محولات المحولات في HVDC: المحور الذي يربط شبكة التيار المتردد بنقل التيار المستمر

محول المحول هو المكون الوحيد في وصلة HVDC التي تقف بين شبكة التيار المتردد وصمامات المحول. انها ليست أ محول طاقة باسم مختلف: يجب أن يتحمل ضغط جهد التيار المتردد والتيار المستمر المشترك، والمغناطيسية المسبقة للتيار المستمر من جانب الصمام، والتسخين التوافقي الذي لم يتم تصميم الوحدة القياسية من أجله أبدًا.

هذا التمييز هو بيت القصيد من هذه المقالة. تصف معظم تفسيرات محولات المحولات ما تفعله - خطوة الجهد، مرحلة التحول، والعزل. هناك عدد أقل يشرح سبب فشل الوحدة المبنية على كتاب قواعد محولات الطاقة بهدوء في محطة HVDC. التأكيدات الثلاثة الخاصة أدناه ليست ميزات للإعلان عنها؛ إنها أوضاع فشل يجب أن تحدد مواصفات المشتري ميزانية لها بشكل صريح، أو تدفع المحطة ثمنها لاحقًا في الميدان.

الوظيفة التي لا يقوم بها أي محول آخر

رابط HVDC له طرفان. في الطرف المرسل، تعمل محطة التحويل كمقوم ، حيث تحول التيار المتردد إلى تيار مستمر؛ في الطرف المتلقي، تعمل محطة ثانية كعاكس ، وتعيده إلى الخلف. يوجد محول محول عند كل طرف، مباشرة بين شريط التيار المتردد وجسر الصمام - كومة الثايرستور أو IGBTs التي تقوم بالفعل بالتحويل.

تقع ثلاث وظائف على عاتق هذا الجهاز الواحد الذي لا يؤديه محول الطاقة العادي أبدًا:

• عزل كلفاني بين نظام التيار المتردد وإمكانات التيار المستمر، لذلك لا يمكن للجهد المباشر العودة إلى الشبكة.

• إزاحة الطور - تم بناء المحول كزوج، نجم متصل متعرج (wye) والآخر دلتا، مما يعطي إزاحة بمقدار 30 درجة تسمح للنصفين بتشكيل جسر مكون من 12 نبضة وإلغاء التوافقيات الأدنى.

• تحويل الجهد يتوافق مع الصمام ، وليس مع صنبور الشبكة الثابتة.

يرى محول الطاقة التقليدي شكل موجة متناوبًا نظيفًا طوال حياته. يرى محول المحول جهدًا متناوبًا، وجهدًا مستمرًا ثابتًا من الصمام، وطيفًا توافقيًا غنيًا - كل ذلك مرة واحدة، على نفس الملف. تشرح هذه الجملة المفردة كل المتطلبات الخاصة التالية.

الإجهاد 1: المجال الكهربائي المشترك AC / DC

على جانب الصمام، لا يتم الضغط على اللف بواسطة التيار المتردد وحده. إنه يحمل تراكب جهد التشغيل المتردد، وإمكانات التيار المستمر التي يفرضها المحول، والمحتوى التوافقي للتيار المحول. يجب أن يظل العزل تحت مجال مختلط ليس له ما يعادله في تصميم التيار المتردد فقط.

وتظهر النتيجة العملية في الاختبار. محولات المحولات مؤهلة باختبار تحمل التيار المتردد والتيار المستمر بالإضافة إلى اختبار انعكاس القطبية (المغطى بموجب المواصفة IEC 61378-2 لمحولات محولات HVDC)، وليس فقط اختبارات تحمل التيار المتردد والجهد المستحث للمواصفة IEC 60076 التي تؤهل محولات الطاقة العادية. إن عكس القطبية مهم لأن قطبية التيار المستمر عند الصمام يمكن أن تنعكس أثناء التشغيل؛ يمكن لنظام العزل الذي تم التحقق من صحته فقط مقابل قطبية ثابتة أن ينهار عندما ينقلب التحيز.

إن الوحدة المبنية على نسبة عزل صلبة أعلى والتي يتطلبها هذا الإجهاد المختلط تحمل حصة أكبر بكثير من العازل الصلب مقارنة بمحول التيار المتردد المشابه. الدرس المستفاد لكاتب المواصفات: إذا كانت الوثيقة تستدعي فقط مقاومة التيار المتردد، فإن ملف الصمام مؤهل لعالم لن يعمل فيه أبدًا، ويتم تصميم الفشل الحقيقي قبل إغلاق باب المصنع.

