Cal son os aspectos de deseño e aplicación do regulador automático de voltaxe de alimentación de 10KV
Despois do proxecto de renovación da rede eléctrica rural, a rede de distribución rural experimentou unha mellora considerable. No entanto, debido a restricións como o terreo, o paisaxe e a escala de investimento, a disposición non é óptima. Como resultado, o raio de abastecemento de algunhas liñas de transmisión de 10 kV supera o rango razoábel. Con os cambios das estacións e do día e a noite, hai fluctuacións significativas de tensión, que dan lugar a problemas como a calidade do fornecemento eléctrico subestándar e as perdas de liña relativamente altas, que afectan seriamente á vida e á produción dos agricultores. Así, este artigo diseña un novo dispositivo de rexulación de tensión: o rexulador automático de tensión de alimentación.
1 Principio de funcionamento do rexulador de tensión
Un rexulador automático de tensión é un dispositivo que rastrea automaticamente os cambios na tensión de entrada para garantir unha tensión de saída estable. Pode ser ampliamente utilizado en sistemas de fornecemento de 6 kV, 10 kV e 35 kV, e pode axustar automaticamente a tensión de entrada nun rango do 20%. A instalación do dispositivo a 1/2 ou 2/3 da distancia desde o inicio da liña pode asegurar a calidade de tensión da liña.
Para subestacións onde o transformador principal non ten capacidade de rexulación de tensión baixo carga, o rexulador automático de tensión tamén pode instalarse no lado da liña de salida do transformador principal da subestación para lograr a rexulación de tensión baixo carga. Hai varios tomas no lado secundario do transformador. Mediante o uso dun microcontrolador para controlar o encendido e apagado de tiristores, proporcionase diferentes niveis de rexulación de tensión, así logrando o obxectivo de rexulación de tensión de alimentación.
2 Configuración da tensión de acción de cambio de tomas do rexulador de tensión
O rexulador de tensión de alimentación pode axustar as tomas segundo diferentes condicións de carga e cambiar a relación de transformación baseándose na tensión da liña para lograr a rexulación de tensión. Ten 7 tomas e un rango de rexulación de tensión do 30%, permitíndolle satisfacer adequadamente as necesidades de rexulación de tensión rural.
2.1 Principio de configuración da tensión de cambio de tomas do rexulador de tensión
Debido ás fluctuacións de carga, a tensión no final da liña cambiará. Para diferentes caídas de tensión, é necesario axustar a configuración de tomas do rexulador de tensión. A figura 1 representa unha rede de transmisión de potencia rural típica. Aquí, a lonxitude da liña está establecida en L km, e a potencia no final da liña está establecida en S = P + jQ MVA.
Requisitos para o cambio de marchas: Asegurar que a tensión no final da liña varía nun rango do 7%; xeralmente, non se permite saltar marchas; o número de cambios de marchas debe ser o menor posible.
Supóñase que a relación de transformación é K, a tensión no inicio da liña é U0, a tensión no final da liña é U1, a tensión de entrada do rexulador de tensión é Uin, e a tensión de saída é Uout, con Uout = K * Uin. De acordo co modelo, a seguinte ecuación é válida: U1 = Uout - ΔU1.
Onde ΔU1 é a caída de tensión dende o punto de instalación do rexulador de tensión ata o final da liña, e x é a distancia dende o punto de instalación do rexulador de tensión ata o inicio da liña. Segúesese que:
(U0 - Uin) é a caída de tensión dende o inicio da liña ata o punto de instalación. α = U0/Uout é a relación de nivel de tensión da liña antes e despois do punto de instalación do rexulador de tensión. Sexa (L - x)/x = K1, e substituíndo, obtense:
Entre eles, a tensión U1 no final da liña necesita satisfacer a condición de restrición 9.7 < U1 < 10.7. Substituíndo na fórmula anterior, pódese obter o rango de Uin baixo a condición de que K é coñecido. No entanto, obviamente, debido á existencia de U0/Uout, é necesario resolver unha ecuación cuadrática dunha variable, e haverá o problema de raíces espurias. O artigo simplifica esta ecuación.
Para o análise de α = U0/Uout, Uout e U1 teñen a mesma tendencia de aumento ou diminución. U0 é unha constante, polo que α = U0/Uout, Uout é inversamente proporcional a U1. Tamén pode analizarse que cando U1 = 9.3, α ≈ 1; e cando U1 = 10.7, α é lixereiramente menor que 1. Polo tanto, a ecuación de restrición pode escribirse como:
É dicir:
2.2 Exemplo de configuración
Como se pode ver na fórmula (5), de feito, a configuración da acción de cambio de marchas só se relaciona coa tensión de entrada Uin do rexulador de tensión e coa relación Kt da distancia dende o punto de instalación do rexulador de tensión ata a lonxitude da liña. Non é necesario medir a carga real no final da liña, o que simplifica enormemente a dificultade da xinebra práctica.
