Εφαρμογή Έρευνας για τον Αυτόματο Ρυθμιστή Τάσης SVR στη Διαχείριση Χαμηλής Τάσης των Γραμμών 10 kV

Με την τοπική ανάπτυξη και τη μεταφορά βιομηχανίας, όλο και περισσότερες επιχειρήσεις επενδύουν και ιδρύουν εργοστάσια σε λιγότερο ανεπτυγμένες περιοχές. Ωστόσο, λόγω της ανώριμης ανάπτυξης του φορτίου ηλεκτρικής ενέργειας και της μη πλήρους υποδομής όπως τα δίκτυα διανομής, το νέο προστιθέμενο φορτίο μπορεί να συνδεθεί μόνο στις υπάρχουσες γραμμές αγροτικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Οι γραμμές δικτύου διανομής στις αγροτικές περιοχές χαρακτηρίζονται από διεσπαρμένο φορτίο, μικρή διάμετρο αγωγών και υπερβολικά μεγάλη ακτίνα τροφοδοσίας.

Η σύνδεση νέου φορτίου μεγάλης χωρητικότητας στο τέλος της γραμμής μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλή τάση γραμμής και υπερβολικές απώλειες γραμμής του συστήματος, επηρεάζοντας έτσι τα οικονομικά οφέλη ολόκληρου του συστήματος. Η εφαρμογή του ρυθμιστή αυτόματης τάσης γραμμής SVR για τη διαχείριση χαμηλής τάσης σε γραμμές δικτύου διανομής μπορεί να βελτιώσει κατάλληλα την ποιότητα λειτουργίας του συστήματος δικτύου διανομής, εξασφαλίζοντας έτσι την ασφάλεια παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και την ικανοποίηση της ζήτησης για σύνδεση νέου προστιθέμενου φορτίου.

1. Αρχή λειτουργίας του αυτόματου ρυθμιστή τάσης SVR

Ο εξοπλισμός αυτόματης ρύθμισης τάσης σε τροφοδότες SVR είναι μια εξαιρετικά αυτοματοποιημένη συσκευή ρύθμισης τάσης που μπορεί να ρυθμίζει αυτόματα την έξοδο τάσης. Πρόκειται για έναν τριφασικό αυτομετασχηματιστή. Σε αυτό το στάδιο, οι περισσότερες προϊόντα μπορούν να ρυθμίζουν αυτόματα την τάση στο εύρος -20% έως 20%. Αυτός ο εξοπλισμός μπορεί να εγκατασταθεί στο κύκλωμα τροφοδότη, είτε στη μεσαία θέση είτε στην περιοχή χαμηλής τάσης, ώστε να ρυθμίζει και να ελέγχει αποτελεσματικά και σημαντικά την τάση της γραμμής, εξασφαλίζοντας έτσι την παροχή ασφαλούς και σταθερής τάσης στους χρήστες. Αυτός ο εξοπλισμός περιλαμβάνει γενικά τρία βασικά συστατικά, συγκεκριμένα: τριφασικό αυτομετασχηματιστή, τριφασικό ενεργοποιημένο διακόπτη μεταγωγής τάσης και έξυπνο ελεγκτή.

1.1 Τριφασικός Αυτομετασχηματιστής

Ο εξοπλισμός τριφασικού αυτομετασχηματιστή αποτελείται κυρίως από τρία μέρη: σειριακό τύλιγμα, παράλληλο τύλιγμα και τύλιγμα ελέγχου. Ανάμεσα σε αυτά τα τρία τυλίγματα, το σειριακό τύλιγμα περιλαμβάνει τυλίγματα με αρκετές απολήξεις, τα οποία συνδέονται όλα σε σειρά μεταξύ της εισόδου και της εξόδου μέσω κάθε επαφής του ενεργοποιημένου διακόπτη μεταγωγής τάσης. Ο λόγος τάσης του αυτομετασχηματιστή μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας τη θέση της απόληξης, ώστε να ρυθμιστεί λογικά η τάση. Το τριφασικό παράλληλο τύλιγμα είναι ένα κοινό τύλιγμα, το οποίο από μόνο του δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση ενέργειας. Το τύλιγμα ελέγχου μπορεί να παρέχει την απαραίτητη ενεργειακή ισχύ για τη λειτουργία του ελεγκτή και επίσης να παρέχει σήματα δειγματοληψίας.

