Primena dvosmernih automatskih regulatora napona u mrežama za raspodelu struje na planinama

1. Pregled

Gorske distributivne mreže su opremljene brojnim malim hidroelektranama, većina kojih su potokovelektrostanice bez mogućnosti regulacije. Ove stanice su povezane sa istom linijom kao i električni opterećenja, što donosi određene negativne uticaje na operaciju mreže. Najistaknutiji problem među njima je problem kvaliteta napona. Tijekom vlage sezone, male hidroelektrane proizvode struju za mrežu, a neuspjeh u postizanju lokalne ravnoteže snage dovodi do povišenog naponskog nivoa na liniji.

Tijekom suhe sezone, zbog duge dužine linije, male prečnica žice i niskog opterećenja, napon kod završnih korisnika linije je izuzetno nizak. Budući da su proizvodnja i isporuka struje integrisane na istoj liniji, smjer toka snage na liniji varira, što rezultira vrlo nestabilnim naponom. Instalacija dvosmjerne automatske regulatora napona na dugim distributivnim linijama može riješiti problem kvaliteta napona. Fokusirajući se na probleme kvaliteta napona na gorskim distributivnim linijama s malim hidroelektranama, ovaj rad uzima za primjer Bibei liniju određene Elektrodistribucijske kompanije i predlaže novi tip rješenja dvosmjenog automatskog regulatora napona.

1.1 Osnovne informacije o 10kV Bibei liniji

Kao tipični predstavnik gorskih distributivnih mrežnih linija, osnovne informacije o 10kV Bibei liniji prikazane su u tabeli 1 ispod.

Statistike o pokazateljima kvalifikacije napona za 2012. godinu za 39 distribucijskih transformatora u opsegu snabdevanja pokazuju da je maksimalni procenat 99,8%, minimalni 54,4%, a samo 6 distribucijskih transformatora ispunjavaju standardne zahteve za kvalifikaciju napona, što čini 15,3%. Maksimalna zabeležena vrednost napona iznosi 337V, premašujući dozvoljenu vrednost za 43%. Problem sa naponom je izražen, sa često javljanjem oštećenja električnih uređaja kod korisnika i brojnim prigovorima vezanim za napon.

1.2 Analiza anomalija napona

Glavni razlozi koji dovode do problema kvaliteta napona na Bibei liniji su sledeći:

(1) Izraženi kontrast između vlage i suhe sezone. Način rada jedinica hidroelektrane tokom tekuće vode je tesno povezan s ulaznim tokom vode. Budući da je instalirana snaga malihidroelektrana mnogo veća od kapaciteta opterećenja, velika količina prekomjerne električne energije se tokom vlage prenosi na mrežu. Tokom suhe sezone, lokalni snabdevački opterećenje uglavnom zavisi od dopune mreže, što dovodi do značajnih promena u načinu rada između vlage i suhe sezone, što ozbiljno utiče na kvalitet struje i teško je da se nivou napona dostigne kvalifikovani nivo.

(2) Nedostatak efikasnog upravljanja i nadgledanja malihidroelektrana. Zbog male pojedinačne snage, velikog broja, širokog rasporeda, različitih vlasništava i značajnog sezonskog uticaja na rad malihidroelektrana, teško je postići unificirano nadgledanje i kontrolu. Stoga imaju lokalne podešavanja za pojedinačne zone transformatora neznačajnu učinkovitost u poboljšanju kvaliteta napona.

(3) Teško upravljanje i regulacija transformatora. Smjer toka snage na liniji često se menja. Tokom vlage, snaga se proizvodi za mrežu, a distribucijski transformatori se operiraju sa podešanjem stupnjeva za snižavanje napona kako bi se osiguralo da korisnički napon ne oštetio uređaje zbog previsokih nivoa. Tokom suhe sezone, snaga se apsorbira iz mreže, a distribucijski transformatori se operiraju sa podešanjem stupnjeva za podizanje napona kako bi se osiguralo da korisnički napon može normalno koristiti bez da bude prenisko. Stoga, zahtevi za snižavanjem i podizanjem napona na transformatorima često se menjaju, što teško omogućuje koordinisane operativne podešavanja u skladu sa promenama toka snage.