Tómese unha liña de transmisión real como exemplo. Aínda utilízase o modelo mostrado na Figura 1. A lonxitude da liña de transmisión é de 20 km. O rexulador de tensión xeralmente instálase no medio da liña. Aquí, a distancia dende o inicio da liña é de x = 9 km, e Kt = 11/9. Substituíndo na fórmula (5), obtense:
Para unha posición de marcha determinada, o rango de tensión de entrada que satisfai os requisitos de calidade da enerxía eléctrica no final ten límites superior e inferior, que son as tensións de operación (tensións de cambio) para esa marcha. Cada marcha ten a súa correspondente tensión de operación, e esta relación pode verse máis intuitivamente no eixe numérico.
Entre eles, a Marcha 1 non se utiliza porque, en condicións normais, a tensión de entrada non superará o límite superior desta marcha. A Marcha 1 pode utilizarse como unha condición de operación especial, como a operación tolerante a fallos durante un curto circuito de terra monofásico. A continuación, describe as condicións de conmutación cando a marcha alcanza a tensión de acción:
Debe notarse que ao desprazarse dende a Marcha 4, desprázase directamente á Marcha 2. Isto é porque os límites inferiores de acción da Marcha 3 e da Marcha 4 están relativamente próximos. Se a tensión cambia significativamente, desprazándose dende a Marcha 4 á Marcha 3, pode ser necesario desprazarse inmediatamente á Marcha 2, aumentando o número de accións. Polo tanto, para reducir o número de accións, permítense cambios de marcha cruzados.
3 Diseño do controlador de cambio de marchas
Actualmente, o método de cambio de marchas comúnmente adoptado é usar un motor para mover a lâmina do interruptor de marchas. No entanto, como asegurar a rotación rápida e precisa do motor sempre foi un problema. Para lograr un mellor efecto de control, este artigo adopta un sistema de control de tiristores.
3.1 Principio de control de tiristores
Os tiristores poden usarse para realizar o control de circuitos de alta potencia con correntes débiles. O rexulador de tensión de alimentación usa 7 parellas de tiristores bidireccionais para controlar as marchas, como se mostra na Figura 2. Cada par de tiristores está conectado a diferentes devanados do transformador, así correspondendo a diferentes relacións de transformación.
3.2 Diseño do controlador de cambio de marchas de microcontrolador único
O control de tiristores bidireccionais só require a impulsión de voltaxe de circuitos de porta TTL e pode conectarse directamente ao porto de saída do microcontrolador único. Para ahorrar portos de saída, úsanse só 3 portos, e conectase un decodificador externo de 3 a 8 para controlar as 7 posicións de marchas, como se mostra na Figura 3.
4 Diseño do sistema de control intelixente
Para un rexulador de tensión con un chip de control, ter só a función de rexulación de tensión automática non é suficiente, e tamén non aproveita completamente o rendemento do microcontrolador único. Un sistema de control completo, como se mostra na Figura 4, tamén inclúe entrada por teclado, un circuito de visualización, comunicación inalámbrica, un reloxo externo, almacenamento externo e protección contra fallos.
A entrada por teclado permite o axuste do programa, a comunicación inalámbrica permite o monitorización en tempo real da operación do rexulador de tensión. O reloxo externo asegura o rexistro do tempo durante a interrupción de enerxía do microcontrolador único. O almacenamento externo almacena seguramente grandes cantidades de datos de operación do sistema para futuras investigacións. A protección contra fallos fai que o microcontrolador único entre nun modo de operación especial en condicións anormais para cumprir as tarefas de transmisión de enerxía, protégelo de danos en caso de fallos e coopera con dispositivos de protección por relés para salvaguardar as liñas de transmisión.
5 Conclusión
Ao construír un modelo de liña de transmisión e realizar cálculos de fluxo de carga, determináronse as regras de configuración da tensión de acción de cambio de marchas do rexulador de tensión. Para o control de tomas do transformador, o control mecánico tradicional substitúese polo control de tiristores máis conveniente e rápido, caracterizado por un deseño simple e un bo efecto de control. O rexulador automático de tensión de alimentación ten un amplo rango de rexulación de tensión, asegurando eficazmente a calidade de tensión das liñas de transmisión.
