تهویه مطبوع کیفیت برق یکپارچه: یک دستگاه الکترونیکی قدرت چند منظوره برای مدیریت جامع کیفیت برق

با ساخت سریع سیستم های قدرت جدید و ادغام نسبت های بالایی از منابع انرژی جدید و تجهیزات الکترونیکی قدرت، مسائل مربوط به کیفیت توان در عملیات شبکه به طور فزاینده ای پیچیده می شود. اختلالات مختلفی مانند افت ولتاژ، نوسانات، اعوجاج هارمونیک، عدم تعادل سه فاز، و نوسانات فرکانس اغلب با هم وجود دارند، که چالشی جدی برای عملکرد ایمن و پایدار بارهای حیاتی مانند تولید دقیق صنعتی، مراکز داده، حمل و نقل ریلی و نیروگاه های انرژی جدید ایجاد می کند. در برابر این پس‌زمینه، تهویه‌کننده کیفیت یکپارچه برق (UPQC)، به عنوان یک دستگاه الکترونیکی قدرت مرکب که عملکردهای مدیریتی متعددی را ادغام می‌کند، به تدریج به یک قطعه اصلی تجهیزات برای مدیریت جامع کیفیت برق تبدیل می‌شود.

 

اصل اساسی UPQC ادغام توابع جبران سری و جبران موازی در یک پلت فرم برای دستیابی به مدیریت دو طرفه مسائل کیفیت توان در هر دو طرف شبکه و بار است. ساختار معمولی آن شامل یک اینورتر سری، یک اینورتر موازی و یک واحد ذخیره انرژی DC مشترک است. اینورترهای سری از طریق ترانسفورماتورها یا راکتورهای کوپلینگ به شبکه متصل می‌شوند و بارگذاری می‌کنند و ولتاژ جبرانی را به صورت دینامیکی تزریق می‌کنند تا افت ولتاژ، جهش‌ها، هارمونیک‌ها و اجزای نامتعادل را جبران کنند و از ولتاژ با کیفیت بالا و پایدار و متقارن در سمت بار اطمینان حاصل کنند. اینورترهای موازی که به صورت موازی به نقطه کوپلینگ مشترک متصل می شوند، توان اکتیو و راکتیو را به شبکه تزریق یا جذب می کنند و به سرکوب جریان هارمونیک، جبران توان راکتیو و متعادل سازی جریان بار دست می یابند. آنها همچنین می توانند انرژی احیا کننده را جذب یا پس دهند و کیفیت برق را در سمت شبکه بهبود بخشند. هر دو اینورتر تحت یک سیستم کنترل یکپارچه عمل می‌کنند و یک منبع انرژی باس DC را به اشتراک می‌گذارند و یک مکانیسم تنظیم مکمل و هماهنگ را تشکیل می‌دهند.

 

از نظر مشخصات فنی، UPQC مزایایی را در یکپارچگی چند{0}}کارکردی و پاسخ سریع ارائه می‌کند. دستگاه‌های تک کاره سنتی (مانند بازگرداننده‌های ولتاژ دینامیک و فیلترهای توان فعال) فقط می‌توانند یک نوع اختلال را برطرف کنند، در حالی که UPQC می‌تواند به طور همزمان چندین مشکل کیفیت ولتاژ و جریان را در یک پلت‌فرم سخت‌افزاری حل کند و به طور قابل‌توجهی ردپای سیستم و هزینه‌های سرمایه‌گذاری را کاهش دهد. UPQC با استفاده از دستگاه‌های الکترونیکی قدرت کاملاً قابل کنترل (مانند IGBT و SiC MOSFET) و{4}}فناوری مدولاسیون فرکانس بالا، پاسخ‌های جبران‌سازی ولتاژ و جریان میلی‌ثانیه‌ای را به دست می‌آورد، و امکان ردیابی سریع و سرکوب الزامات حفاظت از بارهای ناگهانی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، از طریق الگوریتم‌های کنترل پیشرفته (مانند کنترل انتگرال تعمیم‌یافته، کنترل تکراری، و کنترل پیش‌بینی مدل)، UPQC می‌تواند به تصحیح شکل موج با دقت بالا و بهینه‌سازی ضریب توان تحت شرایط عملیاتی پیچیده دست یابد.

 

UPQC کاربردهای گسترده ای دارد. در خطوط تولید صنعتی، می تواند به طور همزمان تاثیر کاهش ولتاژ بر تجهیزات دقیق، هارمونیک های فیلتر تولید شده توسط مبدل های فرکانس را سرکوب کند و توان راکتیو را جبران کند و تولید مداوم را تضمین کند. در مراکز داده و ایستگاه های پایه ارتباطی، می تواند ولتاژ منبع تغذیه پایدار را برای تجهیزات IT حفظ کند و گرمای بیش از حد تجهیزات و خطاهای بیت ناشی از هارمونیک ها را از بین ببرد. در نیروگاه های انرژی جدید، UPQC می تواند اختلالات ولتاژ و فرکانس ناشی از نوسانات در خروجی برق فتوولتائیک و باد را کاهش دهد و کیفیت برق متصل به شبکه را بهبود بخشد. در کاربردهایی با بارهای ضربه ای مانند حمل و نقل ریلی و ماشین آلات بندری، همچنین می تواند جریان های سه فاز- را متعادل کند، اجزای توالی منفی را سرکوب کند و آلودگی شبکه برق را کاهش دهد.

 

در طول طراحی و بهره برداری، UPQC نیاز به تمرکز بر پایداری ولتاژ باس DC، تعادل توان بین{0}}ماژول، و کنترل هماهنگ چند هدفه دارد. انتخاب ظرفیت و توپولوژی واحدهای ذخیره انرژی DC باید مدت زمان جبران و نیازهای بازخورد انرژی را متعادل کند. استراتژی های کنترل برای اینورترهای موازی و سری باید به جداسازی دینامیک دست یابند تا از تداخل متقابل جلوگیری شود. و هنگامی که چندین واحد به صورت موازی یا در یک شبکه به هم متصل می شوند، مسائل مربوط به سرکوب جریان و هماهنگ سازی ارتباطات باید در نظر گرفته شود. علاوه بر این، سازگاری محیطی، مدیریت حرارتی، و طراحی افزونگی خطا برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد طولانی مدت بسیار مهم هستند.

 

به طور کلی، تنظیم کننده یکپارچه کیفیت توان، با یکپارچگی چند عملکردی، پاسخ سریع، و قابلیت های مدیریت جامع، محدودیت های کاربردی دستگاه های جبرانی واحد سنتی را شکسته و پشتیبانی فنی قوی برای ساخت یک سیستم برق مدرن ایمن، با کیفیت بالا و کارآمد ارائه می کند. بدون شک نقش مهمی در تضمین کیفیت توان در سیستم‌های انرژی جدید و صنایع تولیدی{3}بالا خواهد داشت.