Application des régulateurs de tension automatiques bidirectionnels dans les réseaux de distribution en montagne

1. Aperçu

Les réseaux de distribution en montagne sont équipés de nombreuses petites centrales hydroélectriques, la plupart étant des centrales au fil de l'eau sans capacité de régulation. Ces centrales sont connectées à la même ligne que les charges électriques, ce qui entraîne certains impacts négatifs sur le fonctionnement du réseau électrique. Le problème le plus marquant parmi ceux-ci est celui de la qualité de la tension. Pendant la saison des pluies, les petites centrales hydroélectriques produisent de l'électricité pour le réseau, et l'incapacité à atteindre un équilibre local de puissance conduit à une élévation de la tension de la ligne. 

Pendant la saison sèche, en raison de la longueur de la ligne, du petit diamètre des fils et d'une faible charge, la tension aux extrémités de la ligne pour les utilisateurs finaux est extrêmement basse. Comme la production et la fourniture d'électricité sont intégrées sur la même ligne, le sens de l'écoulement de puissance sur la ligne est variable, entraînant une tension très instable. L'installation de régulateurs automatiques de tension bidirectionnels pour les alimentations sur les lignes de distribution longues peut résoudre le problème de qualité de la tension. En se concentrant sur les problèmes de qualité de la tension des lignes de distribution en montagne avec des petites centrales hydroélectriques, cet article prend comme exemple la ligne Bibei d'un certain Bureau d'Alimentation Électrique et propose une nouvelle solution de régulateur automatique de tension bidirectionnel.

1.1 Informations de base sur la ligne Bibei 10kV

En tant que représentant typique des lignes de réseau de distribution en montagne, les informations de base sur la ligne Bibei 10kV sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous. 

Les statistiques sur les indicateurs de qualification de la tension en 2012 pour 39 transformateurs de distribution dans la zone d'alimentation montrent que le taux maximal est de 99,8 %, le taux minimal est de 54,4 %, et seulement 6 transformateurs de distribution répondent aux exigences standard de qualification de la tension, soit 15,3 %. La valeur maximale de tension enregistrée est de 337 V, dépassant la valeur autorisée de 43 %. Le problème de tension est prédominant, avec des cas fréquents de dommages aux appareils électriques des utilisateurs et de nombreuses plaintes concernant la tension.

1.2 Analyse des anomalies de tension

Les principales raisons à l'origine du problème de qualité de la tension de la ligne Bibei sont les suivantes :

(1) Contradiction marquée entre les saisons sèche et humide. Le mode de fonctionnement des unités hydroélectriques au fil de l'eau est étroitement lié à l'apport d'eau. Comme la capacité installée des petites centrales hydroélectriques est beaucoup plus grande que la capacité de charge, une grande quantité d'énergie électrique excédentaire est transmise au réseau pendant la saison humide. Pendant la saison sèche, la charge locale de fourniture d'électricité dépend principalement de l'apport du réseau, entraînant des changements importants dans le mode de fonctionnement entre les saisons sèche et humide, ce qui affecte sérieusement la qualité de l'énergie et rend difficile l'atteinte du niveau de tension qualifié dans la région.

(2) Manque de dispatching et de surveillance efficaces pour les petites centrales hydroélectriques. En raison de la petite capacité unitaire, du grand nombre, de la large distribution, de la diversité des droits de propriété et de l'impact saisonnier significatif sur le fonctionnement des petites centrales hydroélectriques, il est difficile d'atteindre une surveillance et un contrôle unifiés. Par conséquent, les ajustements locaux pour les zones de transformateur individuelles ont un effet insignifiant sur l'amélioration de la qualité de la tension.

(3) Difficulté de fonctionnement et de régulation des transformateurs. La direction du flux de puissance de la ligne change fréquemment. Pendant la saison humide, de l'énergie est générée vers le réseau, et les transformateurs de distribution sont opérés avec des commutateurs de prises réglés pour réduire la tension afin de garantir que la tension côté utilisateur ne brûle pas les appareils électriques en raison de niveaux excessifs. Pendant la saison sèche, de l'énergie est absorbée du réseau, et les transformateurs de distribution sont opérés avec des commutateurs de prises réglés pour augmenter la tension afin de garantir que la tension côté utilisateur peut être utilisée normalement sans être trop basse. Par conséquent, les exigences pour l'opération de réduction et d'augmentation de la tension des transformateurs changent fréquemment, rendant difficile l'ajustement des opérations en coordination avec les changements de flux de puissance.

