द्विदिशात्मक स्वचालित वोल्टेज नियंत्रकों के पहाड़ी वितरण नेटवर्कों में अनुप्रयोग

1. सारांश

पहाड़ी वितरण नेटवर्कों में कई छोटे पानी के बिजली स्टेशन होते हैं, जिनमें से अधिकांश नियंत्रण क्षमता रहित धारा-संचालित स्टेशन होते हैं। ये स्टेशन विद्युत लोडों के साथ एक ही लाइन से जुड़े होते हैं, जो विद्युत ग्रिड के संचालन पर नकारात्मक प्रभाव डालते हैं। इनमें से सबसे उल्लेखनीय समस्या वोल्टेज गुणवत्ता समस्या है। वर्षा ऋतु के दौरान, छोटे पानी के बिजली स्टेशन ग्रिड को बिजली उत्पन्न करते हैं, और स्थानीय शक्ति संतुलन न पाने से लाइन वोल्टेज बढ़ जाती है।

शुष्क ऋतु के दौरान, लंबी लाइन लंबाई, छोटे तार व्यास, और कम लोड के कारण लाइन के अंतिम उपयोगकर्ताओं के पास वोल्टेज बहुत कम हो जाती है। चूंकि विद्युत उत्पादन और आपूर्ति एक ही लाइन पर एकीकृत होते हैं, लाइन पावर फ्लो दिशा अस्थिर रहती है, जिससे वोल्टेज अत्यंत अस्थिर हो जाती है। लंबी वितरण लाइनों में द्विदिशात्मक फीडर स्वचालित वोल्टेज विनियामक स्थापित करके वोल्टेज गुणवत्ता समस्या का समाधान किया जा सकता है। पहाड़ी वितरण लाइनों की वोल्टेज गुणवत्ता समस्याओं पर केंद्रित, यह पेपर IEE-Business के एक पावर सप्लाई ब्यूरो की बिबेई लाइन के उदाहरण पर नए प्रकार के द्विदिशात्मक स्वचालित वोल्टेज विनियामक समाधान का प्रस्ताव रखता है।

1.1 10kV बिबेई लाइन की मूल जानकारी

पहाड़ी वितरण नेटवर्क लाइनों का एक विशिष्ट प्रतिनिधि, 10kV बिबेई लाइन की मूल जानकारी नीचे दी गई टेबल 1 में दी गई है।

2012 के वोल्टेज योग्यता दर संकेतकों पर 39 डिस्ट्रीब्यूशन ट्रांसफॉर्मरों के आपूर्ति क्षेत्र में आंकड़े दिखाते हैं कि अधिकतम दर 99.8% है, न्यूनतम 54.4% है, और केवल 6 डिस्ट्रीब्यूशन ट्रांसफॉर्मर वोल्टेज योग्यता दर के मानक आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, जो 15.3% का हिस्सा बनाते हैं। अधिकतम रिकॉर्ड किया गया वोल्टेज मूल्य 337V है, जो अनुमत रिक्तिः 43% से अधिक है। वोल्टेज समस्या प्रमुख है, जिसमें उपयोगकर्ताओं के बीच विद्युत उपकरणों की क्षति और अनेक वोल्टेज शिकायतें आम बात हैं।

1.2 वोल्टेज विसंगतियों का विश्लेषण

बिबेई लाइन की वोल्टेज गुणवत्ता समस्या के प्रमुख कारण निम्नलिखित हैं:

