع درجة حرارة الخط المحايد
- انقطاع متكرر لأنظمة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) ونظم الحماية بالريلاي واحتراق بنوك المكثفات
- معامل القدرة منخفض جدًا ليصل إلى ٠٫٧٢، ما يؤدي إلى فرض غرامات شهرية كبيرة على معامل القدرة
حل APF
تم تركيب مجموعتين من وحدات APF ثلاثية الطور وأربعة أسلاك بسعة ٦٠٠ أمبير في الحافلة المنخفضة الجهد الرئيسية
النتيجة بعد التشغيل
- انخفضت نسبة التوافقيات الكلية (THDi) من ٧٠٪ إلى ٤,٤٪، مما يتوافق تمامًا مع معيار IEEE 519
- انخفض معدل عدم توازن الأطوار الثلاثية من ١٠٢٪ إلى ٦,١٪
- استقر معامل القدرة فوق ٠,٩٩، وبذلك تم إلغاء الرسوم الجزائية
- لم تحدث أي انقطاعات غير متوقعة في خطوط الإنتاج بسبب تداخل جودة الطاقة
شكل موجة التيار قبل وبعد المعالجة
الحالة ٢: مركز بيانات اتصالات كبير
مصدر الحمل
آلاف وحدات إمداد طاقة غير منقطعة (UPS) ذات ستة نبضات، ومصادر طاقة خارجية للخوادم، ومحولات تردد للتبريد السائل
المشاكل الأصلية
- تراكم هائل للتوافق التوافقي الثالث على السلك المحايد، ما يشكّل خطر حريق كامن
- رنين توافقي بين خزائن المكثفات والشبكة الكهربائية، مما يؤدي إلى تشويه الجهد
- تعطل متكرر لخوادم التخزين ومعدات الاتصالات
حل APF
١٠ وحدات مُرشِّحة نشطة (APF) وحداتية بسعة تعويض إجمالية تبلغ ٤٠٠٠ أمبير، مركَّبة بشكل مركزي في غرفة توزيع الطاقة
النتيجة بعد التشغيل
- انخفاض تيار التوافق التوافقي الثالث في السلك المحايد بنسبة تزيد عن ٩٠٪
- زمن استجابة المرشِّح ≤ ٥ مللي ثانية، ويُخفِّض التوافقيات من الرتبة الثانية حتى الحادية والخمسين
- يدعم المراقبة السحابية عن بُعد، بما يتناسب مع تشغيل مراكز البيانات دون طاقم بشري
- انعدام حالات إعادة التشغيل غير الطبيعية للخوادم بعد التجديد
الحالة 3: مركز تسوق تجاري ومجمع
مصدر الحمل
شاشات LED ضخمة، إضاءة LED، محولات إنفرتر المصاعد، وحدات التحكم في التكييف المركزي ذات التردد المتغير (VFD)، ومحطات شحن المركبات الكهربائية
المشاكل الأصلية
- تشويش توافقي مختلط متعدد الرتب الناتج عن أحمال غير خطية موزَّعة بشكل متفرِّق
- فقدان حراري إضافي في المحول، واستهلاك كهربائي مرتفع
- خلل في تشغيل نظام تحكم المصاعد، واهتزاز في الإضاءة
حل APF
تركيب خزائن APF وحدية الحجم المُثبتة على الحوائط في خزانات التوزيع الكهربائي بكل طابق، مع تعويض لامركزي
النتيجة بعد التشغيل
- التحكم في نسبة التشويه التوافقي الكلي (THDi) لتكون أقل من ٥٪، وتنعيم موجة الجهد إلى شكل جيبي نقي
- انخفاض درجة حرارة المحول بمقدار ٨–١٢°م، وتخفيض الفقد الكهربائي السنوي بنسبة ٧٪
- القضاء على اهتزاز الإضاءة وأعطال نظام تحكم المصاعد
خزانة APF مثبتة على الحائط
الحالة 4: مجموعة محطات شحن كهربائية سريعة
مصدر الحمل
أعمدة شحن مباشر عالي القدرة مع وحدات مُستقيمة كبيرة
المشاكل الأصلية
- تذبذب لحظي حاد في التيار التوافقي والتأثري عند شحن المركبات أو مغادرتها
