تطبيق معدّلات الجهد التلقائية ذات الاتجاهين في شبكات توزيع الكهرباء الجبلية

1. نظرة عامة

تتميز الشبكات التوزيعية الجبلية بعدد كبير من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، والتي تكون في الغالب محطات جريان النهر دون قدرة على التنظيم. يتم توصيل هذه المحطات بالخط نفسه الذي تتصل به الأحمال الكهربائية، مما يسبب بعض الآثار السلبية على تشغيل الشبكة الكهربائية. أبرز هذه المشاكل هي مشكلة جودة الجهد. خلال موسم الأمطار، تقوم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بإنتاج الكهرباء للشبكة، وفشل تحقيق التوازن المحلي للكهرباء يؤدي إلى ارتفاع جهد الخط.

خلال موسم الجفاف، بسبب طول الخط الكبير وقطر السلك الصغير والأحمال المنخفضة، يكون الجهد عند المستخدمين النهائيين للخط منخفضًا للغاية. نظرًا لأن إنتاج وتوزيع الكهرباء متكاملان على نفس الخط، فإن اتجاه تدفق الطاقة على الخط متغير، مما يؤدي إلى عدم استقرار الجهد بشكل كبير. يمكن أن يحل تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي ثنائي الاتجاه في الخطوط التوزيعية الطويلة مشكلة جودة الجهد. مع التركيز على مشاكل جودة الجهد في خطوط التوزيع الجبلية التي تحتوي على محطات طاقة كهرومائية صغيرة، يستعرض هذا البحث خط بيبي كمثال ويقترح حلًا جديدًا لمعدات تنظيم الجهد التلقائي ثنائي الاتجاه.

1.1 المعلومات الأساسية لخط بيبي 10 كيلوفولت

كما هو ممثل نموذجي لخطوط شبكة التوزيع الجبلية، تظهر المعلومات الأساسية لخط بيبي 10 كيلوفولت في الجدول 1 أدناه.

تظهر الإحصاءات المتعلقة بمعدل مؤشرات التأهيل الجهد لـ 39 محول توزيع في منطقة التغذية أن أعلى معدل هو 99.8٪، وأدنى معدل هو 54.4٪، وأن فقط 6 محولات توزيع تلبي متطلبات المعايير لمعدل التأهيل الجهد، مما يمثل 15.3٪. القيمة القصوى المسجلة للجهد هي 337 فولت، مما يتجاوز القيمة المسموح بها بنسبة 43٪. المشكلة المتعلقة بالجهد بارزة، مع حدوث تلف متكرر للأجهزة الكهربائية لدى المستخدمين وشكاوى كثيرة حول الجهد.

1.2 تحليل الشذوذات الجهد

الأسباب الرئيسية التي أدت إلى مشكلة جودة الجهد في خط بيبي هي كالتالي:

(1) التناقض البارز بين مواسم الأمطار والجفاف. طريقة تشغيل الوحدات الهيدروكهربائية ذات التيار الحر مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتدفق المياه. نظرًا لأن الطاقة المثبتة للمحطات الهيدروكهربائية الصغيرة أكبر بكثير من قدرة الحمل، يتم نقل كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية الفائضة إلى الشبكة خلال موسم الأمطار. خلال موسم الجفاف، يعتمد الحمل المحلي على الشبكة بشكل أساسي لتوفير الطاقة، مما يؤدي إلى تغيرات كبيرة في طريقة التشغيل بين موسمي الأمطار والجفاف، مما يؤثر سلبًا على جودة الطاقة ويصعب الوصول إلى مستوى الجهد المؤهل في المنطقة.

(2) نقص الرصد والتحكم الفعالين للمحطات الهيدروكهربائية الصغيرة. بسبب صغر حجم الوحدة الواحدة، والكمية الكبيرة، والتوزع الواسع، وملكية متنوعة، والأثر الموسمي الكبير على تشغيل المحطات الهيدروكهربائية الصغيرة، يكون من الصعب تحقيق الرصد والتحكم الموحد. لذلك، تكون التعديلات المحلية لكل منطقة محول لها تأثير ضئيل على تحسين جودة الجهد.

(3) صعوبة تشغيل وضبط المحولات. يتغير اتجاه تدفق الخط بشكل متكرر. خلال موسم الأمطار، يتم إنتاج الطاقة للشبكة، ويتم تشغيل محولات التوزيع مع ضبط أجهزة التغيير لخفض الجهد لضمان عدم حرق الأجهزة الكهربائية لدى المستخدم بسبب مستويات عالية للغاية. خلال موسم الجفاف، يتم استقبال الطاقة من الشبكة، ويتم تشغيل محولات التوزيع مع ضبط أجهزة التغيير لرفع الجهد لضمان استخدام الجهد المستخدم بشكل طبيعي دون أن يكون منخفضًا جدًا. لذلك، تتغير المتطلبات لتشغيل خفض ورفع الجهد للمحولات بشكل متكرر، مما يجعل من الصعب تنفيذ التعديلات التشغيلية بالتوازي مع تغييرات تدفق الطاقة.

