¿Cuáles son los aspectos de diseño y aplicación del regulador automático de voltaje de alimentación de 10KV?
Después del proyecto de renovación de la red eléctrica rural, la red de distribución rural ha experimentado una mejora considerable. Sin embargo, debido a limitaciones como el terreno, el paisaje y la escala de la inversión, la disposición no es óptima. Como resultado, el radio de suministro de algunas líneas de transmisión de 10 kV supera el rango razonable. Con los cambios de estaciones y entre el día y la noche, hay fluctuaciones significativas de voltaje, lo que lleva a problemas como una calidad de energía subestándar y pérdidas de línea relativamente altas, lo cual afecta seriamente la vida y la producción de los agricultores. Por lo tanto, este artículo diseña un nuevo tipo de dispositivo de regulación de voltaje: el regulador automático de voltaje de alimentación.
1 Principio de funcionamiento del regulador de voltaje
Un regulador de voltaje automático es un dispositivo que rastrea automáticamente los cambios en el voltaje de entrada para garantizar un voltaje de salida estable. Puede usarse ampliamente en sistemas de suministro de 6 kV, 10 kV y 35 kV, y puede ajustar automáticamente el voltaje de entrada dentro de un rango del 20%. Instalar el dispositivo a 1/2 o 2/3 de la distancia desde el inicio de la línea puede garantizar la calidad de voltaje de la línea.
Para las subestaciones donde el transformador principal no tiene capacidad de regulación de voltaje bajo carga, el regulador de voltaje automático también se puede instalar en el lado de salida de la línea del transformador principal de la subestación para lograr la regulación de voltaje bajo carga. Hay varios tomas en el lado secundario del transformador. Al usar un microcontrolador para controlar el encendido y apagado de los tiristores, se proporcionan diferentes niveles de regulación de voltaje, logrando así el propósito de la regulación de voltaje de la alimentación.
2 Configuración del voltaje de cambio de toma del regulador de voltaje
El regulador de voltaje de alimentación puede ajustar las tomas según diferentes condiciones de carga y cambiar la relación de transformación basándose en el voltaje de la línea para lograr la regulación de voltaje. Tiene 7 tomas y un rango de regulación de voltaje del 30%, lo que le permite satisfacer bien los requisitos de regulación de voltaje rural.
2.1 Principio de configuración del voltaje de cambio de toma del regulador de voltaje
Debido a las fluctuaciones de la carga, el voltaje al final de la línea cambiará. Para diferentes caídas de voltaje, es necesario ajustar la configuración de las tomas del regulador de voltaje. La figura 1 muestra una red de transmisión de energía rural típica. Aquí, la longitud de la línea se establece como L km, y la potencia al final de la línea se establece como S = P + jQ MVA.
Requisitos para el cambio de marcha: Asegurar que el voltaje al final de la línea varíe dentro de un rango del 7%; generalmente, no se permite saltar tomas; el número de cambios de toma debe ser lo más bajo posible.
Supongamos que la relación de transformación es K, el voltaje al inicio de la línea es U0, el voltaje al final de la línea es U1, el voltaje de entrada del regulador de voltaje es Uin y el voltaje de salida es Uout, con Uout = KUin. Según el modelo, la siguiente ecuación se mantiene: U1 = Uout - ΔU1.
Donde ΔU1 es la caída de voltaje desde el punto de instalación del regulador de voltaje hasta el final de la línea, y x es la distancia desde el punto de instalación del regulador de voltaje hasta el inicio de la línea. Se deduce que:
(U0 - Uin) es la caída de voltaje desde el inicio de la línea hasta el punto de instalación. α = U0/Uout es la relación de nivel de voltaje de la línea antes y después del punto de instalación del regulador de voltaje. Dejemos (L - x)/x = K1, y sustituyéndolo, obtenemos:
Entre ellos, el voltaje U1 al final de la línea necesita satisfacer la condición de restricción 9.7 < U1 < 10.7. Sustituyéndolo en la fórmula anterior, se puede obtener el rango de Uin bajo la condición de que K es conocido. Sin embargo, obviamente, debido a la existencia de U0/Uout, es necesario resolver una ecuación cuadrática de una variable, y habrá el problema de raíces espurias. El artículo simplifica esta ecuación.
Para el análisis de α = U0/Uout, Uout y U1 tienen la misma tendencia de aumento o disminución. U0 es una constante, por lo que α = U0/Uout, Uout es inversamente proporcional a U1. También se puede analizar que cuando U1 = 9.3, α ≈ 1; y cuando U1 = 10.7, α es ligeramente menor que 1. Por lo tanto, la ecuación de restricción se puede escribir como:
Eso es:
2.2 Ejemplo de configuración
Como se puede ver de la Fórmula (5), en realidad, la configuración de la acción de cambio de toma solo se relaciona con el voltaje de entrada Uin del regulador de voltaje y la relación Kt de la distancia desde el punto de instalación del regulador de voltaje hasta la longitud de la línea. No es necesario medir la carga real al final de la línea, lo que simplifica enormemente la dificultad de la ingeniería real.