- انخفاض جهد الشبكة، وتداخل توافقي في إمداد الطاقة السكني المجاور
- إشعار من جهة الكهرباء بتصحيح جودة الطاقة
حل APF
مرشِّح تفعيلي متوازٍ (APF) في خزانة الدخل الخاصة بمحطة الشحن، يوفّر تعويضًا متكاملًا للتوافقيات والطاقة التأثُّرية وعدم التوازن
النتيجة بعد التشغيل
- تتبُّع ديناميكي للحمل المتغيِّر سريعًا أثناء الشحن خلال مايكروثانية
- عامل القدرة من جانب الشبكة دائمًا أعلى من ٠,٩٨
- عدم وجود شكاوى بشأن جودة الطاقة من السكان المحيطين
الحالة ٥: مصنع صناعي للطاقة الجديدة يعتمد على الألواح الشمسية والغاز الطبيعي المسال
مصدر الحمل
محولات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، ومحولات التردد المتغير للضواغط، وأحمال المقومات في خط إنتاج الغاز الطبيعي المسال
المشاكل الأصلية
- تُحقن محولات الطاقة الكهروضوئية ترددات عالية التوافقيات في الشبكة الداخلية للمصنع
- المرشحات السلبية التقليدية من نوع LC عرضة بسهولة للرنين مع نظام الطاقة الكهروضوئية
- جودة الطاقة المتصلة بالشبكة لا تفي بمعايير الاتصال بالشبكة الكهربائية
حل APF
تم تركيب مرشح التوافقيات النشط المتوازي (APF) على الجانب المنخفض الجهد (400 فولت) لخزينة الجمع الكهروضوئية
النتيجة بعد التشغيل
- يتجنب تمامًا خطر الرنين بين المرشح والشبكة المستندة إلى مصادر الطاقة الجديدة
- يلبي متطلبات الوصول التوافقي للشبكة، ويحقق قبول هيئة الكهرباء
- يُثبِّت جهد المنشأة أثناء تقلبات إنتاج الطاقة الكهروضوئية
الحالة ٦: المستشفى وغرفة المعدات الطبية الدقيقة
مصدر الحمل
أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، وأجهزة التصوير المقطعي المحوسب (CT)، وأجهزة الأشعة السينية (X-ray) عالية القدرة، وأنظمة التغذية غير المنقطعة الطبية (UPS)، والأجهزة الداعمة للحياة
المشاكل الأصلية
- الضوضاء التوافقيّة تشوه بيانات التصوير الطبي
- التداخل مع معدات دعم الحياة، ما يشكّل خطرًا أمنيًّا محتملًا على المرضى
حل APF
مرشّح نشط للطاقة (APF) جداري صغير السعة مُركَّب بشكل منفصل في حلقة تغذية معدات الطبية الكهربائية
النتيجة بعد التشغيل
- تغذية كهربائية نظيفة خالية من الضوضاء الكهربائية
- إشارات الصور الطبية مستقرّة، وبدون أي إنذار غير طبيعي للمعدات
الحالة ٧: مصنع معالجة المعادن والأفران القوسية الكهربائية
مصدر الحمل
الفرن القوسي الكهربائي ومُحمِّلات المُستقيم عالي القدرة لمدحرجات المعادن، والتي تتسم بتقلبات عشوائية عنيفة في التيار
المشاكل الأصلية
- وميض جهد شديد، وتيار سلبي متسلسل كبير
- تسارع شيخوخة المحول، وتكاليف صيانة مرتفعة جدًّا
حل APF
مرشّح نشط للطاقة (APF) من نوع الخزانة عالي التيار، مُزاوج مع جهاز تعويض الجهد المُتحكَّم به (SVG) لتقديم تعويض هجين
النتيجة بعد التشغيل
- قمع الوميض والتيار السلبي التسلسلي بشكل متزامن
- تمديد عمر الخدمة الخاص بالمحوّل بما يزيد عن ٥ سنوات