Примена на технологија за паметна мрежа во управувањето со губитоци на линијата во зоните на нисконапонски трансформатори

Как есенцијален компонент на дистрибутивната мрежа, нисковолтни дистрибутивни области (во продолжение наречени „нисковолтни трансформаторски зони“) директно влијаат на економските бенифици на претплатичките компанија за електроенергија и качеството на консумацијата на електроенергија за крајните корисници преку своите проблеми со губиток на линија. Меѓутоа, традиционалните пристапи во управувањето имаат очигледни недостатоци во однос на точноста и ефикасноста. Во овој контекст, примената на технологии на паметна мрежа пружа нови решенија за управување со губиток на линија. Со воведување на напредни технички средства, не само може ефективно да се подобри нивото на детализација во управувањето со губиток на линија, туку и да се поддржат цели за штетување со енергијата и намалување на емисиите, што е од големо значење за процепување на висококвалитетен развој во електроенергетскиот сектор.

1.Проблеми со губиток на линија во нисковолтни трансформаторски зони
Проблемите со губиток на линија во нисковолтни трансформаторски зони се главно класифицирани како технички губитоци и губитоци во управувањето. Техничките губитоци потекнуваат од инхерентни губитоци на опрема и оперативни ограничувања - на пример, железни и медни губитоци во трансформаторите и губитоци на енергија предизвикани од отпорот на линијата. Земајќи типична нисковолтна дистрибутивна линија како пример, кога површината на пресекот на проводникот е 50 мм² и токот на оптерање достигне 200 А, губитокот на енергија по километар на линијата изнесува околу 4 кВт.

Кога површината на пресекот на проводникот се зголеми до 70 мм² при истите услови, губитокот може да се намали за околу 30%. Губитоците во управувањето, сè уште, често се предизвикуваат од грешки во меренјето, кражба на електроенергија, или неправилна работа и одржување. На пример, точноста на меренје на традиционалните механички мерачи на електроенергија при слабо оптерање е само околу 85%, многу помала од точноста на паметните мерачи, која надминува 99%. Дополнително, тро-фазната несиметрија може значително да зголеми губитоците на линијата; ако тро-фазната несиметрија на тока во трансформаторска зона надмине 15%, процентот на губиток на линијата ќе се зголеми за 2% до 5%. Постоењето на овие проблеми указува дека само ручната инспекција веќе не може да задоволи потребите на детализираното управување, и интелигентни методи се спешно потребни за подобрување на ефикасноста во управувањето.

2.Технологии на паметна мрежа применети во управувањето со губиток на линија во нисковолтни трансформаторски зони

2.1 HPLC (High-Speed Power Line Communication) технологија
Основниот принцип на HPLC технологијата е да се користат постојечките нисковолтни дистрибутивни линии како медиум за комуникација, куплирајќи височести модулации на сигнали на електроенергијата преку куплувачки цеви за да се постигне високоскоростна передавање на податоци. Оваа технологија се главно примена во сценарија како реално време мониторинг на условите на работата на линијата во трансформаторска зона, собирање на податоци за електроенергија и интеракција со информации за електроенергија на корисниците.

При имплементацијата, првата чекор е да се направи теренско проучување на линијската средина на трансформаторската зона за да се оцени карактеристиките на каналот и нивоа на интерференција, со тоа да се одреди оптималната носила фреквенција (обично во опсегот од 1,7–30 МГц) и метод на куплување. Следно, специјализирани куплувачи и модули за HPLC комуникација се инсталираат на нисковолтната страна на дистрибутивниот трансформатор, разгранувачки кутии и мерачи на електроенергија на корисниците за да се создаде комуникациска мрежа низ целата трансформаторска зона. Едновремено, се деплоира систем на главна станица за да се интегрира безпрекидно со горните слоеви на апликационите системи преку конверзија на протокол.

Во фазата на работа и одржување, треба регуларно да се врши инспекција и калибрација на опремата, да се мониторира качеството на комуникацискиот сигнал, и било која аномалија мора да се обработи веднаш. На пример, ако затихнувањето на носилата сигнал надмине 30 дБ или процентот на грешки надмине 1×10⁻⁴, треба да се испита за гранични услови на линијата или извори на електромагнетна интерференција. Ако е потребно, треба да се приспособи моќта на пренос (обично во опсегот од –10 дБм до 30 дБм) или да се замени куплувачи за да се осигура стабилна работа на системот. 

