Smart Grid Tehnoloģiju Lietojums Nelielās Sprieguma Pārveidotāju Zonu Līnijas Zudumu Pārvaldībā

Kā svarīga daļa elektrosadales tīkla, zemsprieguma sadalīšanas teritorijas (nedēļā sauktais par "zemsprieguma transformatoru zonām") tieši ietekmē enerģijas piegādes uzņēmumu ekonomisko efektivitāti un galapiekārtojumu elektrības patēriņa kvalitāti caur savu līniju zudumu jautājumiem. Tomēr, tradicionālās pārvaldības metodes skaidri trūkst precizitātes un efektivitātes. Šajā kontekstā gudra tīkla tehnoloģijas piedāvā jaunas risinājumus līniju zudumu pārvaldībai. Ieviešot pašreizējās tehniskās metodes, ne tikai var būtiski uzlabot līniju zudumu pārvaldības rafinēšanas līmeni, bet arī atbalstīt energoefektivitātes un emisiju samazināšanas mērķus, kas ir liela nozīme augstas kvalitātes attīstībai enerģētikas nozarē.

1.Līniju zudumu jautājumi zemsprieguma transformatoru zonās
Zemsprieguma transformatoru zonās līniju zudumu problēmas galvenokārt tiek sadalītas tehniskos zudumos un pārvaldības zudumos. Tēhniskie zudumi izriet no būtiskiem ierīču zudumiem un darbības ierobežojumiem — piemēram, transformatoru dzelzs un vaļa zudumi un līniju pretestības dēļ radītie enerģijas zudumi. Ņemot vērā tipisku zemsprieguma sadalīšanas līniju, kad vedņa sekcijas laukums ir 50 mm² un slodzes strāva sasniedz 200 A, līnijas enerģijas zudumi kilometrā aptuveni ir 4 kW.

Ja sekcijas laukums tiek palielināts līdz 70 mm² tāpatējās apstākļos, zudumi var tikt samazināti aptuveni par 30%. Pārvaldības zudumi, savukārt, bieži rodas dēļ mērīšanas kļūdām, enerģijas krāpšanas vai nepareizas operatīvās un uzturēšanas darbības. Piemēram, tradicionālo mehānisko elektroenerģijas skaitītāju mērīšanas precizitāte vieglā slodžā ir tikai aptuveni 85%, kas ir daudz zemāka nekā gudru skaitītāju, kas pārsniedz 99%. Papildus tam, trīssfērisks nelīdzsvars var būtiski palielināt līniju zudumus; ja trīssfēriskais strāvas nelīdzsvars transformatoru zonā pārsniedz 15%, līniju zudumu koeficients palielinās par 2% līdz 5%. Šo problēmu eksistences norāda, ka manuālā inspekcija vairs nevar apmierināt rafinētas pārvaldības prasības, un ir steidzami nepieciešamas gudras metodes, lai palielinātu pārvaldības efektivitāti.

2.Gudra tīkla tehnoloģijas, kas tiek piemērotas zemsprieguma transformatoru zonās līniju zudumu pārvaldībai

2.1 HPLC (High-Speed Power Line Communication) tehnoloģija
HPLC tehnoloģijas pamatprincips ir izmantot esošas zemsprieguma sadalīšanas līnijas kā komunikācijas mediju, savienojot augstfrekvences modulētos signālus ar enerģijas līnijām caur savienojuma shēmām, lai sasniegtu augsto datu pārraides ātrumu. Šī tehnoloģija tiek galvenokārt piemērota scenārijos, piemēram, transformatoru zonās līniju darbības stāvokļa reāllaika monitorings, elektrības datu iegūšana un lietotāju elektroenerģijas informācijas interakcija.