Tomemos como ejemplo una línea de transmisión real. Sigamos usando el modelo mostrado en la Figura 1. La longitud de la línea de transmisión es de 20 km. El regulador de voltaje generalmente se instala en el medio de la línea. Aquí, la distancia desde el inicio de la línea se toma como x = 9 km, y Kt = 11/9. Sustituyendo en la Fórmula (5), podemos obtener:
Para una posición de toma determinada, el rango de voltaje de entrada que satisface los requisitos de calidad de la energía eléctrica al final tiene límites superior e inferior, que son los voltajes de operación (voltajes de cambio) para esa toma. Cada toma tiene su correspondiente voltaje de operación, y esta relación se puede ver de manera más intuitiva en el eje numérico.
Entre ellas, la Toma 1 no se usa porque, en condiciones normales, el voltaje de entrada no superará el límite superior de esta toma. La Toma 1 se puede usar como una condición de operación especial, como la operación tolerante a fallas durante un cortocircuito a tierra monofásico. A continuación se describen las condiciones de conmutación cuando la toma alcanza el voltaje de acción:
Es importante tener en cuenta que al bajar de la toma 4, se baja directamente a la toma 2. Esto se debe a que los límites inferiores de acción de las tomas 3 y 4 están bastante cerca. Si el voltaje cambia mucho, después de bajar de la toma 4 a la toma 3, puede ser necesario bajar inmediatamente a la toma 2, lo que aumenta el número de acciones. Por lo tanto, para reducir el número de acciones, se permite el cambio de tomas cruzadas.
3 Diseño del controlador de cambio de tomas
Actualmente, el método de cambio de tomas comúnmente adoptado es usar un motor para mover la hoja del interruptor de tomas. Sin embargo, cómo asegurar la rotación rápida y precisa del motor siempre ha sido un problema. Para lograr un mejor efecto de control, este artículo adopta un sistema de control de tiristores.
3.1 Principio de control de tiristores
Los tiristores se pueden usar para controlar circuitos de alta potencia con corrientes débiles. El regulador de voltaje de alimentación utiliza 7 pares de tiristores bidireccionales para controlar las tomas, como se muestra en la Figura 2. Cada par de tiristores está conectado a diferentes bobinas del transformador, correspondiendo a diferentes relaciones de transformación.
3.2 Diseño del controlador de cambio de tomas de microcontrolador único
El control de los tiristores bidireccionales solo requiere conducción de voltaje de los circuitos de puertas TTL y se puede conectar directamente al puerto de salida del microcontrolador. Para ahorrar puertos de salida, solo se utilizan 3 puertos, y se conecta un decodificador externo de 3 a 8 para controlar 7 posiciones de tomas, como se muestra en la Figura 3.
4 Diseño del sistema de control inteligente
Para un regulador de voltaje con un chip de control, solo tener la función de regulación de voltaje automática es insuficiente, y tampoco aprovecha plenamente el rendimiento del microcontrolador. Un sistema de control completo, como se muestra en la Figura 4, también incluye entrada de teclado, circuito de visualización, comunicación inalámbrica, reloj externo, almacenamiento externo y protección contra fallos.
La entrada de teclado permite el ajuste del programa, la comunicación inalámbrica permite el monitoreo en tiempo real de la operación del regulador de voltaje. El reloj externo asegura el registro de tiempo durante la falla de alimentación del microcontrolador. El almacenamiento externo guarda de forma segura grandes cantidades de datos de operación del sistema para futuras investigaciones. La protección contra fallos hace que el microcontrolador entre en un modo de operación especial en condiciones anormales para cumplir con las tareas de transmisión de energía, protegiéndolo de daños en caso de fallos, y cooperando con dispositivos de protección por relés para salvaguardar las líneas de transmisión.
5 Conclusión
A través de la construcción de un modelo de línea de transmisión y el cálculo de flujo de carga, se determinan las reglas de configuración para el voltaje de acción de toma del regulador de voltaje. Para el control de tomas del transformador, el control mecánico tradicional se reemplaza con un control de tiristores más conveniente y rápido, caracterizado por un diseño simple y un buen efecto de control. El regulador automático de voltaje de alimentación tiene un amplio rango de regulación de voltaje, garantizando eficazmente la calidad de voltaje de las líneas de transmisión.