За да се подобри стабилноста на комуникацијата, HPLC системите обично ги користат адаптивните схеми за модулација, динамички избирајќи модулација според качеството на каналот. Различните схеми за модулација варираат по брзина на податоци, одбрана против шум и опсег на покрив, со тоа да се бара оптимизирана конфигурација според колебањето на оптерањето и условите на шум во трансформаторската зона. На пример, може да се активира модулација од висок ред кога оптерањето е помало и нивото на шум е помало во ноќниот период за да се подобри протокот на податоци, додека преминувањето во робустен режим во пикуларните часови денес осигурува надежност на комуникацијата. Табела 1 ги листа три најчесто користени методи за модулација во HPLC системите заедно со нивните технички карактеристики, што служи како референца за конфигурација на полетни параметри.

Табела 1 Спoredba на технички карактеристики на најчесто користените методи за модулација за HPLC

2.2 Интелигентен уред за превключување на фази
Принципот на интелигентниот уред за превключување на фази е да се мери трофафни токови и напони, да се пресмета несбалансираноста на оптеретувањето во реално време, и кога несбалансираноста надмине предодредена граница (обично 10%–20%), да се контролира превклучувањето на оптеретувањата за да се поново изедначи трофните оптеретувања. Овој уред се првенствено применува на крајот на зоните на трансформаторите, особено во области со тешки једнофазни оптеретувања.

При имплементација:
Прво, мора да се избере одговарајќи локација за инсталација—како што се граначни кутии или ниско-напонска страна на распределителните трансформатори—за да се осигура лесна конструкција и одржување.
Второ, треба да се направи теренско истражување за да се разбере дистрибуцијата на оптеретувањата и рационално да се конфигурира капацитетот на превклучувачот (види Табела 2). Во фазата на инсталација и пускање, треба да се извршат тестови на симулација на оптеретување за да се оптимизира стратегијата на контрола и подешувањата на заштита; на пример, подешувањето на заштитата од прекумерен ток обично се конфигурира на 1.2 пати од номиналниот ток.
Трето, системот за мониторинг на операцијата на зоната на трансформаторот мора да се подобри за да се овозможи размена на информации и отдалечена контрола со превклучувачот.
Четврто, во фазата на функционирање и одржување, треба регуларно да се извршуваат профилактички тестови на превклучувачот за да се идентификуваат и решаваат потенцијални грешки како механично исцрптување или лош контакт, за да се осигура безбедно и надежно функционирање. Поради тоа, периодички треба да се анализираат трендовите на варијацијата на оптеретувањето во зоната на трансформаторот за да се прилагоди логиката на контрола и подешувањата на параметрите на превклучувачот по потреба.

Табела 2 Референтна конфигурација на капацитетот за интелигентни превклучувачи

2.3 Автоматски регулатор на напон за низковолтови линии
Основниот принцип на автоматскиот регулатор на напон за низковолтови линии е да го мери напонот и токот во реално време, да пресмета параметри како импедансата на линијата и факторот на моќ, и автоматски да ја прилагоди позицијата на регулаторот за трансформаторски клацање според одклонувањето, за да се одржува излезниот напон во прифатлива рамна.

Прво, треба да се избере соодветна локација за инсталација - како што е низковолтната страна на дистрибутивниот трансформатор или кружна единица, и да се изврши преглед на местото за да се разбере радиусот на опслужување и распределбата на корисниците по линијата.
Второ, треба да се одреди капацитетот на регулаторот (видете Табела 3) и стратегијата за контрола. Во фазата на инсталација и комплетирање, треба да се извршат тестови без терен и под терен за да се потврди точноста на регулацијата на напонот (обично бара се да биде внатрешно ±1.5%) и времето на одговор (обично не надминува 30 секунди), како и да се валидираат функциите за заштита како прекумерен и понизок напон.
Трето, по комплетирањето, треба да се установи целостен систем за управување на операциите, дефинирајќи ги барањата за инспекција, работа и одржување за да се осигура сигурна и стабилна работа на регулаторот. На пример, ако еднофазниот напон непрекинато се одклонува надвор од ±7% од номиналната вредност за 5 минути, или ако трофазниот напон не е балансиран повеќе од 2%, причината мора да се идентификува и да се предприемат мерки за исправа. Анализата на оперативни податоци покажува дека правилно конфигурираните автоматски регулатори на напон можат да го подобрат процентот на спроведба на напонот во линијата од 5% до 15%, значително намалувајќи губитоци на линијата поради прекумерени или понизок напон.