Realizācijas laikā pirmā solī jāveic vietas pārbaude transformatoru zonas līniju vidē, lai novērtētu kanālu raksturojumus un interferences līmeni, nosakot optimālo nesēja frekvenci (parasti 1.7–30 MHz) un savienojuma metodi. Nākamais solis ir instalēt specializētus savienojuma elementus un HPLC komunikācijas moduļus zemsprieguma puses sadalīšanas transformatorā, šķirklās un lietotāju elektroenerģijas skaitītājos, lai izveidotu komunikācijas tīklu pāri transformatoru zonai. Tāpat tiek ieviesta galvenā stacija, lai bezsekoši integrētu virsgrupas lietojumprogrammas caur protokolu konvertēšanu.

Darbības un uzturēšanas fāzē regulāri jāveic ierīču inspekcijas un kalibrācijas, jāuzraudzīta komunikācijas signāla kvalitāte, un jāreaģē uz jebkuriem nenormālajiem notikumiem. Piemēram, ja nosēja signāla attiecība pārsniedz 30 dB vai bita kļūdas koeficients paaugstinās virs 1×10⁻⁴, jāmeklē līniju kļūdas vai elektromagnētiskās interferences avoti. Ja nepieciešams, jāpielāgo pārraidejamā jauda (parasti no –10 dBm līdz 30 dBm) vai jāaizstāj savienojuma elementi, lai nodrošinātu stabila sistēmas darbību. 

Lai uzlabotu komunikācijas stabilitāti, HPLC sistēmas parasti izmanto pielāgotu modulācijas shēmas, dinamiski izvēloties modulācijas veidus atkarībā no kanāla kvalitātes. Dažādas modulācijas shēmas atšķiras datu pārraides ātrumā, trokšņa noturībā un klātbūtnes diapazonā, prasām optimizētu konfigurāciju atkarībā no slodzes svārstījumiem un trokšņa apstākļiem transformatoru zonā. Piemēram, augstākās secības modulāciju var ieslēgt naktī, kad slodze ir mazāka un trokšņa līmenis ir zemāks, lai uzlabotu datu plūsmu, bet pārslēgšanās uz drošāku režīmu dienas laikā garantē komunikācijas drošību. Tabula 1 sniedz trīs bieži izmantoto HPLC sistēmu modulācijas metožu tehniškos raksturlielus, nodrošinot atsauce lauka parametru konfigurēšanai.

Tabula 1 Tehniško raksturlielu salīdzinājums parastajām HPLC modulācijas metodēm

2.2 Intelligenta fāzes maiņas slēdzis
Intelligenta fāzes maiņas slēdža princips ir mērīt trīs fāžu strāvas un spriegumu, reāllaikā aprēķināt slodzes nesakritību un, ja nesakritība pārsniedz iepriekš noteikto slodzi (parasti 10%–20%), kontrolēt slodžu maiņu, lai atkal saskaņotu trīs fāžu slodzes. Šis ierīce tiek galvenokārt izmantota transformatorzonu beigās, īpaši tajās teritorijās, kur dominē vienfāzes slodzes.

Realizācijas laikā:
Pirmkārt, jāizvēlas piemērotas instalācijas vietas—piemēram, šūnu kastēs vai distribūcijtransformatoru zemu sprieguma pusē—lai nodrošinātu vieglu būvniecību un apsaimniekošanu.
Otrkārt, jāveic vietas apkope, lai saprastu slodzes sadalījumu un racionāli konfigurētu slēdza jaudu (skat. Tabula 2). Instalēšanas un uzsākšanas posmā jāveic slodzes simulācijas testi, lai optimizētu vadības stratēģiju un aizsardzības iestatījumus; piemēram, pārsprieguma aizsardzības iestatījums parasti tiek konfigurēts 1.2 reizes no nominālā strāvas.
Treškārt, jāuzlabo transformatorzonu darbības uzraudzības sistēma, lai nodrošinātu informācijas apmaiņu un attālinātu kontrolēšanu ar slēdzi.
Ceturtkārt, darbības un apsaimniekošanas posmā regulāri jāveic preventīvie testi slēdzim, lai laicīgi identificētu un novērstu potenciālas tīklu, piemēram, mehānisko apvalkošanos vai slikto kontaktu, lai nodrošinātu drošu un uzticamu darbību. Papildus regulāri jāanalizē transformatorzonas slodzes maiņas tendences, lai nepieciešamības gadījumā pielāgotu slēdza vadības loģiku un parametru iestatījumus.

