کاربرد تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار دوطرفه در شبکه‌های توزیع کوهستانی

۱. مروری بر کلیات

شبکه‌های توزیع کوهستانی با تعداد زیادی از نیروگاه‌های هیدروالکتریک کوچک مجهز شده‌اند، بیشتر آنها نیروگاه‌های روانابی بدون ظرفیت تنظیم هستند. این نیروگاه‌ها به خطوط الکتریکی مشابه با بار متصل می‌شوند که تأثیرات منفی خاصی بر عملکرد شبکه الکتریکی دارد. مشکل برجسته‌ترین آنها، مشکل کیفیت ولتاژ است. در فصل باران، نیروگاه‌های هیدروالکتریک کوچک برق تولید می‌کنند و به شبکه منتقل می‌شود، و عدم توازن برق محلی منجر به افزایش ولتاژ خط می‌شود.

در فصل خشک، به دلیل طول خط بلند، قطر سیم کوچک و بار کم، ولتاژ در انتهای خط برای کاربران بسیار پایین است. از آنجا که تولید و تأمین برق در یک خط انجام می‌شود، جهت جریان برق در خط متغیر است که منجر به ناپایداری بالای ولتاژ می‌شود. نصب تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار دوطرفه در خطوط توزیع بلند می‌تواند مشکل کیفیت ولتاژ را حل کند. با تمرکز بر مشکلات کیفیت ولتاژ خطوط توزیع کوهستانی با نیروگاه‌های هیدروالکتریک کوچک، این مقاله خط بیبی یکی از شرکت‌های تأمین برق را به عنوان مثال بررسی کرده و یک راه‌حل جدید از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار دوطرفه را پیشنهاد می‌کند.

۱.۱ اطلاعات پایه خط ۱۰kV بیبی

به عنوان یک نماینده نمونه از خطوط شبکه توزیع کوهستانی، اطلاعات پایه خط ۱۰kV بیبی در جدول ۱ زیر نشان داده شده است.

آمار نشان می‌دهد که در سال ۲۰۱۲، نرخ مؤهل بودن ولتاژ برای ۳۹ ترانسفورماتور توزیع در منطقه تأمین، حداکثر ۹۹/۸٪ و حداقل ۵۴/۴٪ بوده است. تنها ۶ ترانسفورماتور توزیع به استانداردهای مورد نیاز برای نرخ مؤهل بودن ولتاژ دست یافته‌اند که این عدد معادل ۱۵/۳٪ است. بیشترین مقدار ثبت شده برای ولتاژ ۳۳۷ ولت بوده که ۴۳٪ بیشتر از مقدار مجاز بوده است. مشکل ولتاژ بسیار قابل توجه است و خرابی دستگاه‌های الکتریکی کاربران و شکایات فراوانی درباره ولتاژ وجود دارد.

۱/۲ تحلیل ناهماهنگی‌های ولتاژ

دلایل اصلی منجر به مشکل کیفیت ولتاژ خط بیبی عبارتند از:

(۱) تضاد برجسته بین فصول مرطوب و خشک. روش عملیاتی واحدهای هیدروالکتریکی جریان آزاد به طور مستقیم با میزان آب ورودی مرتبط است. چون ظرفیت نصبی ایستگاه‌های هیدروالکتریکی کوچک بسیار بیشتر از ظرفیت بار است، طی فصل مرطوب مقدار زیادی انرژی الکتریکی اضافی به شبکه منتقل می‌شود. در فصل خشک، بار تامین برق محلی بیشتر به تکمیل شبکه متکی است، که باعث تغییرات قابل توجه در روش عملیاتی بین فصول مرطوب و خشک می‌شود و این موضوع تأثیر بسیاری بر کیفیت برق دارد و باعث می‌شود که سطح ولتاژ در منطقه به سطح مؤهل رسیدن دشوار شود.

(۲) فقدان برنامه‌ریزی و نظارت موثر بر ایستگاه‌های هیدروالکتریکی کوچک. به دلیل ظرفیت واحد پایین، تعداد زیاد، پخش گسترده، مالکیت‌های مختلف و تأثیر فصلی قابل توجه بر عملکرد ایستگاه‌های هیدروالکتریکی کوچک، دستیابی به نظارت و کنترل یکپارچه دشوار است. بنابراین، تعدیلات محلی در مناطق ترانسفورماتوری تأثیر کمی در بهبود کیفیت ولتاژ دارد.

(۳) دشواری در عملیات و تنظیم ترانسفورماتورها. جهت جریان توان در خطوط به طور مکرر تغییر می‌کند. طی فصل مرطوب، توان به شبکه تولید می‌شود و ترانسفورماتورهای توزیع با تنظیم تاپ چنجر برای کاهش ولتاژ عمل می‌کنند تا از سوختن دستگاه‌های الکتریکی کاربران به دلیل سطح بالای ولتاژ جلوگیری شود. طی فصل خشک، توان از شبکه جذب می‌شود و ترانسفورماتورهای توزیع با تنظیم تاپ چنجر برای افزایش ولتاژ عمل می‌کنند تا ولتاژ کاربران در سطح قابل استفاده بدون کم بودن بیش از حد باشد. بنابراین، نیازمندی‌های عملیات کاهش و افزایش ولتاژ ترانسفورماتورها به طور مکرر تغییر می‌کند و انجام تعدیلات عملیاتی در هماهنگی با تغییرات جریان توان دشوار است.