(1) गर्मी और सर्दियों के बीच उभरने वाला विरोध। बहाव-आधारित हाइड्रो ऊर्जा इकाइयों का संचालन तरीका जल प्रवाह से घनिष्ठ रूप से संबद्ध है। चूंकि छोटे हाइड्रो ऊर्जा स्टेशनों की स्थापित क्षमता लोड क्षमता से बहुत अधिक है, गर्मी के दौरान एक बड़ी मात्रा में अतिरिक्त विद्युत ऊर्जा ग्रिड पर भेजी जाती है। सर्दियों के दौरान, स्थानीय विद्युत आपूर्ति लोड ज्यादातर ग्रिड से पूरक पर निर्भर करता है, जिससे गर्मी और सर्दियों के बीच संचालन तरीके में प्रमुख परिवर्तन होता है, जो विद्युत गुणवत्ता को गंभीर रूप से प्रभावित करता है और क्षेत्र के वोल्टेज स्तर को योग्य स्तर तक पहुंचने में कठिनाई होती है।

(2) छोटे हाइड्रो ऊरजा स्टेशनों के लिए प्रभावी नियोजन और 监测的缺乏。由于小型水电站单机容量小、数量多、分布广、产权多样，且季节性对运行影响显著，难以实现统一监测和控制。因此，对个别变压器区域进行局部调整对于改善电压质量的效果不明显。

(3) 变压器的操作与调节困难。线路潮流方向频繁变化。在湿季期间，电力向电网发电，并通过分接开关调整降低电压操作以确保用户端电压不会因过高而烧毁电器。在干季期间，从电网吸收电力，并通过分接开关调整提升电压操作以确保用户端电压能够正常使用而不至于过低。因此，对于降压和升压操作的要求频繁变化，使得难以配合潮流变化进行操作调整。

(4) 上级供电主变压器采用无载调压，档位少，调节范围有限。

2. 双向电压调节变压器的应用

2.1 解决方案的选择

通过对拥有大量小型水电站的山区配电网运行特性的研究以及对现有调压方法适用性的分析，本文选择了具有较强可操作性和良好实用性的双向自动调压解决方案。

2012 के वोल्टेज योग्यता दर संकेतकों पर 39 डिस्ट्रीब्यूशन ट्रांसफॉर्मरों के आपूर्ति क्षेत्र में आंकड़े दिखाते हैं कि अधिकतम दर 99.8% है, न्यूनतम 54.4% है, और केवल 6 डिस्ट्रीब्यूशन ट्रांसफॉर्मर वोल्टेज योग्यता दर के मानक आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, जो 15.3% का हिस्सा बनाते हैं। अधिकतम रिकॉर्ड किया गया वोल्टेज मूल्य 337V है, जो अनुमत रिक्तिः 43% से अधिक है। वोल्टेज समस्या प्रमुख है, जिसमें उपयोगकर्ताओं के बीच विद्युत उपकरणों की क्षति और अनेक वोल्टेज शिकायतें आम बात हैं।

1.2 वोल्टेज विसंगतियों का विश्लेषण

बिबेई लाइन की वोल्टेज गुणवत्ता समस्या के प्रमुख कारण निम्नलिखित हैं:

(1) गर्मी और सर्दियों के बीच उभरने वाला विरोध। बहाव-आधारित हाइड्रो ऊर्जा इकाइयों का संचालन तरीका जल प्रवाह से घनिष्ठ रूप से संबद्ध है। चूंकि छोटे हाइड्रो ऊर्जा स्टेशनों की स्थापित क्षमता लोड क्षमता से बहुत अधिक है, गर्मी के दौरान एक बड़ी मात्रा में अतिरिक्त विद्युत ऊर्जा ग्रिड पर भेजी जाती है। सर्दियों के दौरान, स्थानीय विद्युत आपूर्ति लोड ज्यादातर ग्रिड से पूरक पर निर्भर करता है, जिससे गर्मी और सर्दियों के बीच संचालन तरीके में प्रमुख परिवर्तन होता है, जो विद्युत गुणवत्ता को गंभीर रूप से प्रभावित करता है और क्षेत्र के वोल्टेज स्तर को योग्य स्तर तक पहुंचने में कठिनाई होती है।