1.2 Τριφασικός Ενεργοποιημένος Διακόπτης Μεταγωγής Τάσης

Ο τριφασικός ενεργοποιημένος διακόπτης μεταγωγής τάσης είναι μια ειδική διακοπτική συσκευή που μπορεί να αλλάζει επαφές ακόμη και υπό συνθήκες φορτίου. Ο αριθμός των στάσεων του διακόπτη μεταγωγής τάσης πρέπει να καθοριστεί λαμβάνοντας πλήρως υπόψη τη διάρκεια ζωής του διακόπτη και το πρότυπο ακρίβειας ρύθμισης τάσης του χρήστη, το οποίο γενικά περιλαμβάνει επτά και εννέα στάσεις.

1.3 Έξυπνος Ελεγκτής

Αυτή η συσκευή είναι υπεύθυνη κυρίως για τη συλλογή των δεδομένων τάσης που μεταδίδονται από το σύστημα, τη σύγκριση αυτών των δεδομένων με την καθορισμένη τιμή και στη συνέχεια την έκδοση αντίστοιχων εντολών για τον έλεγχο του ενεργοποιημένου διακόπτη μεταγωγής τάσης προκειμένου να εφαρμοστούν λειτουργίες ρύθμισης τάσης. Η αρχή λειτουργίας αυτού του εξοπλισμού φαίνεται στο Σχήμα 1.

Στο Σχήμα 1, το Α είναι ο ακροδέκτης εισόδου, που συνδέεται κυρίως με την πηγή ενέργειας· το α είναι ο ακροδέκτης εξόδου, που συνδέεται κυρίως με το φορτίο. Ο έξυπνος ελεγκτής μπορεί να ανιχνεύσει την τάση στον ακροδέκτη εξόδου και να τη συγκρίνει με την αναφερόμενη τάση. Όταν η τάση εξόδου αποκλίνει από το αναφερόμενο εύρος, ο ελεγκτής θα καθυστερήσει τη λειτουργία. Εάν η διάρκεια καθυστέρησης και το διάστημα λειτουργίας πληρούν τις σχετικές απαιτήσεις, ο ελεγκτής θα στείλει μια εντολή στον ενεργοποιημένο διακόπτη μεταγωγής τάσης για να ελέγξει την περιστροφή του κινητήρα στον ενεργοποιημένο διακόπτη μεταγωγής τάσης, οδηγώντας έτσι το διακόπτη μεταγωγής τάσης να αλλάζει μεταξύ των απολήξεων.

Αυτό ρυθμίζει το λόγο τάσης του μετασχηματιστή για να επιτευχθεί ο στόχος της αυτόματης ρύθμισης τάσης υπό φορτίο. Ο εξοπλισμός αυτόματης ρύθμισης τάσης σε τροφοδότες SVR υιοθετεί μια τριπλή είσοδο και τριπλή έξοδο, αντιστοιχώντας στις τρεις φάσεις του τροφοδότη 10 kV αντίστοιχα, και επιτυγχάνει τον στόχο μέσω της λειτουργίας μεταγωγής του εξοπλισμού ρύθμισης τάσης του διακόπτη. Αυτός ο εξοπλισμός δεν καταλαμβάνει μεγάλο χώρο (γενικά λιγότερο από 10 m²) και είναι πιο βολικός και ασφαλής στην τοποθέτηση.

