Aplicación de reguladores automáticos de voltaxe bidirecionais nas redes de distribución de montaña

1. Resumo

As redes de distribución en montaña están equipadas con numerosas centrais hidroeléctricas pequenas, a maioría das cales son centrais de paso sen capacidade de regulación. Estas centrais están conectadas á mesma liña que as cargas eléctricas, o que trae certos impactos negativos na operación da rede eléctrica. O problema máis destacado entre eles é o da calidade do voltaxe. Durante a estación chuvosa, as centrais hidroeléctricas pequenas xeran electricidade para a rede, e a falta de equilibrio local do poder leva a unha elevación do voltaxe da liña. 

Durante a estación seca, debido á lonxitude da liña, ao diámetro pequeno do cable e á carga baixa, o voltaxe no final da liña para os usuarios finais é extremadamente baixo. Como a xeración e o suministro de enerxía están integrados na mesma liña, a dirección do fluxo de potencia na liña é variable, resultando nun voltaxe moi inestable. A instalación de reguladores automáticos de voltaxe bidireccionais en liñas de distribución longas pode resolver o problema da calidade do voltaxe. Centrando-se nos problemas de calidade do voltaxe das liñas de distribución en montaña con centrais hidroeléctricas pequenas, este artigo toma como exemplo a Liña Bibei dunha certa Dirección de Suministro de Enerxía e propón unha nova solución de regulador automático de voltaxe bidireccional.

1.1 Información Básica da Liña Bibei de 10kV

Como representante típico das liñas de redes de distribución en montaña, a información básica da Liña Bibei de 10kV amóstrase na Táboa 1 a continuación. 

As estatísticas sobre os indicadores de calificación de voltagem do ano 2012 para 39 transformadores de distribución na área de abastecemento mostran que a taxa máxima é do 99,8%, a mínima do 54,4%, e só 6 transformadores de distribución cumpriron os requisitos estándar de calificación de voltagem, representando o 15,3%. O valor máximo de voltagem rexistrado foi de 337V, excedendo o valor permitido en un 43%. O problema de voltagem é destacado, con frecuentes danos aos electrodomésticos dos usuarios e numerosas queixas sobre a voltagem.

1.2 Análise das anomalias de voltagem

As principais razóns que levan ao problema de calidade da voltagem na liña Bibei son as seguintes:

(1) Contradicción evidente entre a estación seca e a húmida. O modo de operación das unidades hidroeléctricas de corrente libre está estreitamente relacionado coa entrada de auga. Como a capacidade instalada das centrais hidroeléctricas pequenas é moito maior que a capacidade de carga, durante a estación húmida transmite-se unha gran cantidade de enerxía eléctrica sobrante á rede. Durante a estación seca, a carga de abastecemento local depende principalmente da suplementación da rede, resultando en cambios significativos no modo de operación entre as estacións húmida e seca, afectando seriamente a calidade do suministro eléctrico e dificultando que o nivel de voltagem na área alcance o nivel cualificado.

(2) Falta de despacho e monitorización efectiva para as centrais hidroeléctricas pequenas. Debido á pequena capacidade unitaria, a grande cantidade, a amplia distribución, a diversidade de propiedades e o impacto sazonal significativo na operación das centrais hidroeléctricas pequenas, é difícil lograr un control e monitorización unificados. Polo tanto, os axustes locais para áreas individuais de transformadores teñen un efecto insignificante na mellora da calidade da voltagem.

(3) Dificultade na operación e regulación dos transformadores. A dirección do fluxo de potencia da liña cambia frecuentemente. Durante a estación húmida, xénese potencia para a rede, e os transformadores de distribución funcionan con interruptores de deriva axustados para reducir a voltagem para asegurar que a voltagem no extremo do usuario non queime electrodomésticos debido a niveis excessivos. Durante a estación seca, absorbéese potencia da rede, e os transformadores de distribución funcionan con interruptores de deriva axustados para aumentar a voltagem para asegurar que a voltagem no extremo do usuario pode ser utilizada normalmente sen ser demasiado baixa. Polo tanto, os requisitos de operación de diminución e aumento de voltagem nos transformadores cambian frecuentemente, dificultando realizar axustes de operación en coordinación cos cambios no fluxo de potencia.