(2) छोटे हाइड्रो ऊर्जा स्टेशनों के लिए प्रभावी नियोजन और मonitoring की कमी। छोटे हाइड्रो ऊर्जा स्टेशनों की एकल इकाइयों की क्षमता कम, संख्या अधिक, विस्तार बहुत बड़ा, संपत्ति अधिकार विविध, और सीजनल ऑपरेशन पर गंभीर प्रभाव होने के कारण, एकीकृत monitoring और नियंत्रण प्राप्त करना कठिन है। इसलिए, व्यक्तिगत ट्रांसफॉर्मर क्षेत्रों के लिए स्थानीय समायोजन वोल्टेज गुणवत्ता में सुधार के लिए थोड़ा प्रभावी है।

(3) ट्रांसफॉर्मरों का संचालन और नियंत्रण कठिन है। लाइन पावर फ्लो दिशा अक्सर बदलती है। गर्मी के दौरान, ग्रिड पर विद्युत उत्पादित होती है, और वोल्टेज कम करने के लिए टैप चेंजर्स को समायोजित किया जाता है, ताकि उपयोगकर्ता-अंत से वोल्टेज अत्यधिक स्तर से विद्युत उपकरणों को नष्ट न हो। सर्दियों के दौरान, ग्रिड से विद्युत अवशोषित होती है, और वोल्टेज बढ़ाने के लिए टैप चेंजर्स को समायोजित किया जाता है, ताकि उपयोगकर्ता-अंत से वोल्टेज बहुत कम न हो। इसलिए, ट्रांसफॉर्मरों के लिए वोल्टेज कम करने और बढ़ाने की आवश्यकताएं अक्सर बदलती हैं, जिससे पावर फ्लो बदलाव के साथ संचालन समायोजन करना कठिन होता है।

(4) ऊपरी स्तर की आपूर्ति का मुख्य ट्रांसफॉर्मर लोड बिना टैप बदलने के साथ काम करता है, जिसमें टैप की संख्या कम और नियंत्रण की सीमा सीमित है।

2. द्विदिशात्मक वोल्टेज नियामक ट्रांसफॉर्मरों का उपयोग

2.1 समाधानों का चयन

कई छोटे हाइड्रो ऊर्जा स्टेशनों वाले पहाड़ी वितरण नेटवर्कों के संचालन विशेषताओं का अध्ययन करके और मौजूदा वोल्टेज नियामन विधियों की योग्यता का विश्लेषण करके, यह लेख एक द्विदिशात्मक स्वचालित वोल्टेज नियामक समाधान का चयन करता है, जिसकी अच्छी व्यावहारिकता और अच्छी उपयोगिता है।

2.2 द्विदिशात्मक वोल्टेज नियामक ट्रांसफॉर्मर के सिद्धांत और प्रभाव

2.2.1 द्विदिशात्मक फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक का कार्यप्रणाली

द्विदिशात्मक फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक मुख्य रूप से चार भागों से बना होता है: एक त्रिपास ऑटोट्रांसफॉर्मर वोल्टेज नियामक, एक त्रिपास ओन-लोड टैप चेंजर, एक कंट्रोलर, और एक पावर फ्लो पहचान मॉड्यूल। पावर फ्लो पहचान मॉड्यूल वर्तमान की दिशा का निरीक्षण करता है ताकि लाइन पावर फ्लो दिशा की पहचान की जा सके और इस सिग्नल को कंट्रोलर को भेजता है। कंट्रोलर वोल्टेज और वर्तमान सिग्नलों के आधार पर यह निर्णय लेता है कि वोल्टेज को बढ़ाना है या घटाना है, फिर ओन-लोड टैप चेंजर के अंदर के मोटर का संचालन नियंत्रित करता है ताकि टैप चेंजर को टैप्स को स्विच करने के लिए ड्राइव किया जा सके। यह ट्रांसफॉर्मर के टर्न अनुपात को बदलकर ओन-लोड स्वचालित वोल्टेज नियामन प्राप्त करता है। त्रिपास ओन-लोड टैप चेंजर ट्रांसफॉर्मर के टर्न अनुपात को समायोजित करके इसके आउटपुट वोल्टेज को बदलता है।