(4) يستخدم المحول الرئيسي لمصدر الطاقة العلوي نظام التغيير بدون تحميل مع عدد قليل من الدرجات ونطاق تعديل محدود.

2. تطبيق محولات تنظيم الجهد ثنائية الاتجاه

2.1 اختيار الحلول

من خلال دراسة خصائص التشغيل لشبكات التوزيع الجبلية ذات عدد كبير من المحطات الهيدروكهربائية الصغيرة وتحليل مدى ملاءمة طرق التنظيم الحالية للجهد، تم اختيار حل تنظيم الجهد التلقائي ثنائي الاتجاه ذو القابلية للتطبيق والفعالية العملية الجيدة.

2.2 مبدأ وأثر المحولات المنظمّة للجهد ثنائية الاتجاه

2.2.1 مبدأ عمل منظم الجهد التلقائي ثنائي الاتجاه للمغذي

يتكون المنظم التلقائي ثنائي الاتجاه للمغذي بشكل أساسي من أربعة أجزاء: منظم جهد ذاتي ثلاثي الأطوار، ومبدل الفتحات تحت الحمل ثلاثي الأطوار، ووحدة التحكم، ووحدة تحديد تدفق الطاقة. تقوم وحدة تحديد تدفق الطاقة بتحديد اتجاه التيار لتحديد اتجاه تدفق خط الطاقة وإرسال هذا الإشارة إلى وحدة التحكم. تقوم وحدة التحكم بتقييم ما إذا كان يجب زيادة أو خفض الجهد بناءً على إشارات الجهد والتيار، ثم تتحكم في تشغيل المحرك داخل مبدل الفتحات تحت الحمل لتحريك مبدل الفتحات لتغيير الفتحات. هذا يغير نسبة دوران المحول لتحقيق التنظيم التلقائي للجهد تحت الحمل. يقوم مبدل الفتحات الثلاثي الأطوار تحت الحمل بتعديل نسبة دوران المحول لتغيير جهده الخرج.

2.2.2 تحليل التأثير النظري

الموسم الجاف:تظهر التغييرات في جهد الخط قبل وبعد تركيب BSVR في الشكل 1.

خلال الموسم الجاف، بعد تركيب منظم الجهد الثنائي الاتجاه BSVR، يتم زيادة الجهود في نهاية الخط الرئيسي وفي كل خط فرعي. هذا يحل مشكلة عدم تأهيل جهد الخط ويضمن جودة استهلاك الكهرباء للمستخدمين على الخط خلال الموسم الجاف.

الموسم الممطر:تظهر الجهود في نقاط مختلفة من الخط قبل وبعد تركيب BSVR خلال الموسم الممطر في الشكل 2.

خلال الموسم الممطر، يحسن تركيب منظم الجهد الثنائي الاتجاه BSVR الجهود في نهاية الخط الرئيسي وفي كل خط فرعي. لا يضمن فقط نقل الطاقة الطبيعية من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة إلى الشبكة ولكنه أيضًا يضمن جودة استهلاك الكهرباء للمستخدمين في الوسط والجزء الخلفي من الخط.

2.3 آثار التطبيق

وفقًا للظروف الفعلية للخط، تم تركيب منظم الجهد الثنائي الاتجاه في القطب 63 من الخط الرئيسي بقدرة 3000 كيلو فولت أمبير. مع الأخذ في الاعتبار الظروف الفعلية لكل من المواسم الجافة والممطرة بشكل شامل، تم اختيار نطاق تعديل المنظم من -15٪ إلى +15٪.

تم تحسين جودة الجهد لهذا الخط بشكل كبير. فهو ليس فقط يخفض الجهد العتبة لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة لإرسال الطاقة إلى الشبكة الرئيسية (لذا فإن محطات الطاقة الكهرومائية لا تحتاج إلى رفع الجهد بشكل مفرط) ولكنه أيضًا يزيد الجهد في الجزء الأول من الخط عبر المنظم. هذا يضمن أن يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية إدخال الطاقة إلى الشبكة، بينما يزيد أيضًا من معدل التأهيل للجهد للعملاء على الخط ويضمن التشغيل الآمن والاستقرار للشبكة الكهربائية.

3. الخاتمة

عند تطبيق جهاز تنظيم الجهد التلقائي الثنائي الاتجاه على الخطوط التي تغذيها محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، تظهر الحسابات النظرية والتطبيقات العملية أنه يمكن أن يؤدي تركيب منظم الجهد التلقائي ثنائي الاتجاه للمغذي إلى تحسين كبير في جودة الجهد، مما يحل بشكل شامل صراع التنظيم بين المواسم الجافة والممطرة.