هل تقترب "أزمة" في جودة الطاقة؟ يوفر جهاز مراقبة جودة الطاقة عبر الإنترنت APView تشخيصًا دقيقًا للتشوهات التوافقية والوميض وانخفاض الجهد!

أولاً: الوضع الحالي لرصد جودة الطاقة في مختلف الصناعات

1.1 توليد الطاقة من الرياح: التوافقيات (عدم التوافق بين المولدات وأجهزة إلكترونيات الطاقة)؛ انحراف الجهد (بدء تشغيل وإيقاف مولدات توربينات الرياح)؛ سيحدث انحراف التردد في شبكات الطاقة الصغيرة المعزولة.

1.2 توليد الطاقة الشمسية: التوافقيات (العواكس)؛ تقلب الجهد والوميض (التقلب العشوائي لطاقة الخرج)؛ مكون التيار المستمر (العواكس).

1.3 مراكز البيانات: التوافقيات (مصادر الطاقة التبديلية، UPS، معدات تحويل التردد).

1.4 صناعة البتروكيماويات: حساسية عالية لتقلبات الجهد، أي "انخفاض الجهد اللحظي" (والذي قد يتسبب في إيقاف تشغيل مصانع البتروكيماويات)؛ انخفاض الجهد (الناجم عن المحركات الكبيرة ومجموعات المحركات).

1.5 الصناعة المعدنية: التوافقيات (أجهزة التحكم في سرعة مطاحن الدرفلة والمراوح الكبيرة)؛ تقلب الجهد (أفران القوس الكهربائي).

1.6 صناعة أشباه الموصلات: حساسية عالية للمعدات.

ثانياً: تحليل الطلب على مراقبة جودة الطاقة

مع تحسن مستوى الأتمتة في البيئة الكهربائية، تتزايد نسبة الأحمال غير الخطية المختلفة التي تُمثلها تقنيات إلكترونيات الطاقة، مثل التقويم والعكس وتحويل التردد، بشكل مستمر. إضافةً إلى ذلك، وبسبب قصور أساليب التنظيم والتداخلات الخارجية، انخفضت جودة الطاقة. ويُستخدم عدد كبير من الأجهزة الإلكترونية الدقيقة التي تُتحكم بها الحواسيب والمعالجات الدقيقة في المؤسسات الاقتصادية الوطنية، والتي تزداد حساسيتها لجودة إمدادات الطاقة، وتفرض متطلبات أعلى لجودة الطاقة. لذا، أصبحت مشاكل جودة الطاقة وحلولها محورًا رئيسيًا للبحث العلمي.

تنصّ التدابير المؤقتة لإدارة جودة الطاقة على أن إدارة جودة الطاقة يجب أن تتبع مبدأ "التوجيه المعياري، والوقاية أولاً، والمعالجة الشاملة". ويتعين على جهات توليد الطاقة وتوريدها واستهلاكها تطبيق مفهوم الوقاية الفعّالة والتحكم في جودة الطاقة طوال مراحل تخطيط المشروع وتصميمه وبنائه وتشغيله، وذلك للحفاظ على بيئة تشغيل كهربائية آمنة.

لتحسين جودة الطاقة في شبكة الكهرباء، من الضروري أولاً إجراء كشف وتحليل دقيق لجودة الطاقة، وقياس مستوى جودة الطاقة في شبكة الكهرباء، وتحليل وتحديد أسباب مشاكل جودة الطاقة المختلفة، وذلك لتوفير أساس لتحسين جودة الطاقة.

Ⅲ. محلل جودة الطاقة من سلسلة APVIEW

1. وظائف المراقبة – مراقبة الحالة المستقرة

قياس الجهد والتيار والطاقة والطاقة الكهربائية، إلخ؛ انحراف الجهد؛ عدم توازن الجهد؛ عدم توازن التيار؛ الجهد/التيار التوافقي؛ الجهد/التيار بين التوافقيات؛ القدرة التوافقية؛ زاوية الطور التوافقية؛ التشوه التوافقي الكلي (THD)؛ التوافقيات عالية التردد؛ تقلبات الجهد والوميض؛ التغير السريع في الجهد. تُعرض بيانات المراقبة على واجهة الجهاز، مما يسمح بمشاهدة أشكال الموجات في الوقت الفعلي وأشكال موجات الأعطال.

2. وظائف المراقبة – المراقبة العابرة

التقاط أحداث انخفاض الجهد، وتحديد مصادر انخفاض الجهد، وتحليل منحنيات تحمل انخفاض الجهد.