الإجهاد 2: المغناطيسية المسبقة لجانب الصمام

إن إمكانات التيار المستمر الموجودة على جانب الصمام لا تكمن فقط في العزل. كما أنه يؤدي إلى تحيز النواة المغناطيسية ، مما يدفع نقطة التشغيل بعيدًا عن حلقة التيار المتردد المتناظرة. والنتيجة هي كثافة تدفق متغيرة، ومحتوى توافقي متزايد في التيار المغنطيسي، وضوضاء مسموعة أعلى، وخسائر شاردة إضافية، وفي أسوأ الحالات الإفراط في الإثارة التي لم يكن هناك هامش تصميم للتيار المتردد فقط بحجم يستوعبها.

هذه عائلة فشل مختلفة عن الحمل الزائد. تم تصميم قلب المحول القياسي حول تدفق متناوب متماثل؛ ليس لديها أي شرط لتحمل تحيز التيار المستمر. يجب تحديد هامش التدفق والبنية الأساسية لمحول المحول مقابل المغنطة المسبقة المتوقعة للتيار المستمر، وإلا ستصل الوحدة بكفاءة على الورق وتكون صاخبة ومفقودة وهامشية في الخدمة.

يجب أن تنص المواصفات على ذلك صراحة. 'المحول، خدمة HVDC' ليست كافية؛ يجب أن تتطلب الوثيقة التحقق من التسامح مع انحياز التيار المستمر وتسمية هامش كثافة التدفق الذي يجب أن يحتفظ به القلب تحت الإمكانات الدائمة للصمام.

الإجهاد 3: التسخين التوافقي وزوج الـ 12 نبضة

التحويل ليس جيبيًا. يقوم المحول بسحب التيار الغني بالتوافقيات الخامس والسابع والحادي عشر والثالث عشر وما بعدها. يؤدي تحول طور النجم/الدلتا بمقدار 30 درجة بين نصفي المحول إلى إلغاء النصف الخامس والسابع، وهذا هو بالضبط سبب استخدام HVDC لترتيب 12 نبضة بدلاً من جسر واحد مكون من 6 نبضات. لكن المكونات الحادية عشرة والثالثة عشرة والأعلى تبقى على قيد الحياة، وتودع النحاس الإضافي والخسائر الضالة بالضبط حيث يشير النموذج الحراري الأساسي فقط إلى وجود مساحة رأسية.

وتتركز هذه الخسائر الطائشة في النهايات المتعرجة، والهياكل الرصاصية، وجدران الخزانات - وهي المواقع الكلاسيكية للنقاط الساخنة المحلية. إن نظام التبريد الذي يتراوح حجمه من MVA المقدر والحمل الأساسي وحده سيكون أداؤه أقل من المطلوب مقابل الطيف التوافقي الحقيقي. يجب تقييم التصميم الحراري مقابل الخسارة التوافقية، وليس اللوحة.

بالنسبة للمشتري، يعد هذا فخ شراء يختبئ على مرأى من الجميع: فالمحول الذي يتم قبوله في اختبار ارتفاع درجة الحرارة بالتردد الأساسي يمكن أن يظل ساخنًا تحت التيار المحول. يجب أن تتضمن خطة اختبار القبول تقييم الخسارة ضمن المحتوى التوافقي الذي ستحمله الوحدة فعليًا.

محول المحول مقابل محول الطاقة: ما لا تستطيع الوحدة القياسية فعله

حالة	محول الطاقة التقليدي	محول محول (HVDC)
ضغط الجهد على الصمام/اللف الثانوي	مكيف هواء نقي، متماثل	التيار المتردد المتراكب + التيار المستمر + التوافقيات
الإثارة الأساسية	التدفق المتناوب المتماثل	تدفق التيار المتردد بالإضافة إلى انحياز مغنطة التيار المستمر
أساس الخسارة للتبريد	تحميل التردد الأساسي	الخسائر الأساسية بالإضافة إلى خسائر الطيف التوافقي
دور التحول المرحلة	لا شيء (تردد الشبكة فقط)	يتيح زوج النجمة/الدلتا التشغيل بـ 12 نبضة
نسبة العزل	مزيج صلب/سائل قياسي	حصة عزل صلبة أعلى بكثير
الاختبارات التأهيلية	IEC 60076 تحمل التيار المتردد، الجهد المستحث	IEC 61378-2 يجمع بين مقاومة التيار المتردد/المستمر وعكس القطبية

الجدول هو أقصر إجابة لسؤال 'ألا يمكننا استخدام محول طاقة أكبر؟' - لا، لأن الضغوط التي يجب أن يتحملها محول المحول غير موجودة في أساس تصميم الوحدة القياسية على الإطلاق.

ما يجب أن تقوله المواصفات

يجب أن تتطلب مواصفات الشراء لمحول محول HVDC أدلة، وليس صفات:

1. اختبار الإجهاد المشترك - قم بتسمية اختبار تحمل التيار المتردد/التيار المستمر واختبار عكس القطبية وفقًا للمعيار IEC 61378-2، وليس فقط اختبارات التيار المتردد IEC 60076.