2. Χαρακτηριστικά του αυτόματου ρυθμιστή τάσης τροφοδότη SVR

• Οικονομικός και αποτελεσματικός: Το κόστος συναρμολόγησης μιας συσκευής ρύθμισης τάσης είναι περίπου 500.000 γιουάν, το οποίο είναι σχετικά χαμηλό και προσιτό. Δεδομένου ότι ο εξοπλισμός χρησιμοποιεί την αρχή λειτουργίας ενός αυτομετασχηματιστή, μπορεί να επιτύχει καλύτερο αποτέλεσμα ρύθμισης τάσης, επιτυγχάνοντας έτσι το στόχο της οικονομίας και της υψηλής απόδοσης.

• Υψηλή ακρίβεια ρύθμισης: Προς το παρόν, οι πιο συνηθισμένες συσκευές περιλαμβάνουν εξοπλισμό αυτόματης ρύθμισης τάσης υπό φορτίο με 7 και 9 στάσεις, και το εύρος ρύθμισης τάσης ανά στάση μπορεί να φτάσει έως -4% έως 4%, κάνοντας τη ρύθμιση πιο ακριβή και αποτελεσματική, πράγμα που είναι βολικό για τη ρύθμιση τάσης υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας.

• Εξαιρετικά ευέλικτη λειτουργία: Δεδομένου ότι ο εξοπλισμός αυτόματης ρύθμισης τάσης τροφοδότη SVR συνδέεται γενικά με τον τροφοδότη με παράλληλο τρόπο σειράς, μπορεί να αποσυνδεθεί εύκολα όταν χρειαστεί, και η λειτουργία ρύθμισης τάσης του μπορεί επίσης να απενεργοποιηθεί.

• Χαμηλές απώλειες χωρίς φορτίο: Αυτός ο εξοπλισμός χρησιμοποιεί κυρίως μια δομή αυτομετασχηματιστή, η οποία δεν παράγει μεγάλες απώλειες σε κατάσταση χωρίς φορτίο. Μπορεί να προσαρμοστεί αποτελεσματικά σε διάφορες περιόδους μέγιστης κατανάλωσης στις αγροτικές περιοχές, ειδικά σε κάποιες περιόδους χαμηλής κατανάλωσης, αποτρέποντας έτσι αποτελεσματικά τα προβλήματα απωλειών χωρίς φορτίο.

• Δεδομένου ότι ο ρυθμιστής τάσης εγκαθίσταται στη γραμμή συστήματος σε σειρά, ο τροφοδότης δεν μπορεί να λειτουργήσει υπερφορτωμένος, ώστε η ροή ισχύος του τροφοδότη να υπερβαίνει τη μέγιστη ισχύ του εξοπλισμού, κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει βλάβη στον εξοπλισμό.

3. Εφαρμογή του αυτόματου ρυθμιστή τάσης γραμμής SVR στη διαχείριση χαμηλής τάσης γραμμών 10 kV

Σήμερα, οι ρυθμιστές αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR είναι εφοδιασμένοι σε γραμμές 10 kV. Παραδείγματα που λαμβάνονται υπόψη είναι οι γραμμές AB, BC και CD, με ανάλυση της εφαρμογής των ρυθμιστών τάσης SVR. Κάθε γραμμή φέρει τον φορτίο του αγροϊκού δικτύου. Η συνολική μήκος της γραμμής είναι μεγάλη, υπάρχουν πολλές βικτίες στην κύρια γραμμή και το φορτίο σε όλη τη γραμμή δεν είναι ομοιόμορφα διασπαρμένο. Το παρακάτω αναλύει τις αλλαγές μετά την προσθήκη ρυθμιστών αυτόματης επιπέδωσης τάσης σε κάθε γραμμή.

