Applicazione dei Regolatori di Tensione Automatici Bidirezionali nelle Reti di Distribuzione Montane

1. Panoramica

Le reti di distribuzione montane sono dotate di numerose piccole centrali idroelettriche, la maggior parte delle quali sono centrali a corso d'acqua senza capacità di regolazione. Queste centrali sono collegate alla stessa linea degli utenti elettrici, portando alcuni impatti negativi sull'operazione della rete elettrica. Il problema più evidente tra questi è la qualità della tensione. Durante la stagione umida, le piccole centrali idroelettriche generano elettricità per la rete, e l'incapacità di raggiungere un equilibrio locale del potere porta a un aumento della tensione sulla linea.

Durante la stagione secca, a causa della lunghezza della linea, del diametro ridotto dei cavi e del basso carico, la tensione agli utenti finali della linea è estremamente bassa. Poiché la generazione e la fornitura di energia sono integrate sulla stessa linea, la direzione del flusso di potenza sulla linea è variabile, risultando in una tensione altamente instabile. L'installazione di regolatori automatici di tensione bidirezionali su linee di distribuzione lunghe può risolvere il problema della qualità della tensione. Concentrandosi sui problemi di qualità della tensione sulle linee di distribuzione montane con piccole centrali idroelettriche, questo articolo prende come esempio la Linea Bibei di un certo Ufficio di Fornitura Energetica e propone una nuova soluzione di regolatore automatico di tensione bidirezionale.

1.1 Informazioni di base sulla Linea Bibei 10kV

Come tipico rappresentante delle linee di rete di distribuzione montana, le informazioni di base sulla Linea Bibei 10kV sono riportate nella Tabella 1 qui sotto.

Le statistiche sugli indicatori di qualificazione del voltaggio nel 2012 per 39 trasformatori di distribuzione nell'area di fornitura mostrano che il tasso massimo è del 99,8%, il minimo è del 54,4% e solo 6 trasformatori di distribuzione soddisfano i requisiti standard per la qualificazione del voltaggio, rappresentando il 15,3%. Il valore massimo di voltaggio registrato è di 337V, superiore al valore ammissibile del 43%. Il problema del voltaggio è prominente, con frequenti danni agli apparecchi elettrici degli utenti e numerosi reclami sul voltaggio.

1.2 Analisi delle anomalie di voltaggio

Le principali ragioni che portano al problema della qualità del voltaggio sulla linea Bibei sono le seguenti:

(1) Contrasto evidente tra stagione umida e secca. La modalità operativa delle unità idroelettriche a corrente continua è strettamente legata all'afflusso d'acqua. Poiché la capacità installata delle piccole centrali idroelettriche è molto maggiore della capacità di carico, durante la stagione umida viene trasmessa una grande quantità di energia elettrica eccedente alla rete. Durante la stagione secca, il carico locale di fornitura di energia dipende principalmente dal rifornimento dalla rete, risultando in significative variazioni nella modalità operativa tra le stagioni umida e secca, che influiscono gravemente sulla qualità dell'energia e rendono difficile raggiungere un livello di voltaggio qualificato nell'area.

(2) Mancanza di un efficace controllo e monitoraggio per le piccole centrali idroelettriche. A causa della piccola capacità unitaria, della grande quantità, della larga distribuzione, della diversità dei diritti di proprietà e dell'importante impatto stagionale sull'operatività delle piccole centrali idroelettriche, è difficile ottenere un monitoraggio e controllo unificati. Pertanto, gli aggiustamenti locali per singole aree di trasformazione hanno un effetto insignificativo sull'incremento della qualità del voltaggio.

(3) Difficoltà nell'operazione e regolazione dei trasformatori. La direzione del flusso di potenza sulla linea cambia frequentemente. Durante la stagione umida, l'energia viene generata per la rete e i trasformatori di distribuzione vengono operati con commutatori di presa regolati per ridurre il voltaggio, per garantire che il voltaggio agli utenti non danneggi gli apparecchi elettrici a causa di livelli eccessivi. Durante la stagione secca, l'energia viene assorbita dalla rete e i trasformatori di distribuzione vengono operati con commutatori di presa regolati per aumentare il voltaggio, per garantire che il voltaggio agli utenti possa essere utilizzato normalmente senza essere troppo basso. Pertanto, i requisiti per l'operazione di riduzione e aumento del voltaggio dei trasformatori cambiano frequentemente, rendendo difficile eseguire aggiustamenti operativi in coordinazione con le variazioni del flusso di potenza.