Табела 3 Референци за избор на автоматски регулатори на напон за низковолтови линии

3. Примена на технологија

3.1 Случајна основа и проблеми со губиток на линијата
Трансформаторната зона А се наоѓа во центарот на стара урбанистичка област, со радиус на снабдување од 1,5 км, служејќи на 712 домашни корисници и 86 трговски корисници. Инфраструктурата за распределба во зоната вклучува еден дистрибутивен трансформатор тип S11-M.RL-400/10 со номинална капацитет од 400 кВА; шест ниски напонски излезни фидери - два со проводници JKLGYJ-120 мм² и четири со проводници JKLGYJ-70 мм² - со просечна должина на линијата од 510 метри по патека; дополнително, имаат четири HXGN-12 прстени главни единици и 18 ниски напонски интегрирани распределбени кабинети.

Зад последните неколку години, поради локализирана урбанска реновација и експанзија на трговските објекти, оптерењето во оваа трансформаторна зона покажувало непрекинат растеж. На пример, во 2018 година, врвното оптерење достигнало 285 кВ, со повеќе од 7,6% годишно зголемување на консумацијата на електрична енергија, но стапката на губиток на линијата била висока до 9,7%, значително надминувајќи управувачкиот цел од 6,5% за истата период.

На местото беа откриени следниве клучни проблеми:

• Лош контакт на поврзувачките точки на дистрибутивниот трансформатор и линиите предизвикал локално загревање и дополнителни губитоци;

• Неравномерна дистрибуција на трифазното оптерење, со максимална несогласност достигнувајќи 18,2%;

• Неавторизирано поврзување и крадење на електричество од некои корисници;

• Стареење на мерења устройствата со грешки во мерењето над ±5%.

Овие фактори заедно довели до непрекинато високи губитоци на линијата во зоната, создавајќи сериозен предизвик за управување.

3.2 Избор на технологија и имплементација
За да се реши проблемот со губиток на линијата во Трансформаторната зона А, после детална евалуација, беше имплементирана комплетна решенија која интегрира комуникација со HPLC, интелигентни преклопувачки превключувачи и автоматски регулатори на напон.

Прво, HPLC куплури и комуникациски модули беа инсталирани на нисконапонската страна на трансформаторот, и соодветно опрема беше поставена на секој граничен кутија и кориснички бројач, се формираше високобрзинска мрежа за комуникација преку електричната линија која покрива целата трансформаторна зона. Оваа мрежа овозможи реално време мониторинг на оперативното состојба, вклучувајќи напон, стрuja, моќ на материнската плоча и гранки, како и критични индикатори како температурата на опремата и хармонична деформација. Така, оперативниот и одржувачкиот персонал можеа брзо да ги детектираат аномалиите. Повисоката точност на податоците за меренje на енергијата дале чврсто поддршка за анализа и управување на губитокот на линијата.

Второ, шест интелигентни превключувачи за прескокнување на фази (со максимален рабочи стрuja од 250 A) беа инсталирани на главните гранки и ключни места на оптерење. Овие превключувачи непрекинато мерија несогласноста на трифазната стрuja и автоматски прераспределуваа оптерењето кога несогласноста надминувала 15%, ефективно балансирајќи три фази. Полеви тестови потврдија дека превключувањата беа завршени во рамки од 30 ms, со гладки преходи без прекинување на корисниците. Три месеци по пуштањето во функција, несогласноста на трифазната стрuja во зоната се намали од 18,2% до 6,5%, а стапката на губиток на линијата се намалила за 1,7%.

