In Gebieten mit extrem geringer Lastdichte können Spannungswandler mit 10 kV einen stabilen Stromversorgung garantieren.

Fernversorgung von Stromleitungen: Niederspannung und starke Spannungsschwankungen

Gemäß den "Technischen Richtlinien für die Planung und Gestaltung von Verteilnetzen" (Q/GDW 1738–2012) muss der Versorgungsradius einer 10 kV-Verteilleitung den Anforderungen an die Spannungsqualität am Ende der Leitung entsprechen. Im Grunde genommen sollte der Versorgungsradius in ländlichen Gebieten nicht mehr als 15 km betragen. In einigen ländlichen Regionen kann der tatsächliche Versorgungsradius jedoch aufgrund geringer Lastdichte, kleiner und weit verstreuter Strombedarfe bis zu 50 km überschreiten, was zu extrem langen 10 kV-Speisern führt. Diese Fernversorgung verursacht zwangsläufig erheblich niedrige Spannungen oder starke Spannungsschwankungen in der Mitte und am Ende der Leitung. Die wirtschaftlichste Lösung für dieses Problem ist die dezentrale Spannungsregelung.

Um die Spannungsqualität sicherzustellen, umfasst die primäre Spannungsregelung in Mittel- und Niederspannungsverteilnetzen:

• Laststromwechsel (OLTC) der Haupttransformatorwerke;

• Anpassung des Blindleistungsflusses auf der Leitung;

• Änderung der Leitungsparameter;

• Errichtung neuer Umspannwerke; 

• Installation von SVR-Serie automatischen Spannungsreglern.

Von diesen fünf Ansätzen sind die ersten vier oft wirtschaftlich ineffizient oder unpraktisch, wenn sie auf spezifische lange Speiser angewendet werden. Rockwell Electric Co., Ltd. hat den SVR-Speiserautomatikspannungsregler entwickelt, der eine technisch machbare, kostengünstige und leicht installierbare Lösung für die Spannungsregelung solcher speziellen Speiser bietet.

Der automatische Leitungsspannungsregler besteht aus einem Autotransformator mit neun Taps, einem Laststromwechsler (OLTC) und einem automatischen Steuergerät, das in Echtzeit die Spannung am Leitungsende basierend auf Laständerungen verfolgen kann. Der Autotransformator besteht aus einer Hauptwicklung und einer Regelwicklung. Der Spannungsunterschied zwischen benachbarten Taps der Regelwicklung beträgt 2,5 %, was einen Gesamtregelbereich von ±20 % (also insgesamt 40 %) ermöglicht. Darüber hinaus enthält er eine sekundäre dreiphasige Deltawicklung, die hauptsächlich zur Unterdrückung von Drittharmonischen und zur Versorgung des automatischen Steuergeräts und des OLTC-Mechanismus dient.

Auf der Quellseite kann die Hauptverbindung über den OLTC zwischen den Taps 1 bis 9 geschaltet werden. Auf der Lastseite ist die Hauptverbindung gemäß dem erforderlichen Regelbereich festgelegt:

• Für einen Regelbereich von 0 % bis +20 % ist die Lastseitige Verbindung an Tap 1 festgelegt (Tap 1 wird zur Durchgangsposition);

• Für einen Bereich von –5 % bis +15 % ist sie an Tap 3 festgelegt (Tap 3 als Durchgangsposition);

• Für einen symmetrischen Bereich von –10 % bis +10 % ist sie an Tap 5 festgelegt (Tap 5 als Durchgangsposition).

Stromwandlern (CTs) sind an den Phasen A und C der Lastseite installiert, intern in Differenzkonfiguration verbunden. Spannungswandler (VTs) sind ebenfalls an den Phasen A und C der Lastseite installiert. Bei Konfigurationen mit bidirektionalen Leistungsflossen sind VTs zusätzlich an den Phasen A und C der Quellseite installiert.

Das Steuergerät verwendet Spannungs- und Stromsignale von der Lastseite als analoge Eingänge für Entscheidungen zum Tap-Wechsel. Verschiedene Statussignale dienen als Grundlage zur Identifizierung von Betriebszuständen und zur Auslösung von Alarmsignalen oder Schutzmaßnahmen. Basierend auf dem grundlegenden Prinzip, „geeignete Spannung sicherzustellen, während gleichzeitig die Anzahl der Tap-Operationen minimiert wird“, und unter Verwendung der Fuzzy-Control-Theorie, um die Regelgrenzen zu verwischen, wurde eine verbesserte Steuerstrategie implementiert. Dies führt effektiv zu einer Verbesserung der Spannungsstabilität und einer signifikanten Reduzierung der Anzahl der Tap-Wechsel.

Im Automatikmodus passt das Steuergerät die Tap-Position an, um die Spannung zu regulieren:

• Wenn die Lastseitige Spannung über einen vordefinierten Zeitraum unter der „Referenzspannung“ um einen voreingestellten Schwellwert bleibt, befiehlt das Steuergerät dem OLTC, einen Tap-Wechsel nach oben durchzuführen. Nach der Operation folgt eine Sperrzeit, um weitere Schaltungen zu verhindern.

• Sobald die Sperrzeit abgelaufen ist, ist ein weiterer Tap-Wechsel erlaubt.

• Gleiches gilt, wenn die Lastseitige Spannung über einen definierten Zeitraum oberhalb der Referenzspannung um einen eingestellten Wert liegt, initiiert das Steuergerät einen Tap-Wechsel nach unten, gefolgt von einer ähnlichen Sperrzeit nach der Operation.

Im Handbetriebsmodus kann das Gerät an jeder vom Bediener ausgewählten Tap-Position fixiert werden.
Im Fernbetriebsmodus akzeptiert es Befehle von einem Fernsteuerzentrum und arbeitet an der durch die Fernsteueranweisung vorgegebenen Tap-Position.