Pagsisilbing ng mga Teknolohiya ng Smart Grid sa Pagsasamantala ng Pagkawala ng Kuryente sa Mga Zona ng Baja-bolteheng Transformer

Bilang isang mahalagang bahagi ng distribution network, direktang nakaaapekto ang mga low-voltage distribution area (mula rito ay tinutukoy bilang "low-voltage transformer zones") sa ekonomikong benepisyo ng mga kumpanya ng kuryente at kalidad ng konsumo ng kuryente ng mga end-user sa pamamagitan ng mga isyu sa line loss. Gayunpaman, ang tradisyonal na pamamaraan ng pamamahala ay may malinaw na kahinaan se term ng katumpakan at kahusayan. Sa ganitong konteksto, ang aplikasyon ng smart grid technologies ay nagbibigay ng bagong solusyon para sa line loss management. Sa pamamagitan ng pag-introduce ng advanced na teknikal na pamamaraan, hindi lamang mapapabuti ang antas ng pino ng line loss management kundi masusuportahan din ang conservation at emission reduction goals, na may malaking kahalagahan sa pagpapalaganap ng mataas na kalidad na pag-unlad sa industriya ng kuryente.

1.Line Loss Issues in Low-Voltage Transformer Zones
Ang mga problema sa line loss sa low-voltage transformer zones ay pangunahing nahahati sa technical losses at management losses. Ang technical losses ay nagmumula sa likas na pagkawala ng kagamitan at operational constraints—halimbawa, iron at copper losses sa transformers at power losses dulot ng line resistance. Kumuha ng halimbawa ang isang karaniwang low-voltage distribution line, kapag ang conductor cross-sectional area ay 50 mm² at ang load current ay umabot sa 200 A, ang power loss bawat kilometro ng linya ay humigit-kumulang 4 kW.

Kapag ang conductor cross-sectional area ay nadagdagan hanggang 70 mm² sa ilalim ng magkaparehong kondisyon, mababawasan ang pagkawala ng humigit-kumulang 30%. Samantala, ang management losses ay madalas dulot ng metering errors, pandarambong ng kuryente, o hindi tamang operasyon at maintenance. Halimbawa, ang katumpakan ng metering ng tradisyonal na mechanical electricity meters sa ilalim ng light-load conditions ay nasa 85% lamang, malayo sa mas mababa kumpara sa smart meters, na umaabot sa higit sa 99%. Bukod dito, ang three-phase imbalance ay maaaring makapagpataas nang malaki sa line losses; kung ang three-phase current unbalance sa isang transformer zone ay lumampas sa 15%, tataas ang line loss rate ng 2% hanggang 5%. Ang pag-iral ng mga isyung ito ay nagpapakita na ang manu-manong inspeksyon lamang ay hindi na sapat upang matugunan ang mga pangangailangan ng pinong pamamahala, at kailangan nang urgent na mga intelligent na paraan upang mapataas ang kahusayan ng pamamahala.

2.Smart Grid Technologies Applied in Line Loss Management of Low-Voltage Transformer Zones

2.1 HPLC (High-Speed Power Line Communication) Technology
Ang pangunahing prinsipyo ng HPLC technology ay gamitin ang umiiral na low-voltage distribution lines bilang communication media, i-couple ang high-frequency modulated signals sa power lines sa pamamagitan ng coupling circuits upang makamit ang mataas na bilis ng data transmission. Ang teknolohiyang ito ay pangunahing ginagamit sa mga sitwasyon tulad ng real-time monitoring ng operating condition ng linya sa transformer zones, koleksyon ng electric energy data, at user electricity information interaction.

