Quins són els aspectes de disseny i aplicació del regulador automàtic de tensió de l'alimentador de 10kV?
Després del projecte de renovació de la xarxa elèctrica rural, la xarxa de distribució rural ha experimentat una millora considerable. No obstant això, a causa de restriccions com la topografia, el paisatge i l'escala d'inversió, la disposició no és òptima. Com a resultat, el radi d'abast de alguns cabtecs de transmissió de 10 kV supera el rang raonable. Amb els canvis de les estacions i entre dia i nit, hi ha fluctuacions significatives de tensió, que condueixen a problemes com una qualitat de l'energia subestàndard i pèrdues de línia relativament altes, que afecten greument la vida i la producció dels agricultors. Així, aquest article dissenya un nou tipus de dispositiu de regulació de tensió: el regulador automàtic de tensió de cabtec.
1 Principi de funcionament del regulador de tensió
Un regulador automàtic de tensió és un dispositiu que rastreja automàticament els canvis en la tensió d'entrada per assegurar una tensió d'eixida estable. Es pot utilitzar ampliament en sistemes d'abast d'energia de 6 kV, 10 kV i 35 kV, i pot ajustar automàticament la tensió d'entrada en un rang del 20%. L'instal·lació del dispositiu a 1/2 o 2/3 de la distància des de l'inici de la línia pot assegurar la qualitat de tensió de la línia.
Per a les subestacions on el transformador principal no té capacitat de regulació de tensió sota càrrega, el regulador automàtic de tensió també es pot instal·lar al costat de la línia de sortida del transformador principal de la subestació per aconseguir la regulació de tensió sota càrrega. Hi ha diverses preseles al costat secundari del transformador. Utilitzant un microcontrolador per controlar l'encendiment i apagament de tiristors, es proporcionen diferents nivells de regulació de tensió, així assolint l'objectiu de regulació de tensió del cabtec.
2 Establiment de la tensió d'acció de canvi de preseles del regulador de tensió
El regulador de tensió de cabtec pot ajustar preseles segons diferents condicions de càrrega i canviar la relació de transformació basant-se en la tensió de la línia per aconseguir la regulació de tensió. Té 7 preseles i un rang de regulació de tensió del 30%, permetent-li satisfer ben bé les necessitats de regulació de tensió rural.
2.1 Principi d'establiment de la tensió de canvi de preseles del regulador de tensió
Degut a les fluctuacions de càrrega, la tensió al final de la línia canviarà. Per a diferents caigudes de tensió, cal ajustar la configuració de preseles del regulador de tensió. La Figura 1 representa una xarxa de transmissió elèctrica rural típica. Aquí, la longitud de la línia es configura com L km, i la potència al final de la línia es configura com S = P + jQ MVA.
Requisits per al canvi de preseles: Assegurar que la tensió al final de la línia varii dins d'un rang del 7%; generalment, no es permet saltar preseles; el nombre de canvis de preseles hauria de ser el més baix possible.
Assumim que la relació de transformació és K, la tensió al principi de la línia és U0, la tensió al final de la línia és U1, la tensió d'entrada del regulador de tensió és Uin, i la tensió de sortida és Uout, amb Uout = KUin.
Segons el model, la següent equació es compleix: U1 = Uout - ΔU1.
On ΔU1 és la caiguda de tensió des del punt d'instal·lació del regulador de tensió fins al final de la línia, i x és la distància des del punt d'instal·lació del regulador de tensió fins al principi de la línia. Segons això:
(U0 - Uin) és la caiguda de tensió des del principi de la línia fins al punt d'instal·lació. α = U0/Uout és la relació de nivell de tensió de la línia abans i després del punt d'instal·lació del regulador de tensió. Sigui (L - x)/x = K1, i substituint-ho, obtenim:
Dintre d'això, la tensió U1 al final de la línia ha de complir la condició de restricció 9,7 < U1 < 10,7. Substituint-ho a la fórmula anterior, es pot obtenir el rang de Uin sota la condició que K és conegut. Tanmateix, evidentment, degut a l'existència de U0/Uout, cal resoldre una equació quadràtica d'una variable, i hi haurà el problema de les arrels espúries. L'article simplifica aquesta equació.
Per a l'anàlisi de α = U0/Uout, Uout i U1 tenen la mateixa tendència creixent o decreixent. U0 és constant, així que α = U0/Uout, Uout és inversament proporcional a U1. També es pot analitzar que quan U1 = 9,3, α ≈ 1; i quan U1 = 10,7, α és lleugerament inferior a 1. Per tant, l'equació de restricció es pot escriure com:
És a dir:
2.2 Exemple de configuració
Com es pot veure de la Fórmula (5), en realitat, l'establiment de l'acció de canvi de preseles només està relacionat amb la tensió d'entrada Uin del regulador de tensió i la relació Kt de la distància des del punt d'instal·lació del regulador de tensió a la longitud de la línia. No cal mesurar la càrrega real al final de la línia, el que simplifica molt la dificultat de l'enginyeria real.
