Aplicació de reguladors automàtics de tensió bidireccionals en xarxes de distribució de muntanya

1. Resum

Les xarxes de distribució a la muntanya estan dotades de nombroses petites centrals hidroelèctriques, la majoria d'elles són centrals de caudal riu amb capaçitat de regulació. Aquestes centrals estan connectades a la mateixa línia que les càrregues elèctriques, el que comporta certs impactes negatius en l'operació de la xarxa elèctrica. El problema més prominent entre ells és el problema de la qualitat de tensió. Durant la temporada pluviosa, les petites centrals hidroelèctriques generen electricitat per a la xarxa, i no assolir l'equilibri de potència local provoca un augment de la tensió de la línia.

Durant la temporada seca, a causa de la llargada de la línia, el petit diàmetre del fil i la baixa càrrega, la tensió als usuaris finals de la línia és extremadament baixa. Com que la generació i subministrament d'electricitat es troben integrats en la mateixa línia, la direcció del flux de potència de la línia és variable, resultant en una tensió molt inestable. L'instal·lació de reguladors de tensió automàtics bidireccionals en les línies de distribució llargues pot solucionar el problema de la qualitat de tensió. Centrant-se en els problemes de qualitat de tensió de les línies de distribució a la muntanya amb petites centrals hidroelèctriques, aquest article pren com a exemple la Línia Bibei d'un cert IEE-Business i proposa una nova solució de regulador de tensió automàtic bidireccional.

1.1 Informació bàsica de la Línia Bibei de 10kV

Com a representant típic de les línies de xarxa de distribució a la muntanya, la informació bàsica de la Línia Bibei de 10kV es mostra a la Taula 1 a continuació.

Les dades estadístiques sobre els índexs de qualificació del voltatge dels 39 transformadors de distribució a l'àrea de subministrament del 2012 mostren que la taxa màxima és del 99,8%, la mínima és del 54,4% i només 6 transformadors de distribució compleixen els requisits estàndard de qualificació del voltatge, representant el 15,3%. El valor màxim registrat de voltatge és de 337V, superant el valor permès en un 43%. El problema de voltatge és prominent, amb freqüents casos de danys als aparells elèctrics dels usuaris i nombroses reclamacions sobre el voltatge.

1.2 Anàlisi de les anomalies de voltatge

Les raons principals que porten al problema de la qualitat del voltatge a la línia Bibei són les següents:

(1) Contradicció destacada entre les estacions seca i pluja. El mode d'operació de les unitats hidroelèctriques a la corrent es relaciona estretament amb l'afluència d'aigua. Com que la capacitat instal·lada de les petites centrals hidroelèctriques és molt més gran que la capacitat de càrrega, una gran quantitat d'energia elèctrica excedentaria es transmet a la xarxa durant la temporada de pluja. Durant la temporada seca, la càrrega de subministrament local depèn principalment de la suplementació de la xarxa, resultant en canvis significatius en el mode d'operació entre les estacions seca i pluja, que afecten greument la qualitat de l'energia i dificulten que el nivell de voltatge a l'àrea arribi al nivell qualificat.

(2) Falta de supervisió i control eficaç per a les petites centrals hidroelèctriques. Degut a la petita capacitat unitària, la gran quantitat, la distribució amplia, la diversitat de propietats i l'impacte estacional significatiu en l'operació de les petites centrals hidroelèctriques, és difícil assolir un control i monitorització unificats. Per tant, els ajustos locals per a àrees de transformadors individuals tenen un efecte insignificant en millorar la qualitat del voltatge.

(3) Dificultat en l'operació i regulació dels transformadors. La direcció del flux de línia canvia sovint. Durant la temporada de pluja, es genera energia a la xarxa, i els transformadors de distribució s'operen amb reductors de voltatge ajustats per reduir el voltatge per assegurar que el voltatge al final de l'usuari no quedi massa alt i no endegi els aparells elèctrics. Durant la temporada seca, es recull energia de la xarxa, i els transformadors de distribució s'operen amb reductors de voltatge ajustats per augmentar el voltatge per assegurar que el voltatge al final de l'usuari no quedi massa baix i pugui ser utilitzat normalment. Per tant, els requisits per a l'operació de reducció i augment del voltatge dels transformadors canvien sovint, fent difícil realitzar ajustos operatius en coordinació amb els canvis del flux de potència.