Tabula 2 Inteligenta slēdža jaudas konfigurācijas atsauce

2.3 Neliūgšķīgās līnijas automātiskais sprieguma regultors
Neliūgšķīgās līnijas automātiskā sprieguma regula pamatprincips ir tāds, ka tiek mērīts līnijas spriegums un strāva reāllaikā, aprēķināti parametri, piemēram, līnijas pretestība un varspēka koeficients, un automātiski pielāgotas transformatora tap changer pozīcijas atkarībā no novirzes, lai uzturētu izvades spriegumu pieņemamā diapazonā. Šis ierīce galvenokārt tiek izmantota neliūgšķīgajos pārdevētājos tīklos, īpaši tīkla beigu zonās, kur spriegums bieži kļūst parādāmāks vai nepārādāmāks.

Pirmais, jāizvēlas piemērots instalācijas vieta — piemēram, neliūgšķīgā puse pārdevētāja vai ring main unit — un jāveic vietnes pārbaude, lai saprastu piegādes rādiusu un lietotāju sadalījumu pa līniju.
Otrais, jānosaka regultora jauda (sk. Tabula 3) un kontrolstratēģija. Instalācijas un komisijas fāzē jāveic bezslodzes un slodzes testi, lai pārbaudītu sprieguma regulācijas precizitāti (parasti prasīta ±1,5%) un reaģēšanas laiku (parasti ne vairāk kā 30 sekundes), kā arī lai apstiprinātu aizsardzības funkcijas, piemēram, pārsprieguma un nepietiekama sprieguma aizsardzību.
Trešais, pēc komisijas, jāizveido visaptveroša operāciju pārvaldības sistēma, skaidri definējot pārbaudes, darbības un uzturēšanas prasības, lai nodrošinātu drošu un stabila regultora darbību. Piemēram, ja vienfase spriegums nepārtraukti novirzājas par vairāk nekā ±7% no nominālā vērtības 5 minūtes, vai ja trīsfase sprieguma negrāmatība pārsniedz 2%, jāidentificē cēlonis un jāpieliek labojumi. Darbības datu analīze parāda, ka pareizi konfigurēti automātiskie sprieguma regultori var uzlabot līnijas sprieguma saskanības rādītājus par 5% līdz 15%, būtiski samazinot sprieguma pārkāpumus radītos līnijas zudumus.

Tabula 3 Neliūgšķīgās līnijas automātisko sprieguma regultoru izvēles referencēs

3.Technoloģijas lietošana

3.1 Gājiena fons un līnijas zudumu problēmas
Transformatora zona A atrodas vecā pilsētas centrā, ar elektroenerģijas piegādes rādiusu 1,5 km, apkalpojot 712 mājsaimniekus un 86 komerciālos klientus. Zonas sadalīšanas infrastruktūra galvenokārt ietver vienu S11-M.RL-400/10 veida sadalīšanas transformatoru ar nominālo jaudu 400 kVA; sešas zemes sprieguma izlidoznes — divas ar JKLGYJ-120 mm² vadām un četras ar JKLGYJ-70 mm² vadām — ar vidējo līnijas garumu 510 metri katrā šķērsubā; tāpat ir četri HXGN-12 gredzenveida uzņemšanas bloki un 18 zemes sprieguma integrēti sadalīšanas kastas.

Pēdējos gados, dēļ vietējās pilsētas renovācijas un komerciālo objektu paplašināšanās, šajā transformatora zonā pieaugusi slodze. Piemēram, 2018. gadā maksimālā slodze sasniedza 285 kW, elektroenerģijas patēriņš palielinājās par 7,6% gada laikā, bet līnijas zudumu koeficients bija augsts, sasniedzot 9,7%, kas būtiski pārsniedza pārvaldības mērķi 6,5% šajā periodā.

