Bidirektionaalisten automaattisten jännitevaihteluregulaattorien soveltaminen vuoristoissa sijaitseviin jakeluverkkoihin

1. Yleiskatsaus

Vuoristoissa sijaitsevat jakeluverkot on varustettu monilla pienillä vesivoimaloilla, joista suurin osa on virranmukaisia voimaloita ilman säätökykyä. Nämä voimalat yhdistetään samaan linjaan kuin sähköntarvekin, mikä aiheuttaa tiettyjä kielteisiä vaikutuksia sähköverkon toimintaan. Niistä huomattavimpina on jännitteen laatuongelma. Kosteana aikana pienet vesivoimalat tuottavat sähköä verkkoon, ja paikallisen sähköntarpeen tasapainon saavuttamatta jättäminen johtaa korkeampaan linjajännitteeseen.

Kuivana aikana pitkien linjojen, pienien juosten ja alhaisen sähköntarpeen vuoksi loppukäyttäjien jännite on erittäin alhainen. Koska sähköntuotanto ja -jakelu on integroitu samaan linjaan, linjan sähkövirran suunta vaihtelee, mikä johtaa hyvin epävakaaseen jännitteeseen. Pitkiin jakeluverkon linjoihin asennettujen kaksisuuntaisten automaattisten jänniteregulaattoreiden käyttö voi ratkaista jännitteen laatuongelman. Tämä artikkeli keskittyy vuoristojakeluverkon linjojen jännitteen laatuongelmiin, joissa on pieniä vesivoimaloita, ja esittelee uudenlaisen kaksisuuntaisen automaattisen jänniteregulaattoriratkaisun tietyssä sähköverkko-onnistumisessa olevan Bibei-linja -esimerkin avulla.

1.1 10kV Bibei-linjan perustiedot

10kV Bibei-linja on typinen edustaja vuoristojakeluverkon linjoista. Linjan perustiedot näkyvät alla olevassa taulukossa 1.

Tilastot vuoden 2012 jännitevastaavuusasteiksi 39 jakamustransformatorille toimitusalueella osoittavat, että suurin prosentti on 99,8 %, pienin 54,4 % ja vain 6 jakamustransformatoria täyttävät jännitevastaavuusasteen standardivaatimukset, mikä vastaa 15,3 %. Suurin tallennettu jännite on 337 V, ylittäen sallitun arvon 43 %. Jänniteongelma on merkittävä, ja käyttäjien laitteisiin tapahtuu usein vahinkoja sekä tulee lukuisia jännitekyselyjä.

1.2 Jänniteanomalioiden analyysi

Bibei-linjan jännitelaitteenlaadun ongelmiin johtavat pääasialliset syyt ovat seuraavat:

(1) Merkittävä ristiriita kirkkaan ja kuivan vuodenaikojen välillä. Virtavesivoimalaitosten toimintatapa on tiiviisti sidoksissa vedenvirtaukseen. Koska pienten virtavesivoimaloiden asennettu kapasiteetti on paljon suurempi kuin latauskapasiteetti, suuri määrä ylijäämää siirretään verkostoon kirkkaana vuonna. Kuivana vuonna paikallinen sähköntarve perustuu pääasiassa verkon lisäyksiin, mikä aiheuttaa huomattavia muutoksia toimintatapaan kirkkaan ja kuivan vuoden välillä, mikä vaikuttaa vakavasti sähkölaatuun ja tekee alueen jännitetason saavuttamisesta vaikean.

(2) Pieniä virtavesivoimaloita koskevan tehokkaan ohjaus- ja valvontajärjestelmän puute. Koska yksikkökappaleiden kapasiteetti on pieni, niitä on paljon, ne ovat laajalti levitettyjä, omistajuudessa on monipuolisuutta ja niiden toiminta on merkittävästi vuodenaikojen mukaista, on vaikea saavuttaa yhdenmukainen valvonta ja hallinta. Siksi paikalliset säädöt yksittäisille jakamualueille eivät ole merkittäviä jännitelaitteenlaadun parantamiseksi.

(3) Jakamustransformatorien vaikea toiminnallisuus ja säätö. Linjan virran suunta muuttuu usein. Kirkkaana vuonna sähkö tuotetaan verkkoon, ja jakamustransformatorit toimivat jännitealennuksen kanssa varmistaakseen, ettei käyttäjän päähän jännite polta laitteita liian korkeilla tasolla. Kuivana vuonna sähkö otetaan verkon kautta, ja jakamustransformatorit toimivat jännitekorotuksen kanssa varmistaakseen, että käyttäjän päähän jännite ei ole liian alhainen. Siksi vaatimukset jännitealennuksen ja -korotuksen toimintaan muuttuvat usein, mikä tekee toimintasäädösten yhteensopivaksi virran muutosten kanssa vaikeaksi.

