Zastosowanie dwukierunkowych automatycznych regulacji napięcia w sieciach dystrybucyjnych górskich

1. Przegląd

Sieci rozdzielcze w górach są wyposażone w wiele małych elektrowni wodnych, z których większość to elektrownie przepływowe bez możliwości regulacji. Te elektrownie są podłączone do tej samej linii co obciążenia elektryczne, co powoduje pewne negatywne skutki dla działania sieci energetycznej. Najbardziej wyrazisty problem to kwestia jakości napięcia. W okresie deszczowym małe elektrownie wodne dostarczają energii do sieci, a brak lokalnej równowagi mocy prowadzi do podwyższenia napięcia na linii.

W okresie suchym, ze względu na dużą długość linii, mały przekrój przewodów i niskie obciążenie, napięcie u końcowych użytkowników linii jest bardzo niskie. Ponieważ generowanie i dystrybucja energii odbywa się na tej samej linii, kierunek przepływu mocy jest zmienny, co powoduje duże niestabilności napięcia. Instalacja dwukierunkowych automatycznych regulatorów napięcia na długich liniach rozdzielczych może rozwiązać problem jakości napięcia. Skupiając się na problemach jakości napięcia w liniach rozdzielczych w górach z małymi elektrowniami wodnymi, niniejszy artykuł przedstawia nowe rozwiązanie dwukierunkowego automatycznego regulatora napięcia na przykładzie linii Bibei w jednym z Biur Zaopatrzenia Energetycznego.

1.1 Podstawowe informacje o linii 10kV Bibei

Jako typowy reprezentant lini rozdzielczych w górach, podstawowe informacje o linii 10kV Bibei są przedstawione w poniższej tabeli 1.

Statystyki wskaźników jakości napięcia dla 39 transformatorów dystrybucyjnych w obszarze zasilania z 2012 roku pokazują, że najwyższy wskaźnik wyniósł 99,8%, najniższy 54,4%, a tylko 6 transformatorów spełnia standardowe wymagania dotyczące jakości napięcia, co stanowi 15,3%. Najwyższa zarejestrowana wartość napięcia wyniosła 337V, przekraczając dopuszczalną wartość o 43%. Problem z napięciem jest wyraźny, często występują uszkodzenia urządzeń elektrycznych u użytkowników oraz liczne skargi dotyczące napięcia.

1.2 Analiza anomalii napięcia

Główne przyczyny problemu jakości napięcia linii Bibei są następujące:

(1) Wyraźny konflikt między sezonem deszczowym a suchym. Tryb pracy jednostek hydroenergetycznych rzecznych jest ściśle związany z dopływem wody. Ponieważ moc zainstalowana małych elektrowni wodnych znacznie przewyższa moc obciążeń, duża ilość nadmiarowej energii elektrycznej jest transmitowana do sieci podczas sezonu deszczowego. W okresie suchego sezonu lokalne obciążenia energetyczne są głównie zaspokajane przez sieć, co powoduje istotne zmiany trybu pracy między sezonami deszczowym i suchym, co poważnie wpływa na jakość energii i utrudnia osiągnięcie odpowiedniego poziomu napięcia w regionie.

(2) Brak efektywnej dyspozycji i monitorowania małych elektrowni wodnych. Ze względu na małą pojedynczą moc, dużą liczbę, szerokie rozłożenie, różnorodność własności i znaczący wpływ sezonowy na pracę małych elektrowni wodnych, trudno jest osiągnąć zjednoczone monitorowanie i kontrolę. Dlatego lokalne dostosowania dla poszczególnych stref transformatorowych mają niewielki wpływ na poprawę jakości napięcia.

(3) Trudna operacja i regulacja transformatorów. Kierunek przepływu mocy w linii często się zmienia. Podczas sezonu deszczowego energia jest generowana do sieci, a transformatory dystrybucyjne są operowane z nastawnikami przełączników nastawionymi na obniżanie napięcia, aby zapewnić, że napięcie na końcu użytkownika nie spowoduje uszkodzenia urządzeń z powodu zbyt wysokiego poziomu. W okresie suchego sezonu energia jest pobierana ze sieci, a transformatory dystrybucyjne są operowane z nastawnikami przełączników nastawionymi na podnoszenie napięcia, aby zapewnić, że napięcie na końcu użytkownika może być normalnie używane bez bycia zbyt niskim. W związku z tym wymagania dotyczące obniżania i podnoszenia napięcia transformatorów często się zmieniają, co utrudnia ich dostosowanie do zmian przepływu mocy.