Трето, за да се справи со прекрштувањето на напонот на крајот на линиите, беше инсталиран интелигентен регулатор на напон од 200 кВА на 710 метри од трансформаторот. Регулаторот прифаќа входен дијапазон на напон од 210–430 V и го одржува излезното на 220 V ±2%. Автоматски ја прилагодува својата количествена односна вредност според реалните мерења на напонот на крајот на линијата, задржувајќи терминалниот напон константно во прифатлив дијапазон. Откако беше пуштен во функција, регулаторот брзо реагирал низ различни врвни и долни точки на оптерењето, повеќувајќи процентот на согласност на напонот на деветте ключни точки за мониторинг од 87% до над 98,5%.

Кроз пристап на затворена управа „мониторинг-контрола-оптимизација“, овие мерки значително подобриле перформансите на губитокот на линијата во Трансформаторната зона А, постигнувајќи проценето годишно спести од енергија околу 120.000 кВх, со забележливи економски добиви. Споредба на клучните индикатори е прикажана во Табела 4.

Табела 4 Споредба на клучните индикатори на Зона А пред и по комплексното управување

В реална имплементација, следните точки треба да се земат предвид:
Првично, за надежноста на HPLC комуникацијата, моќта на трансмисија, кодирањето на каналот и другите параметри треба да се конфигурираат рационално според конкретните услови на трансформаторната зона; ако е потребно, може да се користат методи на реле за проширување на дистанцата на комуникацијата.
Вторично, времето и логиката на интерлок за операции со превключувач за фази треба да се постават внимателно за да се избегнат преувелики или погрешни акции на превклучување—на пример, превключувачот може да биде конфигуриран да делува само кога несходимоста надминува 15% и трае 3 минути.
Трето, правилната избор и конфигурација на капацитетот на регулаторот на напонот треба да вклучува одреден маргин за да се спречат чести прилагодби кои можат да предизвикаат механичко износување; видете Табела 5 за насоки за избор и конфигурација на автоматски регулатори на напон.

Табела 5 Референца за избор на модел за автоматски регулатори на напон

Покрај тоа, висококвалитетен тим за операција и одржување е исто така критичен за осигурување долгосрочната стабилна работа на системот. Само со блиско следење на реалните потреби, избор и оптимизација на технички решенија според локални услови и поддршка со добро управувачки механизам може да се постигне непрекинато подобрување во управувањето со губитоци.

4. Заклучок
Управувањето со губитоци во зони со нисковолтни трансформатори има големо значење за подобрување на квалитетот на доставата на електрична енергија и економска ефикасност, а примената на технологии на паметната мрежа овозможува силна поддршка во оваа насока. Во практичната работа, технологии како HPLC (High-Speed Power Line Communication), интелигентни уреди за превклучување на фази и автоматски регулатори на напон во нисковолтни линии стануваат главни точки на истражување и имплементација. Со помош на овие технологии, може да се реализира реално време мониторинг на работни услови на зоната со трансформатор, динамичка балансирање на трифазни оптерења и прецизно регулирање на терминалниот напон.

Како пример, во случајот на Трансформаторска зона А во некој град, после комплетна рејмодификација, процентот на губитоци се намали од 9,7% до 6,1%, а процентот на спроведливост на напонот се подобри за 11,5%, што доведе до значајни економски и социјални предности.

Меѓутоа, все уште има области кои треба да се подобрат во тековната примената на технологии - на пример, дополнително подобрување на капацитетот за одбрана од интерференција во комуникацијата и препроцесирање на стратегиите за самоадаптивно контрола на опремата. Во иднина, фокусот треба да се премести кон интегриран дизајн и координирано контрола на интелигентни уреди, како и подлабоко истражување на модели за прогноза на губитоци базирани на големи податоци и вештачка интелигенција. Поради тоа, потсетникот за подобрување на техничкото обукање на персоналот за операција и одржување е важен за осигурување долгосрочната стабилна работа на системот. Овие мерки ќе донесат повеќе ефикасни и одржливи решенија за управување со губитоци во зони со нисковолтни трансформатори.