(4) El transformador principal del subministrament superior utilitza un canvi de relleu sense càrrega amb un nombre limitat de relleus i un rang de regulació limitat.

2. Aplicació dels transformadors de regulació de voltatge bidireccional

2.1 Selecció de solucions

A través de l'estudi de les característiques operatives de les xarxes de distribució de muntanya amb un gran nombre de petites centrals hidroelèctriques i l'anàlisi de l'aplicabilitat dels mètodes existents de regulació de voltatge, aquest article selecciona una solució de regulador automàtic de voltatge bidireccional amb forta operativitat i bona practicitat.

2.2 Principi i Efectes dels Transformadors Reguladors de Voltatge Bidireccional

2.2.1 Principi de Funcionament del Regulador Automàtic de Voltatge Bidireccional per a Linies

El regulador automàtic de voltatge bidireccional per a linies consta principalment de quatre parts: un regulador de voltatge autotransformador trifàsic, un commutador de derivacions sobrecarregat trifàsic, un controlador i un mòdul d'identificació del flux de potència. El mòdul d'identificació del flux de potència detecta la direcció de la corrent per identificar la direcció del flux de potència de la línia i envia aquest senyal al controlador. El controlador decideix si s'ha d'augmentar o disminuir el voltatge basant-se en els senyals de voltatge i corrent, després controla l'operació del motor dins del commutador de derivacions sobrecarregat per fer que el commutador canvii les derivacions. Això canvia la raó de voltants del transformador per assolir una regulació automàtica de voltatge sobrecarregada. El commutador de derivacions sobrecarregat trifàsic ajusta la raó de voltants del transformador per canviar el seu voltatge de sortida.

2.2.2 Anàlisi Teòrica de l'Efecte

Estació Seca:Les variacions del voltatge de la línia abans i després de la instal·lació del BSVR es mostren a la Figura 1.

Durant l'estació seca, després d'instal·lar el regulador de voltatge bidireccional BSVR, els voltatges al final de la línia principal i a cada línia secundària augmenten. Això resol el problema del voltatge de línia no qualificat i assegura la qualitat de l'ús de l'electricitat pels usuaris de la línia durant l'estació seca.

Estació Humida:Els voltatges a diversos punts de la línia abans i després de la instal·lació del BSVR durant l'estació humida es mostren a la Figura 2.

Durant l'estació humida, la instal·lació del regulador de voltatge bidireccional BSVR millora els voltatges al final de la línia principal i a cada línia secundària. No només assegura la transmissió normal d'energia des de les petites centrals hidroelèctriques a la xarxa, sinó que també garanteix la qualitat de l'ús de l'electricitat pels usuaris en les seccions mitjanes i posteriors de la línia.

2.3 Efectes de l'Aplicació

Segons les condicions reals de la línia, el regulador de voltatge bidireccional s'instal·la al Pòlit 63 de la línia principal amb una capacitat de 3000kVA. Considerant les condicions reals tant de l'estació seca com de l'estació humida de manera integral, s'ha seleccionat un rang d'ajustament del -15% al +15% per al regulador.

La qualitat del voltatge d'aquesta línia s'ha millorat significativament. No només baixa el voltatge de llindar per a les petites centrals hidroelèctriques per transmetre energia a la xarxa principal (de manera que les centrals hidroelèctriques no necessiten augmentar el voltatge excessivament), sinó que també augmenta el voltatge a la secció inicial de la línia a través del regulador. Això assegura que les centrals hidroelèctriques puguin alimentar la xarxa, mentre augmenta la taxa de qualificació del voltatge per als clients de la línia i garanteix l'operació segura i estable de la xarxa elèctrica.

3. Conclusió

Quan el dispositiu de regulació automàtica de voltatge bidireccional s'aplica a les línies subministrades per petites centrals hidroelèctriques, tant els càlculs teòrics com les aplicacions pràctiques mostren que l'instal·lació d'un regulador automàtic de voltatge bidireccional per a linies pot millorar considerablement la qualitat del voltatge, resolent de manera integral el conflicte de regulació de voltatge entre les estacions seca i humida.