3.1 Εφαρμογή στη Γραμμή AB

Στο τμήμα AB της γραμμής κατανομής 10 kV, το μήκος της κύριας γραμμής είναι 24 km, το συνολικό μήκος της γραμμής είναι 117.01 km, και το τύπος συνδέσμου είναι LGJ-70. Το μήκος της υπερβαίνει τον καθορισμένο πρότυπο μήκους και υπάρχουν πολλές βικτίες στην κύρια γραμμή. Πριν από την αντισταθμιστική ενεργεία, ο συντελεστής δυναμικής της γραμμής είναι περίπου 0.9. Για να πραγματοποιηθεί η αυτόματη προσαρμογή της τάσης της γραμμής και η λογική κατανομή της ηλεκτρικής ενέργειας, εγκαταστάθηκε συσκευή αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR στη γραμμή του συστήματος. 

Μετά από ένα έτος λειτουργίας της συσκευής, η ποσοστώση συμμόρφωσης τάσης στην είσοδο της συσκευής έφτασε στο 97.85%, και η ποσοστώση εγκυρότητας τάσης στην έξοδο έφτασε στο 100%. Με την προσθήκη της συσκευής αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR, η ποιότητα τάσης μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά. Σε μια συγκεκριμένη μήνα, παρατηρώντας διάφορα σημεία αναφοράς, η εισερχόμενη και η εξερχόμενη τάση έχουν τις δικές τους τάσεις. 

Από το στατιστικό γράφημα, βρέθηκε ότι η τάση της γραμμής AB φτάνει στην ελάχιστη τιμή στις 9:00, η οποία είναι κάτω από το 90% της ορθής τάσης. Κατά τη λειτουργία της συσκευής αυτόματης επιπέδωσης τάσης, η εξερχόμενη τάση είναι 10.02 kV, και η αύξηση τάσης είναι περίπου 19.86%. Κατά τη λειτουργία του ρυθμιστή αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR, η τιμή τάσης μπορεί να ελεγχθεί εντός του ιδανικού προτύπου 10~10.7 kV. Μετά την αντισταθμιστική ενεργεία, ο συντελεστής δυναμικής σε αυτή την περιοχή είναι ως ανώτερο 0.95, ο οποίος μπορεί να επιτευχθεί ο ιδανικός επιτέλεσμα αντιστάθμισης. Ωστόσο, όταν ο αντισταθμιστής καταναλωτής ενεργεί σε μεγάλη κλίμακα, η τάση είναι σχετικά χαμηλή, συνήθως κάτω από 9 kV.

3.2 Εφαρμογή στη Γραμμή BC

Το μήκος της γραμμής BC είναι 20.5 km, το συνολικό μήκος της γραμμής είναι 174 km, και ο τύπος συνδέσμου που χρησιμοποιείται είναι σχετικά ειδικός (LGJ-50). Υπάρχουν πολλές βικτίες στην κύρια γραμμή. Ο συντελεστής δυναμικής πριν από την αντισταθμιστική ενεργεία της γραμμής είναι περίπου 0.88, οπότε εγκαταστάθηκε ρυθμιστής αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR σε αυτή τη γραμμή. Μετά από 1 χρόνο λειτουργίας, η ποσοστώση συμμόρφωσης τάσης στην είσοδο της συσκευής είναι κοντά στο 100%, και η τάση στην έξοδο είναι επίσης εντελώς εγκυρή. 

Μετά την προσθήκη της συσκευής αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR, η ποιότητα τάσης του συνόλου του συστήματος αυξήθηκε σημαντικά. Από την αναμετρημένη καμπύλη τάσης, φαίνεται ότι η τάση αυτής της γραμμής είναι η χαμηλότερη κατά τη διάρκεια 20:00~21:00, μόνο 8.07 kV, η οποία είναι κάτω από το 90% της ορθής τάσης. Λόγω της επίδρασης του ρυθμιστή αυτόματης επιπέδωσης τάσης, η εξερχόμενη τάση είναι 9.68 kV, και η αύξηση τάσης είναι 20.07%, φθάνοντας στην απόλυτη τιμή ρύθμισης τάσης 20%.