(4) Glavni transformator gornje ravni snabdevačke mreže koristi prekid bez opterećenja sa malim brojem stupnjeva i ograničenim opsegom regulacije.

2. Primena dvosmerne regulatorne transformatora napona

2.1 Odabir rešenja

Izucavanjem karakteristika rada goranskog distribucijskog mreže sa velikim brojem malihidroelektrana i analizom primenljivosti postojećih metoda regulacije napona, ovaj rad bira rešenje dvosmernog automatskog regulatora napona sa snažnim operativnim mogućnostima i dobrom praktičnosti.

2.2 Princip i efekti dvostranog regulatora napona

2.2.1 Radni princip dvostranog automatskog regulatora napona za isporučivače

Dvostrani automatski regulator napona za isporučivače se uglavnom sastoji od četiri dijela: trofaznog avtomatskog transformatora za regulaciju napona, trofaznog promenljivog preključivača pod opterećenjem, kontrolera i modula za identifikaciju struje snage. Modul za identifikaciju struje snage otkriva pravac struje kako bi identifikovao pravac struje snage na liniji i šalje ovaj signal kontroleru. Kontroler donosi odluku da li treba povećati ili smanjiti napon na osnovu signala napona i struje, zatim upravlja radom motora unutar promenljivog preključivača pod opterećenjem kako bi pokrenuo promenu klipova. Ovo menja odnos zavojnica transformatora kako bi se postigla automatska regulacija napona pod opterećenjem. Trofazni promenljivi preključivač pod opterećenjem prilagođava odnos zavojnica transformatora kako bi promenio njegov izlazni napon.

2.2.2 Teorijska analiza efekata

Suha sezona:Promene napona na liniji pre i posle instalacije BSVR prikazane su na Slici 1.

Tokom suhe sezone, nakon instalacije dvostranog regulatora napona BSVR, naponi na kraju glavne linije i na svakoj graničnoj liniji su povišeni. Ovo rešava problem nekvalitetnog napona na liniji i osigurava kvalitet potrošnje električne energije korisnicima na liniji tokom suhe sezone.

Kisa:Voltazi na različitim tačkama linije pre i posle instalacije BSVR tokom kiše prikazani su na Slici 2.

Tokom kišne sezone, instalacija dvostranog regulatora napona BSVR poboljšava napon na kraju glavne linije i na svakoj graničnoj liniji. Ne samo što to osigurava normalnu prenos električne energije sa malih hidroelektrana u mrežu, već takođe garantuje kvalitet potrošnje električne energije korisnicima u srednjem i zadnjem delu linije.

2.3 Efekti primene

U skladu sa stvarnim uslovima na liniji, dvostrani regulator napona je instaliran na stubu 63 glavne linije sa kapacitetom od 3000kVA. Uzimajući u obzir stvarne uslove i suhe i kišne sezone, opseg prilagođavanja regulatora je odabran kao -15% do +15%.

Kvalitet napona na ovoj liniji je značajno poboljšan. Ne samo što se snižava prag naponskih pretpostavki za prenos električne energije sa malih hidroelektrana u glavnu mrežu (tako da hidroelektrane ne moraju previše povećavati napon), već se takođe povećava napon na početnom delu linije preko regulatora. Ovo osigurava da hidroelektrane mogu prenositi električnu energiju u mrežu, dok se istovremeno povešava stopa kvalifikovanosti napona za korisnike na liniji i garantuje bezbednu i stabilnu operaciju mreže.

3. Zaključak

Kada se dvostrani automatizovani uređaj za regulaciju napona primeni na linije koje su snabdijevane sa malih hidroelektrana, teorijski izračuni i praktične primene pokazuju da instalacija dvostranog automatskog regulatora napona za isporučivače može značajno poboljšati kvalitet napona, komprehensivno rešavajući konfliktnost regulacije napona između suhe i kišne sezone.