Sa panahon ng pagpapatupad, ang unang hakbang ay gawin ang site survey sa kapaligiran ng linya ng transformer zone upang suriin ang channel characteristics at antas ng interference, upang samakatuwid matukoy ang optimal carrier frequency (karaniwang nasa loob ng 1.7–30 MHz) at coupling method. Susunod, i-install ang mga dedicated couplers at HPLC communication modules sa low-voltage side ng distribution transformer, branch boxes, at user electricity meters upang matatag ang isang communication network sa buong transformer zone. Samantalang, i-deploy ang master station system upang ma-seamlessly i-integrate sa upper-layer application systems sa pamamagitan ng protocol conversion.

Sa panahon ng operation at maintenance phase, dapat isagawa nang regular ang pagsusuri at calibration ng kagamitan, subaybayan ang kalidad ng communication signal, at agad na tugunan ang anumang anomalies. Halimbawa, kung ang carrier signal attenuation ay lumampas sa 30 dB o ang bit error rate ay tumaas sa higit sa 1×10⁻⁴, dapat imbestigahan ang mga line faults o mga pinagmumulan ng electromagnetic interference. Kung kinakailangan, dapat i-adjust ang transmission power (karaniwang saklaw mula –10 dBm hanggang 30 dBm) o palitan ang mga coupler upang matiyak ang matatag na operasyon ng sistema. 

Upang mapataas ang communication stability, karaniwang gumagamit ang HPLC systems ng adaptive modulation schemes, na dynamically pumipili ng mga mode ng modulation batay sa kalidad ng channel. Iba-iba ang mga scheme ng modulation sa data rate, noise immunity, at coverage range, na nangangailangan ng optimized configuration batay sa mga pagbabago ng load at kondisyon ng ingay sa transformer zone. Halimbawa, maaaring i-enable ang higher-order modulation sa gabi kapag mas magaan ang load at mas mababa ang antas ng ingay upang mapataas ang data throughput, habang lumilipat sa robust mode sa panahon ng peak hours sa araw upang matiyak ang communication reliability. Ang Table 1 ay naglilista ng tatlong karaniwang ginagamit na modulation schemes sa HPLC systems kasama ang kanilang teknikal na katangian, na nagbibigay ng reperensya para sa field parameter configuration.

Table 1 Technical Characteristics Comparison of Common Modulation Methods for HPLC

2.2 Paghahalong Intelligente ng Switch Device
Ang prinsipyong ginagamit ng paghahalong intelligente ng switch device ay ang pagsukat sa tatlong phase na kuryente at voltaje, pagkalkula ng pagkakabalisa ng load sa real time, at kapag ang pagkakabalisa ay lumampas sa nakatakdang threshold (karaniwang 10%–20%), kontrolin ang pag-switch ng mga load upang mabago ang balanse ng tatlong phase na loads. Ang device na ito ay pangunahing ginagamit sa dulo ng mga zone ng transformer, lalo na sa mga lugar na may mabigat na single-phase loads.

Sa pag-implementa:
Una, dapat magpili ng angkop na lokasyon para sa pag-install—gayunpang sa mga branch boxes o sa low-voltage side ng mga distribution transformers—upang masiguro ang kadaliang paggawa at pangangalain.
Pangalawa, dapat magtakda ng isang site survey upang maintindihan ang distribusyon ng load at mapag-ayos ang capacity ng switch (tingnan ang Table 2). Sa panahon ng pag-install at commissioning, dapat gawin ang mga simulasyon ng load upang optimisin ang strategy ng kontrol at setting ng protection; halimbawa, ang setting ng overcurrent protection ay karaniwang nakonfigure sa 1.2 beses ang rated current.
Pangatlo, dapat palakasin ang system ng pag-monitor ng operasyon ng zone ng transformer upang mabigyan ng kakayahan ang information exchange at remote control sa pagitan ng switching device.
Pang-apat, sa panahon ng operasyon at pangangalain, dapat regular na gawin ang mga preventive tests sa switch upang agad matukoy at asikasuhin ang mga potensyal na suliranin tulad ng mechanical wear o mahinang contact, upang masigurado ang ligtas at maasahan ang operasyon. Bukod dito, dapat gawin ang regular na pag-analyze ng trends ng pagbabago ng load ng zone ng transformer upang ayusin ang logic ng kontrol at settings ng parameter ng switch kung kinakailangan.