انقطاع قصير المدى: ظاهرة في نظام الطاقة حيث تنخفض قيمة الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS) لجهد تردد الطاقة عند نقطة معينة فجأة إلى أقل من 0.1 وحدة نسبية، ثم تعود إلى وضعها الطبيعي بعد فترة قصيرة تتراوح من 10 مللي ثانية إلى دقيقة واحدة.

انخفاض الجهد: ظاهرة في نظام الطاقة حيث تنخفض قيمة RMS لجهد تردد الطاقة عند نقطة معينة فجأة إلى نطاق 0.1 pu إلى 0.9 pu، ثم تعود إلى وضعها الطبيعي بعد فترة قصيرة تتراوح من 10 مللي ثانية إلى دقيقة واحدة.

ارتفاع الجهد: ظاهرة في نظام الطاقة حيث ترتفع قيمة RMS لجهد تردد الطاقة عند نقطة معينة مؤقتًا إلى نطاق 1.1 وحدة نسبية إلى 1.8 وحدة نسبية، ثم تعود إلى وضعها الطبيعي بعد فترة قصيرة تتراوح من 10 مللي ثانية إلى دقيقة واحدة.

من خلال استرجاع البيانات مثل أشكال الموجات والمعلمات الكهربائية أثناء حدوث الأعطال وإنهائها، يتم استخدام طريقة المعاوقة المكافئة لتحديد وتحليل موقع طفرات المعاوقة، وذلك لتحديد ما إذا كان مصدر انخفاض الجهد على جانب الخط أو جانب الحافلة.

3. وظائف المراقبة – المراقبة الفورية

مراقبة تغيرات الجهد والتيار. يمكن عرض سجلات الأحداث ومخططات الذبذبات الخاصة بالأعطال لحظة حدوثها على واجهة الجهاز ومحطة الويب.

حالة عابرةيشير هذا المصطلح إلى تغير واحد في الجهد و/أو التيار في ظل ظروف الحالة المستقرة، بمدة تقل عن عدة دورات. ويشمل عمومًا نوعين من الظواهر، وهما العابر النبضي والعابر التذبذبي.

4. وظائف المراقبة – أشكال موجات الأعطال

انحراف الجهد، انحراف التردد، ارتفاع الجهد، انخفاض الجهد، انقطاع الجهد لفترة قصيرة، وتقلبات الجهد.

كومتريدهو تنسيق ملف بيانات مناسب للأشكال الموجية العابرة وبيانات الأحداث التي يتم الحصول عليها من نماذج أنظمة الطاقة.

5. وظائف المراقبة – التسجيل والتخزين

تخزين بيانات PQDIF، وتصدير البيانات، وحفظ سجلات الأحداث كملفات بتنسيق PQDIF، وملفات مضغوطة لبيانات الحالة المستقرة في غضون ساعتين.

تصل سعة شريحة التخزين إلى 32 جيجابايت، مما يتيح تخزين بيانات نقاط المراقبة في الوقت الفعلي. ويمكن تخزين البيانات التي تُسجل كل دقيقة (بما في ذلك المتوسط، والقيمة القصوى، والقيمة الدنيا، وقيمة الاحتمالية بنسبة 95%، وقيمة الجذر التربيعي المتوسط) على الجهاز لمدة تصل إلى 3 أشهر، وبعد ذلك يتم تحديث البيانات وفقًا لمبدأ "الوارد أولاً يُصرف أولاً" (FIFO).

يتوافق نوع بيانات PQDIF مع مواصفات تنسيق تبادل بيانات جودة الطاقة DL/T 1608، ويمكن تخزين بيانات PQDIF لمدة 90 يومًا. ويمكن حفظ بيانات PQDIF وبيانات مخطط الذبذبات للأعطال المسجلة بواسطة الجهاز محليًا عبر بروتوكول FTP.

6. وظائف المراقبة – خادم الويب

مراقبة الحالة المستقرة، ومراقبة الحالة العابرة، والمراقبة الآنية، ورصد الذبذبات الناتجة عن الأعطال، وإحصائيات معدل التأهيل، وما إلى ذلك.