2.2.2 सैद्धांतिक प्रभाव विश्लेषण

शुष्क सत्र: BSVR स्थापना से पहले और बाद में लाइन वोल्टेज के परिवर्तन आकृति 1 में दिखाए गए हैं।

शुष्क सत्र के दौरान, BSVR द्विदिशात्मक वोल्टेज नियामक की स्थापना के बाद, मुख्य लाइन के अंत और प्रत्येक शाखा लाइन पर वोल्टेज बढ़ जाता है। यह लाइन वोल्टेज अनुमोदित न होने की समस्या को हल करता है और शुष्क सत्र के दौरान लाइन पर उपयोगकर्ताओं के लिए बिजली की गुणवत्ता को सुनिश्चित करता है।

बारिश का सत्र: BSVR स्थापना से पहले और बाद में बारिश के सत्र के दौरान लाइन के विभिन्न बिंदुओं पर वोल्टेज आकृति 2 में दिखाए गए हैं।

बारिश के सत्र के दौरान, BSVR द्विदिशात्मक वोल्टेज नियामक की स्थापना द्वारा मुख्य लाइन के अंत और प्रत्येक शाखा लाइन पर वोल्टेज सुधार होता है। यह छोटे हाइड्रोपावर स्टेशनों से ग्रिड तक सामान्य विद्युत प्रसारण की सुनिश्चितता न केवल बढ़ाता है, बल्कि लाइन के मध्य और पीछे के भागों पर उपयोगकर्ताओं के लिए बिजली की गुणवत्ता को भी सुनिश्चित करता है।

2.3 अनुप्रयोग प्रभाव

लाइन की वास्तविक स्थिति के अनुसार, 3000kVA क्षमता के साथ मुख्य लाइन के पोल 63 पर द्विदिशात्मक वोल्टेज नियामक स्थापित किया जाता है। शुष्क और बारिश के सत्र दोनों की वास्तविक स्थितियों को व्यापक रूप से ध्यान में रखते हुए, नियामक की समायोजन सीमा -15% से +15% तक चुनी जाती है।

इस लाइन की वोल्टेज गुणवत्ता में बहुत बड़ा सुधार हुआ है। यह न केवल छोटे हाइड्रोपावर स्टेशनों के लिए मुख्य ग्रिड में विद्युत प्रसारण के लिए वोल्टेज की निम्न सीमा को कम करता है (इसलिए हाइड्रोपावर स्टेशनों को वोल्टेज को अत्यधिक बढ़ाने की आवश्यकता नहीं होती) बल्कि नियामक के माध्यम से लाइन के शुरुआती भाग पर वोल्टेज को भी बढ़ाता है। यह सुनिश्चित करता है कि हाइड्रोपावर स्टेशन ग्रिड में विद्युत प्रसारण कर सकते हैं, साथ ही लाइन पर ग्राहकों के लिए वोल्टेज अनुमोदन दर को बढ़ाता है और विद्युत ग्रिड के सुरक्षित और स्थिर संचालन की गारंटी देता है।

3. निष्कर्ष

जब द्विदिशात्मक स्वचालित वोल्टेज नियामन उपकरण को छोटे हाइड्रोपावर स्टेशनों द्वारा आपूर्तित लाइनों पर लागू किया जाता है, तो सैद्धांतिक गणनाओं और व्यावहारिक अनुप्रयोगों दोनों से पता चलता है कि द्विदिशात्मक फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक की स्थापना वोल्टेज गुणवत्ता में बहुत बड़ा सुधार कर सकती है, शुष्क और बारिश के सत्रों के बीच वोल्टेज नियामन के संघर्ष को समग्र रूप से हल करती है।