Jaké jsou aspekty návrhu a použití automatického regulátoru napětí pro 10KV odvod

Po rekonstrukci venkovské elektrické sítě došlo k významnému zlepšení distribuční sítě. V důsledku omezení jako jsou terén, krajina a rozsah investic však rozvržení není optimální. Následkem toho přesahuje dodávací poloměr některých 10 kV přenosových linek rozumný rozsah. S měnícími se ročními obdobími a denním cyklem dochází k výrazným kolísáním napětí, což vedou k problémům jako je nedostatečná kvalita dodávané energie a relativně vysoké ztráty na lince, což závažně ovlivňuje životy a výrobu zemědělců. Tento článek tedy navrhuje nový typ napěťového regulátoru: automatický napěťový regulátor vedení.

1 Princip fungování napěťového regulátoru

Automatický napěťový regulátor je zařízení, které automaticky sleduje změny vstupního napětí, aby zajistilo stabilní výstupní napětí. Může být široce používán v přenosových systémech 6 kV, 10 kV a 35 kV a může automaticky upravovat vstupní napětí v rozsahu 20 %. Instalace zařízení na 1/2 nebo 2/3 vzdálenosti od začátku linky může zajistit kvalitu napětí na lince.

Pro transformátory, které nemají schopnost regulačního napětí pod zátěží, lze automatický napěťový regulátor také instalovat na straně výstupu hlavního transformátoru podstanice, aby bylo dosaženo regulačního napětí pod zátěží. Na sekundární straně transformátoru je několik zapojení. Použitím jednočipového mikropočítače k řízení zapnutí a vypnutí thyristorů se poskytují různé úrovně regulačního napětí, což umožňuje dosáhnout cíle regulačního napětí vedení.

2 Nastavení akčního napětí pro změnu zapojení napěťového regulátoru

Napěťový regulátor vedení může upravovat zapojení podle různých stavů zátěže a měnit poměr transformace na základě napětí na lince, aby dosáhl regulačního napětí. Má 7 zapojení a rozsah regulačního napětí 30 %, což umožňuje dobře splnit požadavky na regulační napětí v venkovské oblasti.

2.1 Princip nastavení akčního napětí pro změnu zapojení napěťového regulátoru

V důsledku kolísání zátěže se napětí na konci linky mění. Pro různé poklesy napětí je nutné upravit nastavení zapojení napěťového regulátoru. Obrázek 1 zobrazuje typickou venkovskou přenosovou síť. Zde je délka linky nastavena na L km a výkon na konci linky je nastaven na S = P + jQ MVA.

Požadavky na změnu zapojení: Zajistit, aby se napětí na konci linky pohybovalo v rozsahu 7 %; obecně není dovoleno přeskočit zapojení; počet změn zapojení by měl být co nejmenší.

Předpokládejme, že poměr transformace je K, napětí na začátku linky je U₀, napětí na konci linky je U₁, vstupní napětí napěťového regulátoru je U_in a výstupní napětí je U_out, kde U_out=KU_in.

Podle modelu platí následující rovnice: U₁=U_out−ΔU_1.

Kde Δ U₁ je pokles napětí od místa instalace napěťového regulátoru až po konec linky, a x je vzdálenost od místa instalace napěťového regulátoru k začátku linky. Platí tedy:

(U₀ - U_in) je pokles napětí od začátku linky k místu instalace.α = U₀/U_out je poměr napětí na lince před a po místu instalace napěťového regulátoru. Nechť (L−x)/x=K₁, a dosazením dostaneme:

Zde napětí U₁ na konci linky musí splňovat omezující podmínku 9.7 < U₁ < 10.7. Dosazením do výše uvedené rovnice lze získat rozsah U_in za podmínky, že K je známé. Nicméně, zřejmě v důsledku existence U₀/U_out, je třeba vyřešit kvadratickou rovnici s jednou neznámou, a vznikne problém s nepodstatnými kořeny. Článek zjednodušuje tuto rovnici.

Pro analýzu &alpha;=U₀/ U_out, U_out a U₁ mají stejný trend zvyšování nebo snižování. U₀ je konstanta, takže &alpha;=U₀/ U_out, U_out je nepřímo úměrné U₁. Také lze analyzovat, že když U₁ = 9.3, &alpha;&asymp;1; a když U1=10.7, &alpha; je mírně menší než 1. Proto lze omezující rovnici zapsat jako:

Tedy:

2.2 Příklad nastavení

Jak je vidět ze vzorce (5), ve skutečnosti se nastavení akčního napětí pro změnu zapojení týká pouze vstupního napětí U_in napěťového regulátoru a poměru K_t vzdálenosti od místa instalace napěťového regulátoru k délce linky. Nemusí se měřit skutečná zátěž na konci linky, což značně zjednodušuje obtížnost skutečného inženýrství.