Vietējās inspekcijas laikā tika atklātas šādas galvenās problēmas:

• Slabs kontakts transformatora un līniju savienojumos radīja lokālu sildīšanos un papildu zudumus;

• Nerīkstainā trīs fāžu slodzes sadalīšanās, ar maksimālo nesaskaņošanu, sasniedzot 18,2%;

• Dažu lietotāju neatļautā vadsievāde un elektroenerģijas zēdzība;

• Noilgušie mērīšanas ierīces ar mērījumu kļūdām, kas pārsniedz ±5%.

Šie faktori kopā deva ieguldījumu stratēģiski augstajiem līnijas zudumiem zonā, radot smagu pārvaldības izaicinājumu.

3.2 Tehnoloģiju izvēle un īstenošana
Lai risinātu līnijas zudumu problēmas Transformatora zonā A, pēc detalizētas novērtēšanas tika īstenota visaptveroša risinājuma programma, kas ietvēra HPLC komunikāciju, inteliģentus fāžu maiņas spērus un automātiskos sprieguma regultoru.

Pirmkārt, transformatora zemes sprieguma pusei tika instalēti HPLC savienojumi un komunikācijas moduļi, un atbilstoša aprīkojuma tika izvietots katrā šķērsubā un lietotāju skaitītājos, izveidojot augsto ātruma enerģijas līnijas nosūtīšanas komunikācijas tīklu, kas sega visu transformatora zonu. Šis tīkls ļāva reāllaikā sekot darbības stāvoklim, tostarp spriegumam, strāvai, jaudai uz busbariem un šķērsubām, kā arī citiem kritiskiem rādītājiem, piemēram, ierīču temperatūrai un harmonisko deformāciju. Eksploatācijas un uzturības personāls varēja tādējādi rītīgi izcelt anomalijas. Turklāt augstā precizitāte enerģijas mērījumi sniedza solīdu atbalstu līnijas zudumu analīzei un pārvaldībai.

Otrkārt, galvenajos šķērsubos un galvenajos slodzes punktos tika instalēti seši inteliģenti fāžu maiņas spēri (ar maksimālo darbības strāvas robežvērtību 250 A). Šie spēri nepārtraukti mērīja trīs fāžu strāves nesaskaņošanu un automātiski pārdalīja slodzi, ja nesaskaņošana pārsniedza 15%, efektīvi vienādot trīs fāžus. Testi laukā apstiprināja, ka maiņas darbības tika pabeigtas 30 ms laikā, bez traucējumiem lietotājiem. Trīs mēnešus pēc uzsākšanas zonas trīs fāžu nesaskaņošanās samazinājās no 18,2% līdz 6,5%, un līnijas zudumu koeficients samazinājās par 1,7%.

Treškārt, lai risinātu sprieguma pārkāpumus līnijas beigās, 710 metru attālumā no transformatora tika instalēts 200 kVA inteliģents sprieguma regultors. Regulators pieņem ieejas spriegumu diapazonā 210–430 V un uztur izvades 220 V ±2%. Tas automātiski pielāgo savu vāku attiecību, balstoties uz reāllaika sprieguma mērījumiem līnijas beigās, uzturot terminālā spriegumu konsekventi pieņemamā diapazonā. Pēc uzsākšanas regultors strādājis ātri dažādos slodžu virsotņu un lejujos, paaugstinot deviņu galveno monitorēšanas punktu sprieguma saskanības procentu no 87% līdz vairāk nekā 98,5%.

Caurspīdīga “monitorēšana–kontrole–optimizācija” pārvaldības pieeja šie pasākumi būtiski uzlaboja Transformatora zonas A līnijas zudumu veiktspēju, sasniedzot aptuveni 120 000 kWh gadā enerģijas ietaupījumu, ar ievērojamām ekonomiskām priekšrocībām. Galveno rādītāju salīdzinājums pirms un pēc visaptverošas pārvaldības redzams Tabulā 4.