Table 2 Sanggunian sa Konfigurasyon ng Capacity para sa Smart Switchgear

2.3 Automatic Voltage Regulator para sa Mababang Volt na Linya
Ang pangunahing prinsipyong ng automatic voltage regulator para sa mababang volt na linya ay ang pagkuha ng real-time na sukat ng tensyon at kuryente sa linya, pagkalkula ng mga parameter tulad ng impeksiyang linya at power factor, at awtomatikong pag-ayos ng posisyon ng transformer tap changer batay sa pagbabago, upang panatilihin ang output voltage sa isang tanggap na rango. Ang aparato na ito ay pangunahing ginagamit sa mababang volt na distribution network, lalo na sa mga lugar sa dulo ng linya kung saan ang tensyon ay madalas maging sobrang mataas o mababa.

Una, dapat pumili ng angkop na lugar para sa pag-install—tulad ng mababang volt na bahagi ng distribution transformer o ring main unit—at gawin ang site survey upang maintindihan ang supply radius at distribusyon ng mga user sa linya.
Pangalawa, dapat tukuyin ang kapasidad ng regulator (tingnan ang Table 3) at control strategy. Sa panahon ng installation at commissioning phase, dapat gawin ang no-load at load tests upang i-verify ang accuracy ng voltage regulation (karaniwang inaasahan na nasa loob ng ±1.5%) at response time (karaniwang hindi lumalampas sa 30 segundo), pati na rin ang pag-validate ng mga protection function tulad ng overvoltage at undervoltage.
Pangatlo, pagkatapos ng commissioning, dapat itayo ang komprehensibong sistema ng operation management, malinaw na naka-define ang mga requirement para sa inspection, operation, at maintenance upang tiyakin ang ligtas at matatag na operasyon ng regulator. Halimbawa, kung ang single-phase voltage ay patuloy na lumalabas ng ±7% ng rated value sa loob ng 5 minuto, o kung ang three-phase voltage unbalance ay lumampas sa 2%, dapat agad na matukoy ang sanhi at gawin ang mga hakbang na kailangan. Ang analisis ng operational data ay nagpapakita na ang maayos na nakonfigure na automatic voltage regulators ay maaaring mapataas ang compliance rate ng line voltage ng 5% hanggang 15%, na siyang nagreresulta sa masiglang pagbawas ng line losses dahil sa mga violation sa tensyon.

Table 3 Pamantayan para sa Paggamit ng Low-Voltage Line Automatic Voltage Regulators

3.Paggamit ng Teknolohiya

3.1 Kaso at mga Isyu sa Pagkawala ng Kuryente sa Linya
Ang Transformer Zone A ay matatagpuan sa sentrong lungsod ng isang lumang urbano, may radius ng suplay ng kuryente na 1.5 km, naglilingkod sa 712 residential na customer at 86 commercial na customer. Ang pangunahing pasilidad ng distribusyon sa zone ay kasama ang isang S11-M.RL-400/10 type na distribution transformer na may rated capacity na 400 kVA; anim na low-voltage outgoing feeder—dalawa na may JKLGYJ-120 mm² na konduktor at apat na may JKLGYJ-70 mm² na konduktor—na may average na haba ng linya na 510 metro bawat circuit; bukod dito, mayroon ding apat na HXGN-12 ring main units at 18 low-voltage integrated distribution cabinets.

Sa nakaraang mga taon, dahil sa lokal na pagsasabog ng urban at paglaki ng mga komersyal na establisimiyento, ang load sa transformer zone na ito ay patuloy na tumataas. Halimbawa, noong 2018, umabot ang peak load sa 285 kW, ang pagkonsumo ng kuryente ay tumaas ng 7.6% year-on-year, subalit ang rate ng pagkawala ng kuryente sa linya ay naging 9.7%, malayo sa target ng pamamahala na 6.5% para sa parehong panahon.