Prenguem com a exemple una certa línia de transmissió real. Encara utilitzem el model mostrat a la Figura 1. La longitud de la línia de transmissió és de 20 km. El regulador de tensió normalment s'instal·la a mig camí de la línia. Aquí, la distància des del principi de la línia es pren com x = 9 km, i Kt = 11/9. Substituint a la Fórmula (5), podem obtenir:
Per a una determinada posició de preseles, el rang de tensió d'entrada que satisfà els requisits de qualitat de l'energia al final té límits superior i inferior, que són les tensions d'operació (tensions de canvi) per a aquella presele. Cada presele té la seva tensió d'operació corresponent, i aquesta relació es pot veure de manera més intuïtiva en l'eix numèric.
Dintre d'això, la Presele 1 no s'utilitza perquè, en condicions normals, la tensió d'entrada no superarà el límit superior d'aquella presele. La Presele 1 es pot utilitzar com a condició operativa especial, com ara l'operació tolerante a fallades durant un curtcircuí de terra monofàsic. A continuació, es descriuen les condicions de commutació quan la presele arriba a la tensió d'acció:
Cal tenir en compte que quan es fa un canvi de preseles cap avall des de la Presele 4, es passa directament a la Presele 2. Això és perquè els límits inferiors d'acció de la Presele 3 i la Presele 4 estan relativament a prop. Si la tensió canvia molt, després de passar de la Presele 4 a la Presele 3, pot ser necessari passar immediatament a la Presele 2, el que augmenta el nombre d'accions. Per tant, per reduir el nombre d'accions, es permet el canvi de preseles creuat.
3 Disseny del controlador de canvi de preseles
Actualment, el mètode de canvi de preseles més adoptat és utilitzar un motor per moure la lampa de canvi de preseles. No obstant això, com assegurar la rotació ràpida i precisa del motor sempre ha estat un problema. Per aconseguir un millor efecte de control, aquest article adopta un sistema de control de tiristors.
3.1 Principi de control de tiristors
Els tiristors es poden utilitzar per realitzar el control de circuits d'alta potència amb corrents febles. El regulador de tensió de cabtec utilitza 7 parells de tiristors bidireccionals per controlar les preseles, com es mostra a la Figura 2. Cada parell de tiristors està connectat a diferents bobines del transformador, així que correspon a diferents relacions de transformació.
3.2 Disseny del controlador de canvi de preseles de microcontrolador monopilota
El control de tiristors bidireccionals només requereix la conducció de tensió des de circuits porta TTL i es pot connectar directament al port de sortida del microcontrolador monopilota. Per a estalviar ports de sortida, només s'utilitzen 3 ports, i es connecta un descodificador extern 3-8 per a controlar 7 posicions de preseles, com es mostra a la Figura 3.
4 Disseny del sistema de control intel·ligent
Per a un regulador de tensió amb un microcontrolador, tenir només la funció de regulació de tensió automàtica no és suficient, i tampoc no s'utilitza plenament el rendiment del microcontrolador monopilota. Un sistema de control complet, com es mostra a la Figura 4, també inclou entrada de teclat, circuit de visualització, comunicació sense fil, rellotge extern, emmagatzematge extern i protecció de fallades.
La entrada de teclat permet l'ajust del programa, la comunicació sense fil permet el monitoratge en temps real de l'operació del regulador de tensió. El rellotge extern assegura el registre de temps durant la fallo de poder del microcontrolador monopilota. L'emmagatzematge extern emmagatzema de forma segura masses de dades d'operació del sistema per a futurs estudis. La protecció de fallades fa que el microcontrolador monopilota entri en un mode d'operació especial en condicions anòmalos per a complir les tasques de transmissió, protegeix-lo de daus en cas de fallades, i col·labora amb dispositius de protecció per relés per protegir les línies de transmissió.
5 Conclusió
A través de la construcció d'un model de línia de transmissió i el càlcul de flux de càrrega, s'han determinat les regles d'establiment de la tensió d'acció de canvi de preseles del regulador de tensió. Per al control de preseles del transformador, el control mecànic tradicional s'ha reemplaçat per un control més convenient i ràpid de tiristors, caracteritzat per un disseny simple i un bon efecte de control. El regulador automàtic de tensió de cabtec té un ample rang de regulació de tensió, assegurant eficientment la qualitat de tensió de les línies de transmissió.