Tabula 4 Galveno rādītāju salīdzinājums zonā A pirms un pēc visaptverošas pārvaldības

Reālajā implementācijā arī jāņem vērā šādi punkti:
Pirmkārt, attiecībā uz HPLC sakaru drošumu, pārraides jaudu, kanāla kodēšanu un citus parametrus jākonfigurē saprātīgi atkarībā no konkrētās transformatorzonas nosacījumiem; ja nepieciešams, var izmantot relē metodes, lai pagarinātu sakaru attālumu.
Otrkārt, fāzes maiņas slēdziena laika un savstarpējās bloķēšanas loģiku jāiestata rūpīgi, lai izvairītos no pārāk biežiem vai kļūdainiem slēdziena darbībām—piemēram, slēdze var tikt iestatīta tā, ka tā darbojas tikai tad, ja asimetrija pārsniedz 15% un turpinās 3 minūtes.
Treškārt, automātiskā sprieguma regultora izvēle un jaudas konfigurācija jāveic tā, lai nodrošinātu noteiktu rezervi, lai novērstu biežas pielāgošanas, kas varētu izraisīt mehānisko slijieno; sauciet lūk, Tabulu 5 par automātiskā sprieguma regultora izvēles un konfigurācijas norādījumiem.

Tabula 5 Automātiskā sprieguma regultora modeļu izvēles piemērs

Turklāt, augstas kvalitātes operācijas un uzturēšanas komanda ir arī kritiski svarīga, lai nodrošinātu sistēmas ilgtermiņa stabila darbība. Tikai cieši pielāgojoties reālajām vajadzībām, atlasot un optimizējot tehniskās risinājumus atkarībā no vietējām apstākļiem, un atbalstot tos labvēlīgu pārvaldības mehānismu, var tiešām sasniegt nepārtrauktu uzlabojumu līnijas zudumu pārvaldībā.

4. Secinājums
Zemsprieguma transformatorzonu līnijas zudumu pārvaldība ir ļoti nozīmīga, lai uzlabotu elektroapgādes kvalitāti un ekonomisko efektivitāti, un šajā ziņā smart tīkla tehnoloģiju izmantošana sniedz spēcīgu atbalstu. Praktiskajā darbā tehnoloģijas, piemēram, HPLC (Augstas ātruma elektrosaites komunikācija), intelligenti fāzes maiņas slēdzes un zemsprieguma līniju automātiskie sprieguma regultori, kļūst par izpētes un ieviešanas galvenajiem mērķiem. Ar šīm tehnoloģijām var realizēt transformatorzonu darbības stāvokļa reāllaiku novērošanu, trīs fāžu slodzes dinamisku līdzsvarošanu un terminālsprieguma precīzu regulēšanu.

Piemēram, pēc visaptverošas sanācošanas noteiktās pilsētas transformatorzonā A, līnijas zudumu rādītājs samazinājās no 9,7% līdz 6,1%, un sprieguma saskanības rādītājs paaugstinājās par 11,5%, sasniegts nozīmīgs ekonomiskais un sociālais gūtis.

Tomēr pašreizējās tehnoloģiju lietošanā joprojām ir jomas, kas vajadzētu uzlabot—piemēram, komunikācijas pretstarojuma spējas papildu palielināšana un iekārtu savregulējošu kontroles stratēģiju vēlākā izstrāde. Turpmākās aktivitātes vērstas būtu jāveic uz iedarbīgu ierīču integritātes dizainu un koordinētu kontrolēšanu, kā arī dziļāka izpēte līnijas zudu modelēšanai, balstoties uz lielos datiem un mākslīgo intelektu. Tāpat ir būtiski pastiprināt tehniško apmācību operācijas un uzturēšanas personālam, lai nodrošinātu sistēmas ilgtermiņa stabila darbību. Šie pasākumi sniegs efektīvākus un ilgtspējīgākus līnijas zudumu pārvaldības risinājumus zemsprieguma transformatorzonās.