Dağ Dağıtım Ağlarında İki Yönlü Otomatik Gerilim Düzenleyicilerinin Uygulaması

1. Genel Bakış

Dağ dağıtım ağları birçok küçük hidroelektrik santrali ile donatılmıştır, bunların çoğu düzenleme kapasitesi olmayan akım içi santralleridir. Bu santraller aynı hat üzerinde elektrik yükleriyle bağlantılıdır ve bu durum güç şebekesi operasyonlarına belirli olumsuz etkiler getirmektedir. Bunlar arasında en belirgin sorun voltaj kalitesi probleminidir. Yağmur mevsiminde, küçük hidroelektrik santralleri şebekeye elektrik üretirler ve yerel güç dengesinin sağlanamaması hattın voltajını yükseltmektedir.

Kurak mevsimde ise, uzun hat uzunluğu, küçük tel çapı ve düşük yük nedeniyle hat sonundaki kullanıcıların voltajı çok düşüktür. Üretim ve tedarik aynı hat üzerinde birleştirildiği için, hat güç akışı yönü değişkendir ve bu da voltajın oldukça istikrarsız olmasını sağlar. Uzun dağıtım hatlarında çift yönlü besleme otomatik voltaj düzenleyicileri kurulması voltaj kalitesi problemine çözüm sağlayabilir. Küçük hidroelektrik santralları olan dağ dağıtım hatlarının voltaj kalitesi sorunlarına odaklanarak, bu makale belirli bir Elektrik Dağıtım Şirketinin Bibei Hattını örnek alır ve yeni tip çift yönlü otomatik voltaj düzenleyici çözümünü önerir.

1.1 10kV Bibei Hattının Temel Bilgileri

Dağ dağıtım ağ hatlarının tipik bir temsilcisi olarak, 10kV Bibei Hattının temel bilgileri aşağıdaki Tablo 1'de gösterilmiştir.

2012 yılında tedarik bölgesindeki 39 dağıtım transformatörünün gerilim uygunluk oranı istatistiklerine göre, maksimum oran %99.8, minimum oran %54.4'tür ve sadece 6 dağıtım transformatörü gerilim uygunluk oranı standartlarına uymaktadır, bu da toplamın %15.3'ünü oluşturur. Kaydedilen maksimum gerilim değeri 337V olup, izin verilen değeri %43 oranında aşmaktadır. Gerilim sorunu belirgin bir şekilde ortaya çıkmaktadır, kullanıcılar arasında elektrikli cihaz hasarları sık görülmekte ve birçok gerilim şikayetleri mevcuttur.

1.2 Gerilim Anomalilerinin Analizi

Bibei Hatı'nın gerilim kalitesi sorununa neden olan başlıca sebepler şunlardır:

(1) Nemli ve kurak dönemler arasındaki açıktan kaynaklanan belirgin çelişki. Akarsu hidroelektrik ünitelerinin işletim modu su girişiyle yakından ilişkilidir. Küçük hidroelektrik santrallerinin yük kapasitesinden çok daha büyük yüklere sahip olması nedeniyle, nemli dönemde büyük miktarda fazla elektrik enerjisi ağda iletilir. Kurak dönemde ise yerel güç sağlama yükü çoğunlukla ağdan sağlanır, bu da nemli ve kurak dönemler arasında işletim modunda önemli değişikliklere yol açar, bu durum güç kalitesini ciddi şekilde etkiler ve bölgedeki gerilim düzeyinin uygun seviyeye ulaşmasını zorlaştırır.

(2) Küçük hidroelektrik santralleri için etkili bir planlama ve izleme eksikliği. Küçük hidroelektrik santrallerinin tekil kapasitelerinin küçük olması, sayılarının fazla olması, yaygın dağılımı, çeşitli mülkiyet yapısı ve sezonlara bağlı olarak işletimdeki önemli etkiler nedeniyle, bunların birleştirilmiş bir izleme ve kontrol altında tutulması zordur. Bu nedenle, bireysel transformatör alanlarında yerel ayarlamalar, gerilim kalitesini iyileştirmek açısından önemsiz etkiye sahiptir.

(3) Transformatörlerin operasyon ve düzenleme zorluğu. Hat akım yönü sıklıkla değişir. Nemli dönemde, güç ağa üretilir ve dağıtım transformatörleri gerilim düşürme için tap değiştiricileri ayarlanarak, kullanıcı uçtaki gerilimin aşırı yüksek olmasından dolayı elektrikli cihazların yanmamasını sağlar. Kurak dönemde ise, güç ağından emilir ve dağıtım transformatörleri gerilim yükseltme için tap değiştiricileri ayarlanarak, kullanıcı uçtaki gerilimin çok düşük olmamasını sağlar. Bu nedenle, transformatörlerin gerilim düşürme ve yükseltme operasyonu gereksinimleri sıklıkla değişir, bu da akım değişiklikleriyle koordineli operasyon düzenlemelerini zorlaştırır.