Ang inspeksyon sa site ay naglabas ng mga sumusunod na pangunahing isyu:

• Mahinang kontak sa mga connection points ng distribution transformer at linya na nagdulot ng lokal na pag-init at karagdagang pagkawala;

• Hindi pantay na pagkakaibahagi ng three-phase load, na may pinakamataas na imbalance na 18.2%;

• Hindi awtorisadong pagkonekta at pagkuha ng kuryente ng ilang mga user;

• Pagtanda ng mga metering device na may measurement errors na lumampas sa ±5%.

Ang mga factor na ito ay nag-ambag sa patuloy na mataas na pagkawala ng kuryente sa linya sa zone, nagdulot ng mahirap na hamon sa pamamahala.

3.2 Paggamit ng Teknolohiya at Implementasyon
Upang tugunan ang mga isyu sa pagkawala ng kuryente sa linya sa Transformer Zone A, isang komprehensibong solusyon na naglalaman ng HPLC communication, intelligent phase-switching switches, at automatic voltage regulators ay inilapat matapos ang maikling pagsusuri.

Una, ang HPLC couplers at communication modules ay inilapat sa low-voltage side ng transformer, at ang katugong kagamitan ay inilapat sa bawat branch box at user meter, nagtataguyod ng high-speed power line carrier communication network na sumasaklaw sa buong transformer zone. Ang network na ito ay nagbibigay-daan sa real-time monitoring ng operational status, kabilang ang voltage, current, power sa busbars at branches, pati na rin ang mga critical indicators tulad ng temperatura ng kagamitan at harmonic distortion. Ang mga personnel sa operation at maintenance ay maaaring agad na makita ang anumang anomalya. Bukod dito, ang high-accuracy energy metering data ay nagbibigay ng matatag na suporta para sa analisis at pamamahala ng pagkawala ng kuryente sa linya.

Pangalawa, anim na intelligent phase-switching switch units (rated para sa maximum operating current na 250 A) ay inilapat sa mga pangunahing branch boxes at key load locations. Ang mga switch na ito ay patuloy na nagsusukat ng three-phase current imbalance at automatikong nagreredistribute ng loads kapag ang imbalance ay lumampas sa 15%, na nagbibigay ng epektibong balanse sa tatlong phases. Ang field tests ay nagpatunay na ang switching actions ay natapos sa loob ng 30 ms, na walang disruption sa mga user. Tatlong buwan pagkatapos ng commissioning, ang three-phase imbalance sa zone ay bumaba mula 18.2% hanggang 6.5%, at ang rate ng pagkawala ng kuryente sa linya ay bumaba ng 1.7%.

Pangatlo, upang tugunan ang mga voltage violations sa dulo ng linya, isang 200 kVA intelligent voltage regulator ay inilapat 710 metro mula sa transformer. Ang regulator ay tumatanggap ng input voltage range na 210–430 V at nagsasustina ng output na 220 V ±2%. Ito ay automatikong nag-adjust ng kanyang turns ratio batay sa real-time voltage measurements sa dulo ng linya, na nagpapanatili ng terminal voltage nang consistent sa acceptable range. Simula ng commissioning, ang regulator ay nagsagawa ng mabilis na response sa iba't ibang load peaks at valleys, na nagtaas ng voltage compliance rate sa siyam na key monitoring points mula 87% hanggang higit sa 98.5%.

Sa pamamagitan ng closed-loop management approach ng “monitoring–control–optimization,” ang mga hakbang na ito ay nagbigay ng significant na pag-improve sa performance ng pagkawala ng kuryente sa linya ng Transformer Zone A, na nagresulta sa estimated na annual energy saving na humigit-kumulang 120,000 kWh, na may malinaw na ekonomiko na benepisyo. Ang paghahambing ng mga key indicator ay ipinapakita sa Table 4.