3.3 Εφαρμογή στη Γραμμή CD

Το μήκος της κύριας γραμμής CD φτάνει στα 14 km, το συνολικό μήκος φτάνει στα 153.98 km, και ο συγκεκριμένος τύπος συνδέσμου είναι LGJ-70. Ο συντελεστής δυναμικής πριν από την αντισταθμιστική ενεργεία της γραμμής φτάνει στο 0.9, οπότε ο αυτόματος ρυθμιστής τάσης SVR (μοντέλο: SVR-2000/10-7) μπορεί να εγκατασταθεί στην πύραμιδα της γραμμής. Μετά από ένα έτος λειτουργίας, η ποσοστώση συμμόρφωσης τάσης στην είσοδο της συσκευής είναι κοντά στο 100%, και η τάση στην έξοδο είναι επίσης πολύ κανονική, φθάνοντας στο 99.86%. 

Η προσθήκη της συσκευής αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR βελτιώνει σημαντικά την ποιότητα τάσης, αλλά ο επίπεδος τάσης στην είσοδο είναι ελαφρώς ανεπαρκής για να επιτευχθεί η 100% ποσοστώση. Από την παρατηρηθείσα καμπύλη τάσης, φαίνεται ότι υπάρχουν δύο σαφή περίοδοι μείωσης τάσης στη γραμμή CD εκείνη την ημέρα: 8:00~10:00 και 19:00~21:00. Οι τιμές τάσης είσοδου είναι κάτω από 9 kV. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η τάση στις 20:00 φτάνει στην ελάχιστη, μόνο 7.77 kV (μόνο 78% της ορθής τάσης). Η χρήση του ρυθμιστή αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR μπορεί να προωθήσει την ισορροπία και σταθερότητα της τάσης. 

Ωστόσο, η εξερχόμενη τάση στις 20:00 φτάνει στα 8.82 kV, η οποία είναι ακόμη σε χαμηλή τάση. Η αύξηση τάσης της συσκευής είναι 12.51%, βασικά φθάνοντας στην πρότυπη τιμή 15%. Από την ανάλυση της πραγματικής κατάστασης και της αποτελεσματικότητας των παραπάνω ρυθμιστών αυτόματης επιπέδωσης τάσης, ακόμη και όταν αντιμετωπίζονται ακραίες τιμές, η αύξηση τάσης μπορεί να ικανοποιήσει το πρότυπο, οπότε μπορεί να συμπεριστεί ότι οι επιλεγμένοι ρυθμιστές είναι εγκυροί.

4. Πλεονεκτήματα και οφέλη της Συσκευής Αυτόματης Επιπέδωσης Τάσης SVR

Αυτή η συσκευή επιπέδωσης τάσης επιτυγχάνει σταθερή ελεγχή της εξερχόμενης τάσης με την προσαρμογή του λόγου μετατροπής του τριφασικού αυτομετατροπέα. Στην πρακτική εφαρμογή, δείχνει τα εξής πλεονεκτήματα: 

• Μπορεί να επιτευχθεί εντελώς αυτόματη, αποδοτική και υπό φορτίο ρύθμιση τάσης. 

• Ο μετατροπέας ο ίδιος χρησιμοποιεί τριφασικό αυτομετατροπέα σε σύνδεση αστέρα, ο οποίος έχει μεγάλη δυνατότητα και σχετικά μικρό όγκο, και μπορεί να εγκατασταθεί σε διπλή πύραμι. 

• Η περιοχή ρύθμισης τάσης είναι συνήθως μεταξύ -10% και 20%, η οποία μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις τάσης. Σύμφωνα με σχετική θεωρητική ανάλυση και υπολογισμό, ο ρυθμιστής αυτόματης επιπέδωσης τάσης SVR μπορεί να εγκατασταθεί σύμφωνα με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και τις πραγματικές συνθήκες των γραμμών σε διαφορετικά τμήματα. Μετά την εγκατάσταση αυτού του ρυθμιστή, η τάση μπορεί να προσαρμοστεί ευέλικτα στα 10.5 kV. 