(4) Il trasformatore principale dell'alimentazione superiore adotta un cambio di presa a carico zero con un numero limitato di prese e un range di regolazione limitato.

2. Applicazione di trasformatori regolatori di voltaggio bidirezionali

2.1 Selezione delle soluzioni

Studiando le caratteristiche operative delle reti di distribuzione montane con un gran numero di piccole centrali idroelettriche e analizzando l'applicabilità dei metodi di regolazione del voltaggio esistenti, questo articolo seleziona una soluzione di regolatore automatico di voltaggio bidirezionale con forte operatività e buona praticità.

2.2 Principio ed effetti dei trasformatori regolatori di tensione bidirezionali

2.2.1 Principio di funzionamento del regolatore automatico di tensione bidirezionale per alimentazione

Il regolatore automatico di tensione bidirezionale per alimentazione è composto principalmente da quattro parti: un regolatore di tensione autotrasformatore trifase, un commutatore di presa a carico trifase, un controller e un modulo di identificazione del flusso di potenza. Il modulo di identificazione del flusso di potenza rileva la direzione della corrente per identificare la direzione del flusso di potenza sulla linea e invia questo segnale al controller. Il controller valuta se incrementare o decrementare la tensione in base ai segnali di tensione e corrente, quindi controlla l'operazione del motore all'interno del commutatore di presa a carico per farlo passare da una presa all'altra. Questo cambia il rapporto di avvolgimento del trasformatore per realizzare la regolazione automatica della tensione a carico. Il commutatore di presa a carico trifase regola il rapporto di avvolgimento del trasformatore per cambiare la sua tensione di uscita.

2.2.2 Analisi teorica degli effetti

Stagione secca: Le variazioni della tensione sulla linea prima e dopo l'installazione del BSVR sono mostrate nella Figura 1.

Durante la stagione secca, dopo l'installazione del regolatore di tensione bidirezionale BSVR, le tensioni alla fine della linea principale e su ogni linea secondaria aumentano. Questo risolve il problema della tensione non qualificata sulla linea e garantisce la qualità dell'energia elettrica consumata dagli utenti durante la stagione secca.

Stagione umida: Le tensioni in vari punti della linea prima e dopo l'installazione del BSVR durante la stagione umida sono mostrate nella Figura 2.

Durante la stagione umida, l'installazione del regolatore di tensione bidirezionale BSVR migliora le tensioni alla fine della linea principale e su ogni linea secondaria. Non solo garantisce la normale trasmissione di energia elettrica dalle piccole centrali idroelettriche alla rete, ma assicura anche la qualità dell'energia elettrica consumata dagli utenti nelle sezioni medie e posteriori della linea.

2.3 Effetti applicativi

In base alle condizioni effettive della linea, il regolatore di tensione bidirezionale viene installato sul palo 63 della linea principale con una capacità di 3000 kVA. Considerando le condizioni effettive sia della stagione secca che umida, l'intervallo di regolazione del regolatore viene scelto tra -15% e +15%.

La qualità della tensione su questa linea è stata significativamente migliorata. Non solo abbassa la tensione minima necessaria per le piccole centrali idroelettriche per trasmettere energia alla rete principale (così le centrali idroelettriche non devono aumentare eccessivamente la tensione), ma aumenta anche la tensione nella sezione iniziale della linea tramite il regolatore. Ciò garantisce che le centrali idroelettriche possano alimentare la rete, aumentando contemporaneamente il tasso di qualificazione della tensione per i clienti sulla linea e garantendo il funzionamento sicuro e stabile della rete elettrica.

3. Conclusione

Quando il dispositivo di regolazione automatica della tensione bidirezionale viene applicato a linee alimentate da piccole centrali idroelettriche, sia i calcoli teorici che le applicazioni pratiche dimostrano che l'installazione di un regolatore automatico di tensione bidirezionale può migliorare notevolmente la qualità della tensione, risolvendo in modo complessivo il conflitto di regolazione della tensione tra le stagioni umide e secche.