(4) Główny transformator górnej stacji zasilającej używa bezobciążonego przełączania zwinięć z niewielką liczbą zwinięć i ograniczonym zakresem regulacji.

2. Zastosowanie dwukierunkowych transformatorów regulujących napięcie

2.1 Wybór rozwiązań

Przeanalizowano charakterystykę działania sieci dystrybucyjnych górskich z dużą liczbą małych elektrowni wodnych oraz zbadano stosowalność istniejących metod regulacji napięcia, a następnie wybrano rozwiązanie automatycznego regulatora napięcia dwukierunkowego o dużej możliwości operacyjnej i dobrej praktyczności.

2.2 Zasada działania i efekty dwukierunkowych transformatorów regulujących napięcie

2.2.1 Zasada działania automatu regulacji napięcia dwukierunkowego pasma poborowego

Automatyczny regulator napięcia dwukierunkowego pasma poborowego składa się głównie z czterech części: trójfazowego autotransformatora regulującego napięcie, trójfazowego przełącznika tapów pod obciążeniem, kontrolera oraz modułu identyfikacji przepływu mocy. Moduł identyfikacji przepływu mocy wykrywa kierunek prądu w celu określenia kierunku przepływu mocy w linii i wysyła ten sygnał do kontrolera. Kontroler na podstawie sygnałów napięcia i prądu dokonuje oceny, czy należy podnieść, czy obniżyć napięcie, a następnie kontroluje pracę silnika wewnątrz przełącznika tapów pod obciążeniem, aby sterować przełączaniem tapów. To zmienia stosunek liczby zwitek transformatora, umożliwiając automatyczną regulację napięcia pod obciążeniem. Trójfazowy przełącznik tapów pod obciążeniem dostosowuje stosunek liczby zwitek transformatora, aby zmienić jego napięcie wyjściowe.

2.2.2 Analiza teoretycznych efektów

Okres suchy:Zmiany napięcia liniowego przed i po instalacji BSVR są przedstawione na Rysunku 1.

W okresie suchym, po zainstalowaniu BSVR - dwukierunkowego regulatora napięcia, napięcia na końcu głównej linii i na każdej odnodze są zwiększone. To rozwiązuje problem nieodpowiedniego napięcia liniowego i zapewnia jakość zużycia energii elektrycznej przez użytkowników na linii w okresie suchym.

Okres deszczowy:Napięcia w różnych punktach linii przed i po instalacji BSVR w okresie deszczowym są przedstawione na Rysunku 2.

W okresie deszczowym, instalacja BSVR - dwukierunkowego regulatora napięcia, poprawia napięcia na końcu głównej linii i na każdej odnodze. Zapewnia to nie tylko normalne przesyłanie energii z małych elektrowni wodnych do sieci, ale także gwarantuje jakość zużycia energii elektrycznej przez użytkowników w środkowej i końcowej części linii.

2.3 Efekty zastosowania

Biorąc pod uwagę rzeczywiste warunki linii, dwukierunkowy regulator napięcia jest zainstalowany na słupie 63 głównej linii o pojemności 3000kVA. Uwzględniając rzeczywiste warunki zarówno w okresie suchym, jak i deszczowym, zakres regulacji regulatora jest wybrany jako -15% do +15%.

Jakość napięcia tej linii została znacznie poprawiona. Pozwala to nie tylko obniżyć próg napięcia dla małych elektrowni wodnych do przesyłania energii do głównego systemu (dzięki czemu elektrownie nie muszą zbytnio podnosić napięcia), ale również wzmacnia napięcie w początkowej części linii za pomocą regulatora. Zapewnia to, że elektrownie mogą dostarczać energię do sieci, jednocześnie zwiększając współczynnik jakości napięcia dla klientów na linii i gwarantując bezpieczne i stabilne działanie sieci energetycznej.

3. Wniosek

Gdy urządzenie automatycznej regulacji napięcia dwukierunkowego jest stosowane do linii zasilanych przez małe elektrownie wodne, zarówno obliczenia teoretyczne, jak i praktyczne zastosowania pokazują, że instalacja automatu regulacji napięcia dwukierunkowego może znacząco poprawić jakość napięcia, kompleksowo rozwiązując konflikt regulacji napięcia między okresami suchym i deszczowym.