2. تحمل انحياز التيار المستمر - يتطلب التحقق من السلوك الأساسي في ظل إمكانات التيار المستمر الدائمة للصمام، مع هامش كثافة تدفق محتفظ به.

3. تقييم الخسارة التوافقية - تحديد أنه يتم التحقق من صحة التبريد وارتفاع درجة الحرارة مقابل الطيف التوافقي المتوقع، وليس الطيف الأساسي وحده.

4. زوج من 12 نبضة ومطابقة المعاوقة - حدد ترتيب النجمة/الدلتا وتحمل المعاوقة الضيقة عبر الصنابير (IEC 61378-2 يقيد تباين المعاوقة بحيث يلغي النصفان التوافقيات كما هو مصمم).

5. فئة العزل من جانب الصمام - تحدد تنسيق العزل بما في ذلك الجهد الزائد العابر الناتج عن البرق والتحويل المتراكب على انحياز التيار المستمر.

6. حزمة اختبار المصنع - تتطلب سجلات اختبار الجهد المشترك، ونتائج انعكاس القطبية، وأدلة ارتفاع درجة حرارة الحمل التوافقي ليتم شحنها مع الوحدة، لذا فإن قبول الموقع هو تأكيد، وليس اكتشاف.

ستة أسطر من الأدلة تفصل محول محول مؤهل لخدمة HVDC عن محول طاقة يرتدي لوحة الاسم الصحيحة.

التعليمات

س: ما الفرق بين محول المحول ومحول الطاقة؟ ج: يتعامل محول الطاقة مع شكل موجة متناوب نظيف. يقوم محول المحول بتوصيل شبكة التيار المتردد وصمامات المحول، بحيث يحمل الملف الجانبي للصمام جهدًا مشتركًا للتيار المتردد والتيار المستمر، وتحيزًا أساسيًا للتيار المستمر، والتيار التوافقي - وهي ضغوط غائبة عن أساس تصميم محولات الطاقة.

س: لماذا يحتاج محول المحول إلى اختبار عكس القطبية؟ ج: يمكن أن تنعكس إمكانات التيار المستمر عند الصمام أثناء التشغيل. يمكن لنظام العزل الذي تم التحقق من صحته فقط عند قطبية ثابتة أن يفشل عندما ينقلب هذا الانحياز، لذا تتطلب المواصفة IEC 61378-2 اختبار عكس القطبية الذي لا يواجهه محول التيار المتردد القياسي أبدًا.

س: كيف تقلل محولات المحولات التوافقيات؟ ج: لقد تم تصميمهما كزوج نجمي/دلتا مع إزاحة طورية بمقدار 30 درجة، مما يشكل جسرًا مكونًا من 12 نبضة يلغي التوافقيات الخامسة والسابعة. تبقى التوافقيات ذات الترتيب العالي ويجب التعامل معها في التصميم الحراري.

س: هل يمكن استخدام محول طاقة قياسي داخل محطة HVDC؟ ج: ليس على جانب المحول. إن إجهاد التيار المتردد/المستمر المختلط، والمغناطيسية المسبقة للتيار المستمر، والتسخين التوافقي تقع خارج كتاب قواعد محولات الطاقة؛ توجد وحدة مؤهلة فقط للمواصفة IEC 61378-2 بين ناقل التيار المتردد والصمامات.

س: ما هو المعيار الذي يغطي محولات محول HVDC؟ ج: تحكم المواصفة القياسية IEC 61378-2 محولات المحولات لتطبيقات HVDC، بما في ذلك متطلبات تحمل التيار المتردد/التيار المستمر المدمجة، وعكس القطبية، وتحمل المعاوقة التي تميزها عن محولات الطاقة IEC 60076.

الوجبات الجاهزة

أ محول المحول هو النقطة التي تتوقف فيها شبكة التيار المتردد ووصلة التيار المستمر عن كونها أنظمة منفصلة وتلتقي فعليًا. إنه يكتسب هذا الدور فقط عندما تحدد مواصفاته الضغوط الثلاثة التي لا يراها محول الطاقة أبدًا - مجال التيار المتردد/المستمر المشترك، والمغناطيسية المسبقة للتيار المستمر، والتسخين التوافقي - ويثبتها بالاختبارات الصحيحة. حدده كمحول طاقة بتقديرات إضافية وسترث المحطة الأعطال التي تم تصميمها في المصنع. قم بتحديده على حقيقته، وسيواصل المحور الذي يربط بين شبكتين أداء وظيفته الهادئة التي لا رجعة فيها.