Table 4 Paghahambing ng Key Index ng Area A Bago at Pagkatapos ng Komprehensibong Pamamahala

Sa aktwal na pagpapatupad, ang mga sumusunod na puntos ay dapat ding tandaan:
Una, tungkol sa reliabilidad ng komunikasyon ng HPLC, ang lakas ng transmisyon, pagkakakodigo ng channel, at iba pang mga parameter ay dapat na maayos na i-configure batay sa espesipikong kondisyon ng area ng transformer; kung kinakailangan, maaaring gamitin ang paraan ng relay upang palawakin ang layo ng komunikasyon.
Pangalawa, ang oras at lohika ng interlock ng operasyon ng switch na nagbabago ng phase ay dapat na mapagmasdan nang maingat upang maiwasan ang sobrang o mali na pag-switch—halimbawa, maaaring i-configure ang switch na gumana lamang kapag ang imbalance ay lumampas sa 15% at umiral para sa 3 minuto.
Pangatlo, ang wastong pagpili at konfigurasyon ng capacity ng voltage regulator ay dapat maglaman ng tiyak na margin upang maiwasan ang madalas na pag-adjust na maaaring maging sanhi ng mekanikal na wear and tear; tumingin sa Table 5 para sa gabay sa pagpili at konfigurasyon ng automatic voltage regulator.

Table 5 Pamantayan sa Pagpili ng Modelo para sa Automatic Voltage Regulators

Bukod dito, isang mataas na kalidad na operasyon at maintenance team ay mahalaga rin para masigurong matatag ang pag-operate ng sistema sa mahabang panahon. Kailangan lamang na malapit na maugnay sa aktwal na pangangailangan, pumili at i-optimize ang mga teknikal na solusyon batay sa lokal na kondisyon, at suportahan ito ng isang mabisang mekanismo ng pamamahala upang makamit ang patuloy na pag-unlad sa pamamahala ng line loss.

4.Katapusang Pagsusuri
Ang pamamahala ng line loss sa low-voltage transformer zones ay may malaking kahalagahan para sa pagpapabuti ng kalidad ng power supply at ekonomikong epektibidad, at ang aplikasyon ng mga teknolohiya ng smart grid ay nagbibigay ng malakas na suporta dito. Sa praktikal na gawain, ang mga teknolohiya tulad ng HPLC (High-Speed Power Line Communication), intelligent phase-switching switch devices, at low-voltage line automatic voltage regulators ay naging pangunahing paksa ng pagsasaliksik at implementasyon. Sa pamamagitan ng mga teknolohiyang ito, maaaring maisakatuparan ang real-time monitoring ng kondisyon ng pag-operate ng transformer zone, dynamic balancing ng three-phase loads, at precise regulation ng terminal voltage.

Sa halimbawa ng Transformer Zone A sa isang bayan, pagkatapos ng komprehensibong pag-remedyo, ang rate ng line loss ay bumaba mula 9.7% hanggang 6.1%, at ang rate ng compliance ng voltage ay tumaas ng 11.5%, na nagresulta sa malaking ekonomiko at sosyal na benepisyo.

Gayunpaman, may mga aspeto pa rin na kailangan ng pagpapabuti sa kasalukuyang mga aplikasyon ng teknolohiya—halimbawa, ang pagpapataas ng kakayahan ng communication anti-interference at ang pag-aayos ng mga estratehiya ng self-adaptive control ng mga equipment. Sa hinaharap, ang pokus ay dapat magbalik sa integrated design at coordinated control ng mga intelligent device, at mas malalim na pag-aaral ng mga modelo ng line loss prediction batay sa big data at artificial intelligence. Bukod dito, ang pagpapataas ng teknikal na pagsasanay para sa mga operation at maintenance personnel ay mahalaga upang masigurong matatag ang pag-operate ng sistema sa mahabang panahon. Ang mga hakbang na ito ay magbibigay ng mas epektibo at sustainable na solusyon para sa pamamahala ng line loss sa low-voltage transformer zones.