Ένα μεγάλο αριθμός πρακτικών παραδειγμάτων αποδεικνύει ότι το σύνολο εξοπλισμού αυτόματης ρύθμισης τάσης SVR έχει υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης και λειτουργίες νοημοσύνης, μπορεί να επεξεργάζεται δυναμικά τις κυμαίνονται της εισερχόμενης τάσης, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η σχετικά σταθερή απόδοση της σταθερής εξόδου τάσης, και να αντιμετωπίζεται αποτελεσματικά το πρόβλημα της χαμηλής τάσης. Μετά την εγκατάσταση του εξοπλισμού ρύθμισης τάσης SVR στην χαμηλή γραμμή, σε σύγκριση με την κατασκευή μιας νέας υποσταθμίδας, η αντικατάσταση των διαγωνίων μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την επένδυση κεφαλαίου, έτσι ώστε να ελέγχεται αποτελεσματικά η τάση της γραμμής, και επίσης να απαντά στα σχετικά εθνικά όργανα, φέρνοντας έτσι καλύτερα κοινωνικά και οικονομικά οφέλη.

Όταν η φορτία της γραμμής παραμένει σταθερή, με την αύξηση της τάσης της γραμμής, η ροή της γραμμής ελέγχεται αποτελεσματικά, έτσι ώστε να ελέγχεται σημαντικά η απώλεια της γραμμής, βελτιώνοντας την απόδοση μεταφοράς ενέργειας, και τελικά να επιτυγχάνεται το στόχος της εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των απωλειών. Σε σύγκριση με την κατασκευή μιας νέας υποσταθμίδας, ο ρυθμιστής τάσης SVR ελέγχει αποτελεσματικά τη χρήση κεφαλαίου με την ανανέωση των διαγωνίων, έτσι ώστε η τάση της ολόκληρης γραμμής του συστήματος να αυξάνεται, πληρούμενες οι σχετικές εθνικές βιομηχανικές κανονισμοί, επιτυγχάνοντας ιδανικά οικονομικά οφέλη, και επίσης φέρνοντας κάποια κοινωνικά οφέλη. Όταν η φορτία της γραμμής παραμένει σταθερή, με την αύξηση της τάσης της γραμμής, η ροή της γραμμής μπορεί να ελέγχεται αποτελεσματικά, έτσι ώστε να ελέγχεται η απώλεια της γραμμής σε μεγάλο βαθμό, επιτυγχάνοντας το στόχο της εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των απωλειών, διατηρώντας τα οικονομικά οφέλη της εταιρείας παροχής ενέργειας, και ελέγχοντας αποτελεσματικά την οικονομική της ζημία, έτσι ώστε να βελτιώνεται η συνολική οικονομική απόδοση.

5.Συμπέρασμα

Σε περιοχές με περιορισμένο χώρο ανάπτυξης φορτία, λίγες διατάξεις πηγών ενέργειας, μεγάλο πεδίο παροχής ενέργειας, σοβαρές απώλειες στις γραμμές, βαριά φορτία, και χωρίς προγραμματισμό για νέα 35 kV υποσταθμίδα στο κοντινό μέλλον, είναι κατάλληλο να εγκατασταθεί ο εξοπλισμός αυτόματης ρύθμισης τάσης SVR για τον έλεγχο των προβλημάτων λειτουργίας του συστήματος. Αυτό μπορεί να ελέγχει αποτελεσματικά το πρόβλημα της ποιότητας τάσης, αλλά και να ελαχιστοποιεί την απώλεια της γραμμής, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται ιδανικά οικονομικά και κοινωνικά οφέλη. Η εφαρμογή αυτού του εξοπλισμού μπορεί επίσης να ελέγχει αποτελεσματικά τους κόστη, να βελτιώνει την απόδοση λειτουργίας του συστήματος ενέργειας, και να δημιουργεί ιδανικά κοινωνικά οφέλη.