رابعاً: حالات تطبيقية لمراقبة جودة الطاقة عبر الإنترنت

4.1 صناعة أشباه الموصلات – مشروع بحث وتطوير وتصنيع رقائق أشباه الموصلات المتطورة في شنغهاي

متطلبات المشروع

تُعنى الشركة بشكل أساسي بالبحث والتطوير، وإنتاج وبيع رقائق أشباه الموصلات عالية الجودة، بالإضافة إلى استيراد وتصدير السلع والتقنيات. صُمم نظام مراقبة جودة الطاقة عبر الإنترنت للتركيز على رصد ارتفاعات وانخفاضات الجهد، وتذبذب الجهد، وتوافقيات الجهد والتيار، وغيرها من المعايير الرئيسية. من خلال إجراء تحليل علمي للجهد والتيار في نظام توزيع الطاقة استنادًا إلى بيانات المعايير الكهربائية المُجمعة، يُمكن عرض حالة جودة الطاقة في الوقت الفعلي بدقة وسرعة استجابة أكبر. وهذا يضمن التشغيل المستقر والموثوق للمحطة بأكملها، ويُقلل من تلف المعدات والخسائر المادية الناجمة عن مشاكل جودة الجهد.

تكوين الحل

يتألف نظام توزيع الطاقة لهذا المشروع من محطة تحويل واحدة وثلاث محطات فرعية بجهد 10 كيلوفولت. يعتمد كل نظام توزيع طاقة على تكوين خطي تغذية وربط أحادي بالحافلة. تم تركيب جهاز مراقبة جودة الطاقة APView500 واحد في كل قسم من قسمي خط التغذية لكل محطة فرعية، بإجمالي 8 أجهزة لمراقبة جودة الطاقة في جميع دوائر خط التغذية. ولتمكين المراقبة الآنية لعملية تشغيل نظام إمداد الطاقة بالكامل وجمع البيانات، تم تجهيز المشروع بمنصة إدارة كفاءة الطاقة للشبكات الصغيرة AcrelEMS، والتي توفر مراقبة شاملة من جهد 35 كيلوفولت وصولاً إلى جانب استهلاك الطاقة عند جهد 0.4 كيلوفولت.

4.2 صناعة أشباه الموصلات - مشروع تصنيع المواد الإلكترونية

تتمثل المشكلات الرئيسية المتعلقة بجودة الطاقة في صناعة تصنيع أشباه الموصلات فيما يلي:

مشاكل التوافقيات

تُعدّ محطات اختبار الدوائر المتكاملة، وأجهزة التحكم الآلي (PLC)، ومعدات معالجة الرقائق لتصنيع الشرائح، ومعدات أشباه الموصلات التي تعمل بتقنية تحويل التردد، مصادر رئيسية للتشويه التوافقي. لا تقتصر هذه التوافقيات على التسبب في أعطال في المعدات نفسها فحسب، بل إن تيارات التوافقيات التي تعود إلى شبكة الطاقة قد تُسبب أيضًا ارتفاع درجة حرارة الدوائر الأخرى، وسوء تشغيل المفاتيح الإلكترونية، وعدم استقرار جهد التغذية. في الحالات الشديدة، قد تؤدي إلى توقف خطوط الإنتاج وإتلاف المنتجات نصف المصنعة. علاوة على ذلك، يُفاقم التبديل المتكرر للأحمال في المعدات عالية الطاقة - بما في ذلك معدات الترسيب الطبقي، ومعدات الانتشار، ومعدات زرع الأيونات - من تدهور بيئة استهلاك الطاقة.

انخفاض الجهد وانقطاع التيار

تتأثر معدات إنتاج أشباه الموصلات الحديثة بشدة بتقلبات جودة الطاقة. وبالمقارنة مع الصناعات التقليدية، فإن عمليات تصنيع أشباه الموصلات وشاشات الكريستال السائل حساسة للغاية لانخفاض الجهد: إذ يكفي انخفاض الجهد بنسبة 85% إلى 90% من القيمة المقدرة لمدة 16 مللي ثانية فقط لإيقاف تشغيل المعدات. وفي حالة انقطاع قصير الأمد، يتم فصل الحمل بشكل كامل عن نظام إمداد الطاقة (مع انخفاض سعة الجهد إلى أقل من 10% من القيمة المقدرة).

يمكن أن يؤدي كل من انخفاض الجهد الكهربائي وانقطاعات التيار القصيرة إلى توقف المعدات في صناعة أشباه الموصلات. ومع ذلك، فإن احتمال حدوث انخفاض الجهد الكهربائي أعلى بكثير من احتمال حدوث انقطاعات التيار القصيرة. وتشير الدراسات ذات الصلة إلى أن انخفاض الجهد الكهربائي يمثل 70% إلى 80% من جميع أعطال أنظمة توزيع الطاقة، بينما تتجاوز نسبة الأعطال الناجمة عن انخفاض الجهد الكهربائي 90% في أنظمة النقل.