(4) Le transformateur principal de l'alimentation supérieure adopte un changement de prise sans charge avec un petit nombre de prises et une plage de régulation limitée.

2. Application des transformateurs régulateurs de tension bidirectionnels

2.1 Sélection des solutions

En étudiant les caractéristiques opérationnelles des réseaux de distribution de montagne avec un grand nombre de petites centrales hydroélectriques et en analysant l'applicabilité des méthodes de régulation de tension existantes, cet article sélectionne une solution de régulateur automatique de tension bidirectionnel avec une forte opérabilité et une bonne praticabilité.

2.2 Principe et effets des transformateurs de régulation de tension bidirectionnels

2.2.1 Principe de fonctionnement du régulateur de tension automatique bidirectionnel pour alimentation

Le régulateur de tension automatique bidirectionnel pour alimentation se compose principalement de quatre parties : un régulateur de tension autotransformateur triphasé, un changeur de prises sous charge triphasé, un contrôleur et un module d'identification du flux de puissance. Le module d'identification du flux de puissance détecte le sens du courant pour identifier le sens du flux de puissance de la ligne et envoie ce signal au contrôleur. Le contrôleur détermine s'il faut augmenter ou diminuer la tension en fonction des signaux de tension et de courant, puis contrôle l'opération du moteur à l'intérieur du changeur de prises sous charge pour actionner le changement de prise. Cela modifie le rapport de transformation du transformateur afin de réaliser une régulation de tension automatique sous charge. Le changeur de prises sous charge triphasé ajuste le rapport de transformation du transformateur pour modifier sa tension de sortie.

2.2.2 Analyse théorique des effets

Saison sèche : Les variations de tension de ligne avant et après l'installation du BSVR sont présentées dans la Figure 1.

Pendant la saison sèche, après l'installation du régulateur de tension bidirectionnel BSVR, les tensions à l'extrémité de la ligne principale et sur chaque branche sont augmentées. Cela résout le problème de tension de ligne non conforme et garantit la qualité de l'électricité consommée par les utilisateurs pendant la saison sèche.

Saison humide : Les tensions à différents points de la ligne avant et après l'installation du BSVR pendant la saison humide sont présentées dans la Figure 2.

Pendant la saison humide, l'installation du régulateur de tension bidirectionnel BSVR améliore les tensions à l'extrémité de la ligne principale et sur chaque branche. Elle assure non seulement la transmission normale de l'électricité des petites centrales hydroélectriques vers le réseau mais aussi la qualité de l'électricité consommée par les utilisateurs situés au milieu et à l'arrière de la ligne.

2.3 Effets de l'application

En fonction des conditions réelles de la ligne, le régulateur de tension bidirectionnel est installé au poteau 63 de la ligne principale avec une capacité de 3000 kVA. En considérant globalement les conditions réelles des saisons sèche et humide, la plage de réglage du régulateur est choisie entre -15% et +15%.

La qualité de la tension de cette ligne a été significativement améliorée. Elle abaisse non seulement le seuil de tension nécessaire pour que les petites centrales hydroélectriques transmettent de l'électricité au réseau principal (de sorte que les centrales n'ont pas besoin d'augmenter excessivement la tension) mais augmente également la tension au début de la ligne via le régulateur. Cela permet aux centrales hydroélectriques de fournir de l'électricité au réseau, tout en augmentant le taux de qualification de la tension pour les clients de la ligne et en assurant le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.

3. Conclusion

Lorsque le dispositif de régulation de tension automatique bidirectionnelle est appliqué aux lignes alimentées par de petites centrales hydroélectriques, les calculs théoriques et les applications pratiques montrent que l'installation d'un régulateur de tension automatique bidirectionnel pour alimentation peut grandement améliorer la qualité de la tension, résolvant ainsi de manière globale le conflit de régulation de tension entre les saisons sèche et humide.