Berme za příklad určitou skutečnou přenosovou linku. Stále použijeme model ukázaný na obrázku 1. Délka přenosové linky je 20 km. Napěťový regulátor je obvykle instalován uprostřed linky. Zde je vzdálenost od začátku linky x = 9, km, a K_t = 11/9. Dosazením do vzorce (5) získáme:

Pro určité zapojení má vstupní napětí, které splňuje požadavky na kvalitu elektrické energie na konci, horní a dolní mez, které jsou provozní napětí (akční napětí) pro toto zapojení. Každé zapojení má své odpovídající provozní napětí, a tento vztah lze lépe vizualizovat na číselné ose.

Mezi nimi není zapojení 1 použito, protože za normálních podmínek vstupní napětí nepřekročí horní mez tohoto zapojení. Zapojení 1 lze použít jako speciální provozní stav, například tolerantní provoz při jednofázovém zemském krátkém spojení. Níže jsou popsány podmínky přepínání, když zapojení dosáhne akčního napětí:

Je třeba poznamenat, že při přepínání z zapojení 4 se přepíná přímo na zapojení 2. To je proto, že dolní akční limity zapojení 3 a 4 jsou relativně blízko. Pokud se napětí velmi změní, po přepnutí z zapojení 4 na zapojení 3 by mohlo být nutné okamžitě přepnout na zapojení 2, což zvyšuje počet akcí. Proto, aby se snížil počet akcí, je dovoleno přepínání mezi zapojeními.

3 Návrh kontroléru pro změnu zapojení

V současné době se běžně používá metoda změny zapojení pomocí motoru, který pohání pohyb zapojovacího spínacího nože. Avšak jak zajistit rychlé a přesné otáčení motoru, byla vždy problém. Aby byl dosažen lepší kontrolní efekt, tento článek používá systém řízení thyristorem.

3.1 Princip řízení thyristorem

Thyristory lze použít k řízení vysokovýkonových obvodů slabými proudy. Napěťový regulátor vedení používá 7 párů obousměrných thyristorů k řízení zapojení, jak je znázorněno na obrázku 2. Každý pár thyristorů je připojen k různým vinutím transformátoru, což odpovídá různým poměrům transformace.

3.2 Návrh kontroléru pro změnu zapojení s jednočipovým mikropočítačem

Řízení obousměrných thyristorů vyžaduje pouze napěťové řízení od TTL brán a lze je přímo připojit k výstupnímu portu jednočipového mikropočítače. K ušetření výstupních portů se používají pouze 3 porty a externí dekodér 3-to-8, který ovládá řízení 7 zapojení, jak je znázorněno na obrázku 3.

4 Návrh inteligentního kontrolovacího systému

Pro napěťový regulátor s řídicím čipem není pouze funkce automatického řízení napětí dostatečná a nedokáže plně využít výkon jednočipového mikropočítače. Úplný kontrolní systém, jak je znázorněno na obrázku 4, zahrnuje také klávesovou vstup, displejový obvod, bezdrátovou komunikaci, externí hodiny, externí úložiště a ochranu před poruchami.

Klávesový vstup umožňuje úpravu programu, bezdrátová komunikace umožňuje reálné časové monitorování chodu napěťového regulátoru. Externí hodiny zajišťují záznam času během výpadku napájení jednočipového mikropočítače. Externí úložiště bezpečně ukládá obrovské množství dat o chodu systému pro budoucí výzkum. Ochrana před poruchami umožňuje, aby se jednočipový mikropočítač při neočekávaných situacích přesunul do speciálního provozního režimu, aby splnil úkoly přenosu energie, chránil jej před poškozením při poruchách a spolupracoval s reléovými ochrannými zařízeními k ochraně přenosových linek.

5 Závěr

Stavbou modelu přenosové linky a provedením výpočtů toku zátěže byly stanoveny pravidla pro nastavení akčního napětí pro změnu zapojení napěťového regulátoru. Pro řízení zapojení transformátoru bylo tradiční mechanické řízení nahrazeno pohodlnějším a rychlejším řízením thyristorem, které má jednoduchý návrh a dobrý kontrolní efekt. Automatický napěťový regulátor vedení má široký rozsah regulačního napětí a efektivně zajišťuje kvalitu napětí na přenosových linech.