(4) Ylemmän tason sähkönjakajan päätransformaattori käyttää tyhjälaskun jännitesäätöä, jossa on vähän nippuja ja rajallinen säätöalue.

2. Kaksisuuntaisten jännitesäätötransformaattorien soveltaminen

2.1 Ratkaisujen valinta

Tämä artikkeli tutkii vuoristoisen jakeluverkon toimintamalleja, joissa on paljon pientä virtavesivoimaloita, ja analysoidaan olemassa olevien jännitesäätömenetelmien soveltuvuutta, ja valitsee kaksisuuntaisen automaattisen jännitesäätimen ratkaisun, joka on käytännöllinen ja hyvin toimiva.

2.2 Kaksisuuntaisen jännitepäätössyventymän periaate ja vaikutukset

2.2.1 Kaksisuuntaisen syöttölaitoksen automaattisen jännitensäädintä laitteen toimiperiaate

Kaksisuuntainen syöttölaitoksen automaattinen jännitensäädin koostuu pääasiassa neljästä osasta: kolmifasuisesta automaattisesta jännitensäädinestä, kolmifasuisesta ladattavasta tappivalitsimesta, ohjaimesta ja virtausuunnan tunnistamismoduulista. Virtausuunnan tunnistamismoduuli havaitsee nykyhetken suunnan tunnistaakseen linjan virtausuunnan ja lähettää tämän signaalin ohjaimeen. Ohjain tekee päätöksen jännitteen nostamisesta tai alentamisesta perustuen jännite- ja virtasignaaleihin, sitten ohjaa ladattavan tappivalitsimen sisällä olevan moottorin toimintaa ajamaan tappivalitsintä vaihtamaan tappeja. Tämä muuttaa kappaleen neliösuhdetta saavuttaakseen ladattavan automaattisen jännitensäädinnän. Kolmifasuisella ladattavalla tappivalitsimellä säädellään kappaleen neliösuhdetta muuttaakseen sen ulosjohdon jännitettä.

2.2.2 Teoreettinen vaikutusanalyysi

Kuivakuukaudet: Linjan jännitteen muutokset ennen ja jälkeen BSVR:n asennuksen ovat kuviossa 1.

Kuivakuukauden aikana, BSVR:n kaksisuuntaisen jännitensäädintä laitteen asentamisen jälkeen päälinjan ja jokaisen haaran päätepisteiden jännitteet kasvavat. Tämä ratkaisee ongelman epäpätevistä linjan jännitteistä ja taataa linjan käyttäjien sähkönkulutuksen laadun kuivakuukautena.

Sadekuukaudet: Linjan eri pisteiden jännitteen muutokset ennen ja jälkeen BSVR:n asennuksen sadekuukaudena ovat kuviossa 2.

Sadekuukauden aikana BSVR:n kaksisuuntaisen jännitensäädintä laitteen asentaminen parantaa päälinjan ja jokaisen haaran päätepisteiden jännitteitä. Se ei vain varmista pienien vesivoimanlaitosten normaalia sähköntuotantoa verkkoon, mutta myös taataan linjan keskiosissa ja takapuoliskossa sijaitsevien käyttäjien sähkönkulutuksen laatu.

2.3 Sovellusvaikutukset

Linjan todellisten olosuhteiden mukaan kaksisuuntainen jännitensäädin asennetaan päälinjan 63. pylväälle kapasiteettina 3000kVA. Huomioon ottaen sekä kuivien että sateisten aikojen todelliset olosuhteet, säätimen säädösväli valitaan -15%:sta +15%:iin.

Tämän linjan jännitteen laatu on huomattavasti parantunut. Se ei vain laske pienille vesivoimaloille sähköntuotannon lähtöjännitteen kynnystä (jotta vesivoimalat eivät tarvitse nostaa jännitettä liian paljon), mutta myös nostaa linjan aloituspään jännitettä säätimen avulla. Tämä varmistaa, että vesivoimalat voivat tuottaa sähköä verkkoon, samalla lisää linjan asiakkaiden jännitteen laatuvarmuutta ja taataan sähköverkon turvallisen ja vakavan toiminnan.

3. Yhteenveto

Kun kaksisuuntainen automaattinen jännitensäädin sovelletaan pienillä vesivoimaloilla sähkön tuottamiseen, sekä teoreettiset laskelmat että käytännön sovellukset osoittavat, että kaksisuuntaisen syöttölaitoksen automaattisen jännitensäädintä laitteen asentaminen voi merkittävästi parantaa jännitteen laatua, yleismaailmallisesti ratkaisevat jännitensäädön konfliktin sade- ja kuivakuukauden välillä.