Uporaba dvosmerne avtomatske napetostne regulirnice v gorovskih distribucijskih omrežjih

1. Pregled

Gorska distribucijska omrežja so opremljena z veliko malih hidroelektrarn, večina izmed njih pa je pretečnih elektrarn brez možnosti regulacije. Te elektrarne so povezane z isto linijo kot električni obremenitve, kar prinaša določene negativne učinke na delovanje električnega omrežja. Najbolj izstopajoč problem med njimi je kakovost napetosti. V dežurni sezon izvirajo male hidroelektrarne z električno energijo v omrežje, in neuspeh pri dosegu lokalne ravnovesne ravnotežja povzroči povišano napetost na liniji.

V suhi sezon zaradi dolge dolžine linije, majhnega premera žice in nizkega obremenjenja je napetost na kraju končnih uporabnikov zelo nizka. Ker je proizvodnja in oskrba integrirana na isti liniji, smer pretoka na liniji ni stalna, kar vodi do zelo nestabilne napetosti. Namestitev dvosmernih avtomatskih regulatorjev napetosti za podaljševalne vodovode lahko reši te probleme z kakovostjo napetosti. S fokusom na probleme z kakovostjo napetosti v gorskih distribucijskih omrežjih z malimi hidroelektrarnami ta članek vzema za primer linijo Bibei določenega Elektrosnabovalnega urada in predlaga novo rešitev dvosmernega avtomatskega regulatorja napetosti.

1.1 Osnovne informacije o 10kV liniji Bibei

Kot tipični predstavnik gorskih distribucijskih omrežnih linij so osnovne informacije o 10kV liniji Bibei prikazane v spodnji Tabeli 1.

Statistika o kazalniku ustreznosti napetosti za leto 2012 za 39 distribucijskih transformatorjev v oskrbovnem območju kaže, da je najvišja stopnja 99,8 %, najnižja pa 54,4 %, in le 6 distribucijskih transformatorjev izpolnjujejo standardne zahteve glede ustreznosti napetosti, kar predstavlja 15,3 %. Najvišja zabeležena vrednost napetosti je 337 V, kar je 43 % več kot dovoljena vrednost. Problem s napetostjo je izrazit, z pogostim pojavljanjem poškodovanja električnih naprav pri uporabnikih in velikim številom pritožb glede napetosti.

1.2 Analiza anomalij napetosti

Glavni razlogi, ki vodijo do problema kakovosti napetosti na Bibei liniji, so naslednji:

(1) Izraziti kontrast med mokrim in suhim sezonama. Način delovanja hidroelektrarn podtokov je tesno povezan s pretokom vode. Ker je nameščena zmogljivost majhnih hidroelektrarn precej večja od nosilne zmogljivosti, je med mokro sezono veliko presežnega električnega energije prenašano na omrežje. Med suho sezono lokalni oskrbniki z električno energijo glavno opirajo na dopolnilo iz omrežja, kar povzroča znatne spremembe v načinu delovanja med mokro in suho sezono, kar hudo vpliva na kakovost energije in težko doseže ustrezen nivo napetosti v območju.

(2) Pomanjkanje učinkovitega usmerjanja in nadzora majhnih hidroelektrarn. Zaradi majhne enotske zmogljivosti, velikega števila, široka porazdelitev, različnih lastniških pravic in velikih sezonskih vplivov na delovanje majhnih hidroelektrarn je težko doseči enotni nadzor in kontrola. Zato imajo lokalne prilagoditve za posamezne transformatorske območja malo vpliva na izboljšanje kakovosti napetosti.

(3) Težko delovanje in regulacija transformatorjev. Smer pretoka moči se pogosto spreminja. Med mokro sezono se generira energija za omrežje, in distribucijski transformatorji delujejo s tap changers nastavljenimi za zmanjševanje napetosti, da se zagotovi, da ne bo zaradi previsoke napetosti poškodovanih električnih naprav. Med suho sezono se energija absorpira iz omrežja, in distribucijski transformatorji delujejo s tap changers nastavljenimi za povečevanje napetosti, da se zagotovi, da bodo uporabniki lahko normalno uporabljali napetost, ne da bi bila prenizka. Torej, zahteve za zmanjševanje in povečevanje napetosti na transformatorjih se pogosto spreminjajo, kar težko omogoča prilagoditve delovanja v skladu s spremembami pretoka moči.