(۴) ترانسفورماتور اصلی تأمین برق سطح بالاتر از نوع تغییر تاپ بدون بار با تعداد کم تاپ و محدوده تنظیم محدود است.

۲. کاربرد ترانسفورماتورهای تنظیم ولتاژ دوطرفه

۲/۱ انتخاب راه‌حل‌ها

با مطالعه ویژگی‌های عملیاتی شبکه‌های توزیع کوهستانی با تعداد زیادی ایستگاه هیدروالکتریکی کوچک و تحلیل قابلیت استفاده از روش‌های تنظیم ولتاژ موجود، در این مقاله راه‌حل تنظیم ولتاژ خودکار دوطرفه با قابلیت عملیاتی قوی و کاربردی خوب انتخاب شده است.

۲.۲ اصل و اثرات ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ولتاژ دوطرفه

۲.۲.۱ اصل کار تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار خط دوطرفه

تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار خط دوطرفه عمدتاً شامل چهار بخش است: تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار سه‌فاز، تغییردهنده تپ در حالت باردار سه‌فاز، کنترل‌کننده و ماژول شناسایی جریان قدرت. ماژول شناسایی جریان قدرت جهت جریان را تشخیص می‌دهد تا جهت جریان قدرت خط را شناسایی کند و این سیگنال را به کنترل‌کننده ارسال می‌کند. کنترل‌کننده بر اساس سیگنال‌های ولتاژ و جریان تصمیم می‌گیرد که آیا باید ولتاژ را افزایش یا کاهش دهد، سپس عملکرد موتور داخل تغییردهنده تپ در حالت باردار را کنترل می‌کند تا تغییردهنده تپ را برای تغییر تپ‌ها هدایت کند. این کار نسبت دورهای ترانسفورماتور را تغییر می‌دهد تا تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار در حالت باردار را انجام دهد. تغییردهنده تپ در حالت باردار نسبت دورهای ترانسفورماتور را تنظیم می‌کند تا ولتاژ خروجی آن را تغییر دهد.

۲.۲.۲ تحلیل نظری اثرات

فصل خشک:تغییرات ولتاژ خط قبل و بعد از نصب BSVR در شکل ۱ نشان داده شده است.

در طول فصل خشک، پس از نصب تنظیم‌کننده ولتاژ دوطرفه BSVR، ولتاژ در انتهای خط اصلی و خطوط شاخه‌ای افزایش می‌یابد. این مسئله مشکل عدم صلاحیت ولتاژ خط را حل می‌کند و کیفیت مصرف برق کاربران روی خط در طول فصل خشک را تضمین می‌کند.

فصل مرطوب:ولتاژ در نقاط مختلف خط قبل و بعد از نصب BSVR در طول فصل مرطوب در شکل ۲ نشان داده شده است.

در طول فصل مرطوب، نصب تنظیم‌کننده ولتاژ دوطرفه BSVR ولتاژ در انتهای خط اصلی و خطوط شاخه‌ای را بهبود می‌بخشد. این عمل نه تنها انتقال برق طبیعی از نیروگاه‌های هیدروئیک کوچک به شبکه را تضمین می‌کند بلکه کیفیت مصرف برق کاربران در بخش‌های میانی و پشتی خط را نیز تضمین می‌کند.

۲.۳ اثرات کاربردی

با توجه به شرایط واقعی خط، تنظیم‌کننده ولتاژ دوطرفه با ظرفیت ۳۰۰۰ کیلووات-آمپر در ستون ۶۳ خط اصلی نصب شده است. با در نظر گرفتن شرایط واقعی هر دو فصل خشک و مرطوب، محدوده تنظیم تنظیم‌کننده بین -۱۵٪ تا +۱۵٪ انتخاب شده است.

کیفیت ولتاژ این خط به طور قابل توجهی بهبود یافته است. این کار نه تنها ولتاژ آستانه برای انتقال برق از نیروگاه‌های هیدروئیک کوچک به شبکه اصلی را کاهش می‌دهد (بنابراین نیروگاه‌های هیدروئیک نیازی به افزایش بیش از حد ولتاژ ندارند) بلکه ولتاژ بخش ابتدایی خط را از طریق تنظیم‌کننده افزایش می‌دهد. این امر تضمین می‌کند که نیروگاه‌های هیدروئیک بتوانند برق را به شبکه ارسال کنند، در حالی که نرخ صلاحیت ولتاژ برای مشتریان روی خط را افزایش می‌دهد و عملکرد ایمن و پایدار شبکه برق را تضمین می‌کند.

۳. نتیجه‌گیری

هنگامی که دستگاه تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار دوطرفه به خطوط تأمین شده توسط نیروگاه‌های هیدروئیک کوچک اعمال می‌شود، هم محاسبات نظری و هم کاربردهای عملی نشان می‌دهند که نصب تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار خط دوطرفه می‌تواند به طور قابل توجهی کیفیت ولتاژ را بهبود بخشد و به طور جامع تضاد تنظیم ولتاژ بین فصول خشک و مرطوب را حل کند.