Quali sono gli aspetti di progettazione e applicazione del regolatore automatico di tensione per linea 10KV?
Dopo il progetto di rinnovamento della rete elettrica rurale, la rete di distribuzione rurale ha visto un notevole miglioramento. Tuttavia, a causa di vincoli come terreno, paesaggio e scala di investimento, la disposizione non è ottimale. Di conseguenza, il raggio di fornitura di alcune linee di trasmissione a 10 kV supera l'intervallo ragionevole. Con i cambiamenti delle stagioni e del giorno e della notte, ci sono fluttuazioni significative di tensione, che portano a problemi come qualità dell'energia non conforme agli standard e perdite di linea relativamente alte, che influiscono seriamente sulla vita e sulla produzione dei contadini. Pertanto, questo articolo progetta un nuovo dispositivo di regolazione della tensione: il regolatore di tensione automatico per linee.
1 Principio di funzionamento del regolatore di tensione
Un regolatore di tensione automatico è un dispositivo che traccia automaticamente le variazioni della tensione in ingresso per garantire una tensione di uscita stabile. Può essere ampiamente utilizzato nei sistemi di alimentazione a 6 kV, 10 kV e 35 kV, e può regolare automaticamente la tensione in ingresso entro un intervallo del 20%. L'installazione del dispositivo a 1/2 o 2/3 della distanza dall'inizio della linea può garantire la qualità della tensione della linea.
Per le sottostazioni in cui il trasformatore principale non dispone di capacità di regolazione della tensione sotto carico, il regolatore di tensione automatico può essere installato anche sul lato in uscita del trasformatore principale della sottostazione per ottenere la regolazione della tensione sotto carico. Ci sono diverse prese sul lato secondario del trasformatore. Utilizzando un microcontrollore a chip singolo per controllare l'accensione e lo spegnimento dei tiristori, vengono forniti diversi livelli di regolazione della tensione, raggiungendo così lo scopo di regolare la tensione della linea.
2 Impostazione della tensione di azione del cambio di prese del regolatore di tensione
Il regolatore di tensione per linee può regolare le prese in base a diverse condizioni di carico e modificare il rapporto di trasformazione in base alla tensione della linea per ottenere la regolazione della tensione. Ha 7 prese e un intervallo di regolazione della tensione del 30%, consentendogli di soddisfare bene i requisiti di regolazione della tensione rurale.
2.1 Principio di impostazione della tensione di cambio di prese del regolatore di tensione
A causa delle fluttuazioni del carico, la tensione alla fine della linea cambierà. Per diverse cadute di tensione, è necessario regolare le impostazioni delle prese del regolatore di tensione. La figura 1 rappresenta una tipica rete di trasmissione elettrica rurale. Qui, la lunghezza della linea è impostata su L km, e la potenza alla fine della linea è impostata su S = P + jQ MVA.
Requisiti per il cambio di marcia: assicurarsi che la tensione alla fine della linea vari entro un intervallo del 7%; generalmente, non è consentito saltare le marce; il numero di cambi di marcia dovrebbe essere il più basso possibile.
Si supponga che il rapporto di trasformazione sia K, la tensione all'inizio della linea sia U0, la tensione alla fine della linea sia U1, la tensione in ingresso del regolatore di tensione sia Uin, e la tensione in uscita sia Uout, con Uout=KUin.
Secondo il modello, vale la seguente equazione:U1=Uout−ΔU1.
Dove Δ U1 è la caduta di tensione dal punto di installazione del regolatore di tensione alla fine della linea, e x è la distanza dal punto di installazione del regolatore di tensione all'inizio della linea. Ne segue che:
(U0 - Uin) è la caduta di tensione dall'inizio della linea al punto di installazione.α = U0/Uout è il rapporto del livello di tensione della linea prima e dopo il punto di installazione del regolatore di tensione. Sia (L−x)/x=K1, sostituendolo si ottiene:
Tra questi, la tensione U1 alla fine della linea deve soddisfare la condizione di vincolo 9.7 < U1 < 10.7. Sostituendola nella formula sopra, si può ottenere l'intervallo di Uin nella condizione in cui K è noto. Tuttavia, evidentemente, a causa dell'esistenza di U0/Uout, è necessario risolvere un'equazione quadratica di una variabile, e ci sarà il problema di radici spurie. Il documento semplifica questa equazione.
Per l'analisi di α=U0/ Uout, Uout e U1 hanno la stessa tendenza di aumento o diminuzione. U0 è costante, quindi α=U0/ Uout, Uout è inversamente proporzionale a U1. Si può anche analizzare che quando U1 = 9.3, α≈1; e quando U1=10.7,α è leggermente inferiore a 1. Quindi, l'equazione di vincolo può essere scritta come:
Cioè:
2.2 Esempio di impostazione
Come si può vedere dalla Formula (5), in effetti, l'impostazione dell'azione di cambio di marcia riguarda solo la tensione in ingresso Uin del regolatore di tensione e il rapporto Kt della distanza dal punto di installazione del regolatore di tensione alla lunghezza della linea. Non è necessario misurare il carico effettivo alla fine della linea, il che semplifica notevolmente la difficoltà dell'ingegneria reale.
