Quels sont les aspects de conception et d'application du régulateur de tension automatique pour alimentation 10KV ?

Après le projet de rénovation du réseau électrique rural, le réseau de distribution rural a connu une amélioration considérable. Cependant, en raison de contraintes telles que le terrain, le paysage et l'échelle des investissements, la disposition n'est pas optimale. Par conséquent, le rayon d'alimentation de certaines lignes de transmission à 10 kV dépasse la plage raisonnable. Avec les changements de saison et de jour et de nuit, il y a des fluctuations de tension importantes, ce qui entraîne des problèmes tels qu'une qualité de l'énergie insuffisante et des pertes de ligne relativement élevées, affectant sérieusement la vie et la production des agriculteurs. Ainsi, cet article conçoit un nouveau type de dispositif de régulation de tension : le régulateur automatique de tension de ligne.

1 Principe de fonctionnement du régulateur de tension

Un régulateur de tension automatique est un dispositif qui suit automatiquement les variations de la tension d'entrée pour assurer une tension de sortie stable. Il peut être largement utilisé dans les systèmes d'alimentation en électricité de 6 kV, 10 kV et 35 kV, et peut ajuster automatiquement la tension d'entrée dans une plage de 20 %. L'installation du dispositif à 1/2 ou 2/3 de la distance depuis le début de la ligne peut garantir la qualité de la tension sur la ligne.

Pour les postes où le transformateur principal ne dispose pas de la capacité de régulation de tension sous charge, le régulateur de tension automatique peut également être installé du côté de la ligne sortante du transformateur principal du poste pour réaliser la régulation de tension sous charge. Il y a plusieurs prises sur le côté secondaire du transformateur. En utilisant un microcontrôleur pour contrôler l'ouverture et la fermeture des thyristors, différents niveaux de régulation de tension sont fournis, permettant ainsi d'atteindre l'objectif de régulation de tension de ligne.

2 Réglage de la tension d'action de changement de prise du régulateur de tension

Le régulateur de tension de ligne peut ajuster les prises en fonction de différentes conditions de charge et modifier le rapport de transformation en fonction de la tension de ligne pour réaliser la régulation de tension. Il dispose de 7 prises et d'une plage de régulation de tension de 30 %, lui permettant de bien répondre aux besoins de régulation de tension rurale.

2.1 Principe de réglage de la tension de changement de prise du régulateur de tension

En raison des fluctuations de charge, la tension à l'extrémité de la ligne variera. Pour différentes chutes de tension, il est nécessaire d'ajuster les paramètres de prise du régulateur de tension. La figure 1 représente un réseau de transport d'électricité rural typique. Ici, la longueur de la ligne est fixée à L km, et la puissance à l'extrémité de la ligne est fixée à S = P + jQ MVA.

Exigences pour le changement de prise : Assurer que la tension à l'extrémité de la ligne varie dans une plage de 7 % ; généralement, le saut de prise n'est pas autorisé ; le nombre de changements de prise doit être aussi faible que possible.

Supposons que le rapport de transformation soit K, la tension au début de la ligne soit U₀, la tension à l'extrémité de la ligne soit U₁, la tension d'entrée du régulateur de tension soit U_in, et la tension de sortie soit U_out, avec U_out = KU_in. Selon le modèle, l'équation suivante est valable : U₁ = U_out - ΔU₁.

Où ΔU₁ est la chute de tension du point d'installation du régulateur de tension jusqu'à l'extrémité de la ligne, et x est la distance du point d'installation du régulateur de tension jusqu'au début de la ligne. Il s'ensuit que :

(U₀ - U_in) est la chute de tension du début de la ligne jusqu'au point d'installation. α = U₀/U_out est le rapport de niveau de tension de la ligne avant et après le point d'installation du régulateur de tension. Soit (L - x)/x = K₁, et en substituant, nous obtenons :

Parmi eux, la tension U₁ à l'extrémité de la ligne doit satisfaire la condition de contrainte 9.7 < U₁ < 10.7. En la substituant dans la formule ci-dessus, on peut obtenir la plage de U_in lorsque K est connu. Cependant, évidemment, en raison de l'existence de U₀/U_out, il est nécessaire de résoudre une équation quadratique à une variable, et il y aura le problème de racines parasites. L'article simplifie cette équation.

Pour l'analyse de α = U₀/U_out, U_out et U₁ ont la même tendance croissante ou décroissante. U₀ est une constante, donc α = U₀/U_out, U_out est inversement proportionnel à U₁. On peut également analyser que lorsque U₁ = 9.3, α ≈ 1 ; et lorsque U₁ = 10.7, α est légèrement inférieur à 1. Par conséquent, l'équation de contrainte peut être écrite comme suit :

C'est-à-dire :

2.2 Exemple de réglage

Comme on peut le voir dans la formule (5), en fait, le réglage de l'action de changement de prise ne concerne que la tension d'entrée U_in du régulateur de tension et le rapport K_t de la distance du point d'installation du régulateur de tension à la longueur de la ligne. Il n'est pas nécessaire de mesurer la charge réelle à l'extrémité de la ligne, ce qui simplifie grandement la difficulté de l'ingénierie réelle.

