Erityismuunnin suunnittelu ja toteutus automaattisella kapasiteettiregulaatiolla

1. Johdanto

Energia on välttämätöntä yhteiskunnan toiminnalle ja kehitykselle. Kansallisten energiansäästön ja päästöjen vähentämisen politiikkojen toteuttamiseksi on tarpeen parantaa resurssien käyttöä, mikä on kriittistä sähköalan yrityksille. Monivaiheiset maaseutusähköverkostojen päivitykset ajavat jakautujen muuntajien kehitystä. Vaikka tehokkuudella onkin korkea, laajalti levitettyjä muuntajia vaivaa huomattavia kokonaismenetyksiä kapasiteettiongelmiin ja käyttöongelmiin liittyvin syiden vuoksi; 70 % keski- ja matalajännitteisten verkkojen menetyksistä tulee jakautujista muuntajista. Maaseutuverkot ovat kokoontuneita, ja niiden kuormitus vaihtelee kausittain, suuret huippu- ja laakkueroissa alentavat muuntajien keskimääräisiä kuormitusasteita. Kapasiteettireguloitavien muuntajien käyttö näissä alueissa auttaa sopimaan kapasiteetin kuormituksen kanssa, taaten taloudellisen ja turvallisen toiminnan, vähentäen ylikuormituksia ja energian tuhlausta. Automaattisesti kapasiteettireguloitavan erityismuuntajan suunnittelu tarjoaa teknisiä läpimurtoja ja käytännön/teoreettista arvoa.

2. Muuntajan menetysten luontimekanismi

Muuntajat, jotka ovat avainasemassa jakeluverkoissa energian jakamisessa ja jännitteen/sähkövirran säädöksessä, kärsivät suurista tehojen menetyksistä normaalissa toiminnassa - nämä koostuvat lyhyyspiiristä (kuormitus) ja tyhjäkuormisuudesta.

Lyhyyspiirin menetykset (kuormitusmenetykset) tapahtuvat, kun mittapistejä vastaava virta kulkee kytkentäputkeissa kuormituksen alla. Nämä havaitaan lyhyyspiirikoeksi (soveltamalla matalaa jännitettä ensimmäiseen puoleen, mitaten mittapisteitä vastaavan virran toisella puolella, sivuuttaen ytimen menetykset), ja ne lähenevät kuparin menetyksiä. Tämä menetys skaalautuu kuormituksen mukaan, rajoitettuna kuormituskerroin ja mittapisteitä vastaava lyhyyspiirimenetys.

3. Automaattisesti kapasiteettireguloitavan erityismuuntajan suunnittelu ja toteutus
3.1 Kapasiteettireguloitavan muuntajan rakenne

Käytetty D-Y-napakiristyksen jakeluverkon muuntaja käyttää erilaisia kytkentätapoja suuri- ja pienkapasiteettitoimintaan: deltamuotoista (D) suurelle kapasiteetille, tähtimuotoista (Y) pienelle kapasiteetille (nimeltään tähti-delta-muunnos). Sen matalajännitekytkentäputket yhdistävät 27 % -pyörreitä ja 73 % -pyörreitä, joista jälkimmäisen poikkileikkaus on noin 1/2 edellisestä.

3.2 Automaattinen kapasiteettiregulaatio

Ladattavilla automaattisesti kapasiteettireguloitavilla muuntajeilla on automaattisia ohjausmoduuleja: tiedonkeruuta, tallennusta, muuntajia, ihmisoheista vuorovaikutusta, voimalähdettä ja I/O-silmukoita. Jännite/virta-muuntajat keräävät signaaleja; analoogiset piirit prosessoiden niitä mikroprosessorien avulla. Prosessoitu data tallennetaan muistiin ulkoisille rajapinnoille tai tulevia vaihtoja varten. Kuva 1 osoittaa automaattisen ohjausjärjestelmän koostumusta.

3.3 Automaattisen ohjausjärjestelmän ohjausprosessi

Kapasiteettireguloitavan muuntajan analoginen virta ja toisen sivun jännite kerätään ladattavalla kapasiteettiregulaattorilla. Yhdistettynä kapasiteettiregulaattorisovitteen tilamäärään numeerinen arviointi voidaan toteuttaa ohjattavan kohteen toimintamääritysten ja toimintaparametrien perusteella. Sitten päätetään, täyttyvätkö suoritusehtoja oikeanohjaisesti.

Jos ehdot täyttyvät ja jakeluverkon muuntajan kapasiteettia on säädettävä, ohjelma siirtyy tehtävämoduuliin muuntajan kapasiteetin säätämiseksi. Tehtävän suorittamisen jälkeen se siirtyy muihin apufunktiomoduulien. Jos tehtävän suoritusehdot eivät täydy tai ei ole välitöntä tarvetta säätää muuntajan kapasiteettia, ohjelma siirtyy suoraan muihin apufunktiomoduulien. Kuva 2 osoittaa automaattisen ohjausjärjestelmän suoritusmallin.

3.4 Ladattavan kapasiteettiregulaation automaattisen ohjausjärjestelmän laitearkkitehtuuri

Ladattavan kapasiteettiregulaation automaattisen ohjausjärjestelmän laitearkkitehtuuri koostuu pääasiassa signaalikeruuyksiköstä, tiedonsiirtoyksiköstä, syöttöyksiköstä, ulostuloyksiköstä, ohjauspaneelin järjestelmästä, voiman kristallisvärähtejästä ja kelloluonnoksista.

Ladattavan automaattisen kapasiteettiregulaation järjestelmällä on korkea häiriökiinteyys ja laiterelioivuus, koska kaikki sen komponentit valitaan teollisuuden tasoisina piireineen. Lisäksi komponenttien ja piirien sähkömagneettinen yhteensopivuus otetaan huomioon piirisuunnittelussa. Tämä takaa, että ladattavana oleva automaattinen kapasiteettiregulaatiolaitteisto on toiminnallisesti ja sähköllä varustettuna turvallista, ja se voi täyttää käyttötarpeet jopa ankarissa sähköympäristöissä.

4. Johtopäätös

Jakeluverkoissa laajasti käytettyjen monien jakeluverkon muuntajien nykyiset menetykset muodostavat huomattavan osan jakeluverkon kokonaismenetyksistä. Maaseudun sähkökuormitukset ovat hankalissa olosuhteissa, kuten kausivaihtelu, lyhyt vuosittainen käyttöaika ja usein tyhjä- tai kevytkuormisuus. Näin ollen on harvinaista, että muuntajien kuormitusaste pysyy järkevällä toimintatasolla.

Kapasiteettireguloitavat muuntajat voivat sopeutua kuorman heilahteluun ja kapasiteettiregulaattorin tilaan. Muuttamalla muuntajan kytkentäputkien yhdistystapaa ne antavat muuntajalle kapasiteettinsä muuttamisen ominaisuuden. Siksi kapasiteettireguloitavien muuntajien asentaminen maaseutuverkkoalueille, joilla on suuria kuormituksia ja säännöllisiä jännitteen vaihteluja, on selvästi tehokasta sähköverkon säästöjen ja menetysten hallinnassa.

Sähkönkäyttötekniikan jatkuvalla kehityksellä ja edistymisellä ladattavien automaattisesti kapasiteettireguloitavien muuntajien toiminnallisuudet tulevat myös yhä täydellisemmiksi. Uskotaan, että automaattisesti kapasiteettireguloitavat erityismuuntajat saavat uusia läpimurtoja energiansäästön ja menetysten vähentämisen suuntaan tulevissa jakeluverkoissa.