Prendiamo come esempio una certa linea di trasmissione reale. Usiamo ancora il modello mostrato nella Figura 1. La lunghezza della linea di trasmissione è di 20 km. Il regolatore di tensione è solitamente installato a metà della linea. Qui, la distanza dall'inizio della linea viene presa come x = 9, km, e Kt = 11/9. Sostituendo nella Formula (5), possiamo ottenere:
Per una determinata posizione di marcia, l'intervallo di tensione in ingresso che soddisfa i requisiti di qualità dell'energia elettrica alla fine ha limiti superiori e inferiori, che sono le tensioni di funzionamento (tensioni di cambio) per quella marcia. Ogni marcia ha la sua corrispondente tensione di funzionamento, e questa relazione può essere vista in modo più intuitivo sull'asse numerico.
Tra queste, la Marcia 1 non viene utilizzata perché, in condizioni normali, la tensione in ingresso non supererà il limite superiore di questa marcia. La Marcia 1 può essere utilizzata come condizione di operazione speciale, ad esempio, durante l'operazione tollerante ai guasti in caso di cortocircuito a terra monofase. Di seguito vengono descritte le condizioni di commutazione quando la marcia raggiunge la tensione di azione:
Si noti che quando si scende dalla marcia 4, si scende direttamente alla marcia 2. Questo perché i limiti inferiori di azione della marcia 3 e della marcia 4 sono relativamente vicini. Se la tensione cambia molto, dopo essere scesi dalla marcia 4 alla marcia 3, potrebbe essere necessario scendere immediatamente alla marcia 2, il che aumenta il numero di azioni. Pertanto, per ridurre il numero di azioni, si consente il cambio di marcia a salto.
3 Progettazione del controllore di cambio di marcia
Attualmente, il metodo di cambio di marcia comunemente adottato è l'uso di un motore per far muovere la lama del cambio di marcia. Tuttavia, come garantire la rotazione rapida e precisa del motore è sempre stato un problema. Per ottenere un miglior effetto di controllo, questo articolo adotta un sistema di controllo a tiristori.
3.1 Principio di controllo dei tiristori
I tiristori possono essere utilizzati per realizzare il controllo di circuiti ad alta potenza con correnti deboli. Il regolatore di tensione per linee utilizza 7 coppie di tiristori bidirezionali per controllare le marce, come mostrato nella Figura 2. Ogni coppia di tiristori è collegata a diverse avvolgimenti del trasformatore, corrispondendo quindi a diversi rapporti di trasformazione.
3.2 Progettazione del controllore di cambio di marcia a microcontrollore a chip singolo
Il controllo dei tiristori bidirezionali richiede solo la pilotazione da circuiti a porte TTL e può essere collegato direttamente alla porta di uscita del microcontrollore a chip singolo. Per risparmiare porte di uscita, vengono utilizzate solo 3 porte, e viene collegato un decodificatore esterno 3-a-8 per pilotare il controllo di 7 posizioni di marcia, come mostrato nella Figura 3.
4 Progettazione del sistema di controllo intelligente
Per un regolatore di tensione dotato di un microchip di controllo, avere solo la funzione di regolazione automatica della tensione non è sufficiente, e non sfrutta appieno le prestazioni del microcontrollore a chip singolo. Un sistema di controllo completo, come mostrato nella Figura 4, include anche l'input da tastiera, un circuito di visualizzazione, la comunicazione wireless, un orologio esterno, una memoria esterna e la protezione dai guasti.
L'input da tastiera consente l'aggiustamento del programma, la comunicazione wireless permette il monitoraggio in tempo reale dell'operazione del regolatore di tensione. L'orologio esterno garantisce la registrazione del tempo durante il blackout del microcontrollore a chip singolo. La memoria esterna memorizza in sicurezza massicci dati di operazione del sistema per future ricerche. La protezione dai guasti fa entrare il microcontrollore a chip singolo in una modalità operativa speciale in condizioni anormali per soddisfare i compiti di trasmissione di energia, proteggendolo dai danni in caso di guasto e collaborando con i dispositivi di protezione a relè per salvaguardare le linee di trasmissione.
5 Conclusione
Costruendo un modello di linea di trasmissione e conducendo calcoli di flusso di carico, sono state determinate le regole di impostazione per la tensione di azione del cambio di marcia del regolatore di tensione. Per il controllo delle prese del trasformatore, il controllo meccanico tradizionale è stato sostituito con un controllo più comodo e veloce tramite tiristori, caratterizzato da un design semplice ed effetti di controllo ottimi. Il regolatore di tensione automatico per linee ha un ampio intervallo di regolazione della tensione, garantendo efficacemente la qualità della tensione delle linee di trasmissione.