Prenons une certaine ligne de transport réelle comme exemple. Utilisons toujours le modèle montré dans la figure 1. La longueur de la ligne de transport est de 20 km. Le régulateur de tension est généralement installé au milieu de la ligne. Ici, la distance du début de la ligne est prise comme x = 9 km, et K_t = 11/9. En substituant dans la formule (5), nous pouvons obtenir :

Pour une certaine position de prise, la plage de tension d'entrée qui satisfait les exigences de qualité de l'énergie électrique à l'extrémité a des limites supérieures et inférieures, qui sont les tensions de fonctionnement (tensions de changement) pour cette prise. Chaque prise a sa propre tension de fonctionnement, et cette relation peut être plus intuitivement vue sur l'axe numérique.

Parmi eux, la prise 1 n'est pas utilisée car, dans des conditions normales, la tension d'entrée n'excédera pas la limite supérieure de cette prise. La prise 1 peut être utilisée pour une condition de fonctionnement spéciale, telle que le fonctionnement tolérant aux pannes lors d'un court-circuit à la terre monophasé. Les conditions de commutation lorsqu'une prise atteint la tension d'action sont décrites ci-dessous :

Il convient de noter que lors de la descente de la prise 4, elle passe directement à la prise 2. Ceci est dû au fait que les limites inférieures d'action des prises 3 et 4 sont relativement proches. Si la tension change beaucoup, après la descente de la prise 4 à la prise 3, il peut être nécessaire de descendre immédiatement à la prise 2, ce qui augmente le nombre d'actions. Par conséquent, pour réduire le nombre d'actions, le changement de prise croisé est autorisé.

3 Conception du contrôleur de changement de prise

Actuellement, la méthode de changement de prise couramment adoptée est d'utiliser un moteur pour entraîner le mouvement de la lame de contact de la prise. Cependant, comment assurer la rotation rapide et précise du moteur a toujours été un problème. Pour obtenir un meilleur effet de contrôle, cet article adopte un système de contrôle par thyristors.

3.1 Principe de contrôle par thyristors

Les thyristors peuvent être utilisés pour réaliser le contrôle de circuits de forte puissance avec des courants faibles. Le régulateur de tension de ligne utilise 7 paires de thyristors bidirectionnels pour contrôler les prises, comme indiqué dans la figure 2. Chaque paire de thyristors est connectée à différents enroulements du transformateur, correspondant ainsi à différents rapports de transformation.

3.2 Conception du contrôleur de changement de prise à microcontrôleur unique

Le contrôle des thyristors bidirectionnels ne nécessite que l'entraînement de tension par des circuits de porte TTL et peut être directement connecté au port de sortie du microcontrôleur unique. Pour économiser les ports de sortie, seuls 3 ports sont utilisés, et un décodeur externe 3-à-8 est connecté pour piloter le contrôle de 7 positions de prise, comme indiqué dans la figure 3.

4 Conception du système de contrôle intelligent

Pour un régulateur de tension doté d'une puce de commande, avoir uniquement la fonction de régulation automatique de tension est insuffisant et ne permet pas de tirer pleinement parti des performances du microcontrôleur unique. Un système de commande complet, comme indiqué dans la figure 4, comprend également une entrée clavier, un circuit d'affichage, une communication sans fil, une horloge externe, un stockage externe et une protection contre les défauts.

L'entrée clavier permet l'ajustement du programme, la communication sans fil permet la surveillance en temps réel du fonctionnement du régulateur de tension. L'horloge externe assure l'enregistrement du temps en cas de panne de courant du microcontrôleur unique. Le stockage externe conserve en toute sécurité les données massives de fonctionnement du système pour des recherches futures. La protection contre les défauts fait entrer le microcontrôleur unique dans un mode de fonctionnement spécial en cas de conditions anormales pour satisfaire les tâches de transport d'énergie, protège contre les dommages en cas de défauts, et coopère avec les dispositifs de protection par relais pour protéger les lignes de transport.

5 Conclusion

En construisant un modèle de ligne de transport et en effectuant des calculs de flux de charge, les règles de réglage de la tension d'action des prises du régulateur de tension sont déterminées. Pour le contrôle des prises du transformateur, le contrôle mécanique traditionnel est remplacé par un contrôle plus pratique et plus rapide par thyristors, offrant une conception simple et un bon effet de contrôle. Le régulateur automatique de tension de ligne a une large plage de régulation de tension, assurant efficacement la qualité de la tension des lignes de transport.