(4) O transformador principal do abastecemento superior utiliza cambio de deriva sen carga con un número reducido de posiciones e un rango de regulación limitado.

2. Aplicación de transformadores reguladores de voltagem bidireccional

2.1 Selección de soluciones

Ao estudar as características operativas das redes de distribución montañosas con un gran número de centrais hidroeléctricas pequenas e analizar a aplicabilidade dos métodos existentes de regulación de voltagem, este artigo selecciona unha solución de regulador automático de voltagem bidireccional con forte operabilidade e boa practicidade.

2.2 Principio e Efectos dos Transformadores Reguladores de Voltaxe Bidireccional

2.2.1 Principio de Funcionamento do Regulador Automático de Voltaxe Bidireccional da Linha Alimentadora

O regulador automático de voltaxe bidireccional da liña alimentadora compónse principalmente de catro partes: un regulador de voltaxe autotransformador trifásico, un conmutador de grifos sobrecarga trifásico, un controlador e un módulo de identificación do fluxo de potencia. O módulo de identificación do fluxo de potencia detecta a dirección da corrente para identificar a dirección do fluxo de potencia na liña e envía esta sinal ao controlador. O controlador decide se debe subir ou baixar a voltaxe baseándose nas sinais de voltaxe e corrente, despois controla a operación do motor dentro do conmutador de grifos sobrecarga para facer que o conmutador cambie os grifos. Isto cambia a relación de espiras do transformador para lograr a regulación automática de voltaxe en carga. O conmutador de grifos sobrecarga trifásico axusta a relación de espiras do transformador para cambiar a súa voltaxe de saída.

2.2.2 Análise Teórica dos Efectos

Temporada Seca: As cambios na voltaxe da liña antes e despois da instalación do BSVR amósanse na Figura 1.

Durante a estación seca, despois de instalar o regulador de voltaxe bidireccional BSVR, as voltaxes no final da liña principal e en cada liña ramal aumentan. Isto resolve o problema da voltaxe non cualificada na liña e asegura a calidade do consumo eléctrico para os usuarios na liña durante a estación seca.

Temporada Húmida: As voltaxes en diversos puntos da liña antes e despois da instalación do BSVR durante a estación húmida amósanse na Figura 2.

Durante a estación húmida, a instalación do regulador de voltaxe bidireccional BSVR mellora as voltaxes no final da liña principal e en cada liña ramal. Non só asegura a transmisión normal de enerxía desde pequenas centrais hidroeléctricas á rede, senón que tamén garante a calidade do consumo eléctrico para os usuarios nas seccións media e traseira da liña.

2.3 Efectos da Aplicación

De acordo coas condicións reais da liña, o regulador de voltaxe bidireccional instálase no poste 63 da liña principal cunha capacidade de 3000kVA. Considerando comprehensivamente as condicións reais tanto da estación seca como da húmida, o rango de axuste do regulador seleccionouse como -15% a +15%.

A calidade da voltaxe nesta liña mellorou significativamente. Non só baixa o voltaxe de limiar para que as pequenas centrais hidroeléctricas transmitan enerxía á rede principal (de modo que as centrais hidroeléctricas non teñan que elevar o voltaxe excesivamente), senón que tamén aumenta a voltaxe na sección inicial da liña a través do regulador. Isto asegura que as centrais hidroeléctricas poidan alimentar a rede, mentres que tamén aumenta a taxa de calificación da voltaxe para os clientes na liña e garante a operación segura e estable da rede eléctrica.

3. Conclusión

Cando o dispositivo de regulación automática de voltaxe bidireccional aplícase a liñas abastecidas por pequenas centrais hidroeléctricas, tanto os cálculos teóricos como as aplicacións prácticas demostran que a instalación dun regulador automático de voltaxe bidireccional da liña alimentadora pode mellorar enormemente a calidade da voltaxe, resolvendo comprehensivamente o conflicto de regulación de voltaxe entre as estacións seca e húmida.