(4) Üst düzey güç sağlayıcısının ana transformatörü, az sayıda tap ile yük olmayan tap değiştirme yöntemini kullanmaktadır ve düzenleme aralığı sınırlıdır.

2. İki Yönlü Otomatik Gerilim Düzenleyici Transformatörlerin Uygulanması

2.1 Çözüm Seçimi

Büyük sayıda küçük hidroelektrik santrali bulunan dağlık dağıtım ağlarının işletme özelliklerini inceleyerek ve mevcut gerilim düzenleme yöntemlerinin uygulanabilirliğini analiz ederek, bu makale güçlü işlevsellik ve iyi pratiklik sunan iki yönlü otomatik gerilim düzenleyici çözümünü seçmiştir.

2.2 İki Yönlü Gerilim Düzenleyici Trafonun İlkeleri ve Etkileri

2.2.1 İki Yönlü Besleme Otomatik Gerilim Düzenleyicinin Çalışma Prensibi

İki yönlü besleme otomatik gerilim düzenleyicisi, üç fazlı otomatik trafe gerilim düzenleyicisi, üç fazlı yük altında taraçlama değiştirici, kontrol birimi ve güç akışı tanıma modülü olmak üzere dört ana bölümden oluşur. Güç akışı tanıma modülü, hat güç akış yönünü belirlemek için mevcut yönü algılar ve bu sinyali kontrol birimine gönderir. Kontrol birimi, gerilim ve akım sinyallerine dayanarak gerilimin yükseltilmesi veya düşürülmesi konusunda karar verir, ardından yük altında taraçlama değiştiricinin içindeki motorun çalışmasını kontrol ederek taraçlamayı değiştirmeye yönlendirir. Bu, trafenin sarım oranını değiştirerek yük altında otomatik gerilim düzenleme sağlar. Üç fazlı yük altında taraçlama değiştirici, trafenin sarım oranını ayarlayarak çıkış gerilimini değiştirir.

2.2.2 Teorik Etki Analizi

Kuru Sezon:BSVR yüklemeden önce ve sonra hattaki gerilim değişiklikleri Şekil 1'de gösterilmiştir.

Kuru sezon sırasında, BSVR iki yönlü gerilim düzenleyicisi yüklendikten sonra, ana hatın sonundaki ve her bir şube hattaki gerilimler artmıştır. Bu, hattaki gerilimin uygun olmadığı sorununu çözer ve kuru sezon boyunca hattaki kullanıcıların elektrik tüketim kalitesini garanti eder.

Yağmur Sezonu:Yağmur sezonu sırasında BSVR yüklemeden önce ve sonra hattaki çeşitli noktalardaki gerilimler Şekil 2'de gösterilmiştir.

Yağmur sezonu sırasında, BSVR iki yönlü gerilim düzenleyicisinin yüklenmesi, ana hatın sonundaki ve her bir şube hattaki gerilimleri iyileştirir. Bu, küçük hidroelektrik santrallerden ağya normal enerji aktarımını sağlamakla birlikte, hattın orta ve son kesimlerindeki kullanıcıların elektrik tüketim kalitesini de garanti eder.

2.3 Uygulama Etkileri

Hatın gerçek koşullarına göre, iki yönlü gerilim düzenleyicisi kapasitesi 3000kVA olan ana hatın 63. direğine monte edilmiştir. Kurak ve yağmur sezonlarının gerçek koşullarını kapsamlı olarak göz önünde bulundurarak, düzenleyicinin ayarlama aralığı -15% ile +15% olarak seçilmiştir.

Bu hatın gerilim kalitesi önemli ölçüde iyileşmiştir. Küçük hidroelektrik santrallerin ana ağa enerji aktarması için eşiği düşük tutar (bu nedenle hidroelektrik santrallerin aşırı voltaj yükseltmesine gerek yoktur) ve ayrıca düzenleyici aracılığıyla hatın başlangıç bölümündeki gerilimi artırır. Bu, hidroelektrik santrallerin ağa enerji beslemesini sağlarken, aynı zamanda hattaki müşteriler için gerilim uygunluğu oranını artırır ve elektrik ağındaki güvenli ve istikrarlı işletimi garanti eder.

3. Sonuç

İki yönlü otomatik gerilim düzenleme cihazı, küçük hidroelektrik santrallere beslenen hatlara uygulandığında, teorik hesaplamalar ve pratik uygulamalar, iki yönlü besleme otomatik gerilim düzenleyicisinin yüklendiğini göstermektedir. Bu, gerilim kalitesini büyük ölçüde iyileştirir ve hem kurak hem de yağmur sezonları arasındaki gerilim düzenleme çelişkisini kapsamlı bir şekilde çözer.