(4) Glavni transformator višjega ravni oskrbe uporablja brez opterečenja tap changing z manjšim številom tapov in omejenim obsegom regulacije.

2. Uporaba dvosmerne napetostne regulacijske transformatorje

2.1 Izbor rešitev

Z raziskovanjem operativnih značilnosti gorskih distribucijskih omrežij z velikim številom majhnih hidroelektrarn in analizo primernosti obstoječih metod regulacije napetosti ta članek izbere rešitev dvosmerne avtomatske regulatorja napetosti z močnim operativnostjo in dobrom praktičnostjo.

2.2 Načelo in učinki dvosmerne napetostnega regulirnika

2.2.1 Delovno načelo dvosmerne avtomatske napetostne regulirnice za odvodenje

Dvosmerna avtomatska napetostna regulirnica za odvodenje se predvsem sestavlja iz štirih delov: trifazni samodejni napetostni regulirnik, trifazni tap changer z obremenitvijo, kontroler in modul za prepoznavanje tokov. Modul za prepoznavanje tokov zazna smer toka, da identificira smer tokov v črti, in ta signal pošlje kontrolerju. Kontroler na podlagi signalov napetosti in toka določi, ali je potrebno povečati ali zmanjšati napetost, nato pa upravlja delovanje motorja znotraj tap changera z obremenitvijo, da spremeni položaj priključkov. S tem se spremeni omara transformatorja in doseže avtomatsko napetostno reguliranje z obremenitvijo. Trifazni tap changer z obremenitvijo prilagaja omaro transformatorja, da spremeni njegov izhodni napon.

2.2.2 Teoretična analiza učinkov

Suho doba: Spremembe napetosti v črti pred in po namestitvi BSVR so prikazane na Sliki 1.

V suhi dobi, po namestitvi dvosmerne napetostne regulirnice BSVR, se povečajo napetosti na koncu glavne črte in na vsaki odvoznici. To reši problem neustreznih napetosti v črti in zagotavlja kakovost porabe električne energije za uporabnike v črti med suho dobo.

Mokra doba: Napetosti na različnih mestih v črti pred in po namestitvi BSVR med mokro dobo so prikazane na Sliki 2.

Med mokro dobo, namestitev dvosmerne napetostne regulirnice BSVR izboljša napetosti na koncu glavne črte in na vsaki odvoznici. To ne le zagotavlja normalno pretok električne energije iz majhnih hidroelektrarn iz v omrežje, ampak tudi zagotavlja kakovost porabe električne energije za uporabnike v srednjem in zadnjem delu črte.

2.3 Učinki uporabe

Glede na dejanske pogoje v črti je dvosmerna napetostna regulirnica nameščena na stolpu 63 glavne črte z kapaciteto 3000 kVA. Ob upoštevanju dejanskih pogojev v suhi in mokri dobi je izbrana območje prilagoditve regulirnice od -15% do +15%.

Kakovost napetosti v tej črti se je bistveno izboljšala. To ne le zniža prag napetosti za pretok električne energije iz majhnih hidroelektrarn v glavno omrežje (tako da hidroelektrarne ne potrebujejo prekomerno poviševanja napetosti), ampak tudi poveča napetost na začetku črte preko regulirnice. To zagotavlja, da lahko hidroelektrarne pretakajo električno energijo v omrežje, hkrati pa poveča stopnjo ustreznosti napetosti za stranke v črti in zagotavlja varno in stabilno delovanje električnega omrežja.

3. Zaključek

Ko se dvosmeren avtomatski napetostni regulirnik uporablja na črtah, ki jih oskrbujejo majhne hidroelektrarne, kažejo teoretični izračuni in praktična uporaba, da namestitev dvosmerne avtomatske napetostne regulirnice za odvodenje lahko veliko izboljša kakovost napetosti, celovito rešuje konflikt napetostnega reguliranja med suho in mokro dobo.