10KV給電線自動電圧調整器の設計および応用面は何ですか
農村電網改造プロジェクトの後、農村配電網は大幅な改善を見た。しかし、地形、景観、投資規模などの制約により、レイアウトは最適とは言えない。そのため、一部の10kV送電線の供給半径が合理的な範囲を超える場合がある。季節や昼夜の変化により、著しい電圧変動が発生し、電力品質が基準を満たさない、線路損失が比較的高いなどの問題が生じ、農民の生活と生産に深刻な影響を与える。したがって、本論文では新型の電圧調整装置：フィーダ自動電圧調整器を設計する。
1 電圧調整器の動作原理
自動電圧調整器は、入力電圧の変化を自動的に追跡して安定した出力電圧を確保する装置である。6kV、10kV、35kVの供給システムで広く使用でき、入力電圧を20%の範囲内で自動的に調整できる。ラインの始点から1/2または2/3の距離にこの装置を設置することで、ラインの電圧品質を確保できる。
主変圧器に負荷電圧調整機能がない変電所では、自動電圧調整器を変電所の主変圧器の出力側に設置することで、負荷電圧調整を実現することもできる。変圧器の二次側にはいくつかのタップがあり、マイクロコンピュータを使用してスイッチング素子のオン・オフを制御することで、異なるレベルの電圧調整が可能となり、フィーダ電圧調整の目的を達成する。
2 電圧調整器のタップ切換動作電圧の設定
フィーダ電圧調整器は、異なる負荷条件に応じてタップを調整し、ライン電圧に基づいて変比を変更することで電圧調整を行うことができる。7つのタップと30%の電圧調整範囲があり、農村の電圧調整要件を十分に満たすことができる。
2.1 電圧調整器のタップ切換電圧の設定原理
負荷の変動により、ラインの末端での電圧が変化する。異なる電圧降下に対しては、電圧調整器のタップ設定を調整する必要がある。図1は典型的な農村送電網を示している。ここでは、ライン長をL km、ラインの末端での電力をS = P + jQ MVAとして設定する。
ギアシフトの要件：ラインの末端での電圧が7%の範囲内で変動することを確認する；通常、ギアスキップは許可されない；ギアシフトの回数は可能な限り少なくする。
変比をK、ラインの始点での電圧をU0、ラインの末端での電圧をU1、電圧調整器の入力電圧をUin、出力電圧をUoutとすると、Uout = K Uinとなる。
モデルに基づき、以下の式が成り立つ：U1=Uout−ΔU1.
ここで Δ U1 は、電圧調整器の設置点からラインの末端までの電圧降下であり、x は電圧調整器の設置点からラインの始点までの距離である。従って、以下のようになる：
(U0 - Uin) は、ラインの始点から設置点までの電圧降下である。α = U0/Uout は、電圧調整器の設置点前後のライン電圧レベル比である。 (L - x)/x = K1 とし、これを代入すると次のようになる：
ここで、ラインの末端での電圧U1は9.7 < U1 < 10.7の制約条件を満たす必要がある。これを上記の式に代入すると、Kが既知の場合のUinの範囲を得ることができる。しかし、U0/Uoutの存在により、1変数の2次方程式を解かなければならないため、偽根の問題が生じる。本論文ではこの式を簡略化する。
α = U0/Uoutの解析では、UoutとU1は同じ増減傾向を持つ。U0は定数なので、α = U0/Uout、UoutはU1と逆比例する。また、U1 = 9.3のとき、α ≈ 1；そしてU1 = 10.7のとき、αはわずかに1未満となる。したがって、制約式は以下のようになる：
つまり：
2.2 設定例
式(5)からわかるように、実際にはギアシフト動作の設定は、電圧調整器の入力電圧Uinと、電圧調整器設置点からの距離比Ktに関連するのみである。ラインの末端での実際の負荷を測定する必要がないため、実際のエンジニアリングの難易度が大幅に軽減される。
ある実際の送電線を例にとって説明する。図1のモデルを使用する。送電線の長さは20kmであり、電圧調整器は通常ラインの中央に設置される。ここでは、ラインの始点からの距離をx = 9 kmとし、Kt = 11/9とする。これを式(5)に代入すると、以下のようになる：
特定のギア位置に対して、ラインの末端での電気エネルギー品質要件を満たす入力電圧範囲には上限と下限があり、これらがそのギアの動作電圧（シフト電圧）となる。各ギアには対応する動作電圧があり、この関係は数直線上でより直感的に見ることができる。
ギア1は通常使用されない。これは、通常の条件下では入力電圧がこのギアの上限を超えないためである。ギア1は単相接地短絡時の故障対応運転などの特殊な運転条件で使用できる。以下に、ギアが動作電圧に達したときの切り替え条件を示す：
ギア4からギア3へ下げる際に、直接ギア2へ下げる。これは、ギア3とギア4の下限が近いため、電圧変動が大きい場合、ギア4からギア3へ下げた後にすぐにギア2へ下げることが必要になり、動作回数が増えるためである。そのため、動作回数を減らすために、クロスギアシフトを許可する。
3 ギアシフトコントローラの設計
現在、一般的に採用されているギアシフト方法は、モーターを使用してギアスイッチブレードの動きを駆動することである。しかし、モーターの迅速かつ正確な回転を確保することは常に問題であった。より良い制御効果を達成するために、本論文ではスリッターコントロールシステムを採用する。
3.1 スリッター制御原理
スリッターは弱電流で高電力回路を制御することができる。フィーダ電圧調整器は7組の双方向スリッターを使用してギアを制御し、図2に示すように、各組のスリッターは変圧器の異なる巻線に接続され、異なる変比に対応する。
3.2 単チップマイクロコンピュータギアシフトコントローラの設計
双方向スリッターの制御にはTTLゲート回路からの電圧駆動が必要であり、単チップマイクロコンピュータの出力ポートに直接接続できる。出力ポートを節約するために、3つのポートのみを使用し、外部の3-8デコーダを接続して7つのギア位置の制御を駆動する。図3に示す。
4 知能制御システムの設計
制御チップを持つ電圧調整器では、自動電圧調整機能だけでは不十分であり、単チップマイクロコンピュータの性能を十分に活用できない。完全な制御システムは、図4に示すように、キーボード入力、表示回路、無線通信、外部クロック、外部ストレージ、故障保護を含む。
キーボード入力によりプログラム調整が可能、無線通信により電圧調整器の動作をリアルタイムで監視できる。外部クロックは、単チップマイクロコンピュータの停電時に時間を記録する。外部ストレージは大量のシステム動作データを安全に保存し、将来的な研究のために利用できる。故障保護により、異常状態下でも単チップマイクロコンピュータは特別な動作モードに入り、送電任務を達成し、故障による損傷から保護され、リレー保護装置と協調して送電線を保護する。
5 結論
送電線モデルの構築と負荷フロー計算を通じて、電圧調整器のギア動作電圧の設定規則が決定された。変圧器のタップ制御については、伝統的な機械制御をより便利で高速なスリッター制御に置き換え、シンプルな設計と良好な制御効果を達成した。フィーダ自動電圧調整器は広い電圧調整範囲を持ち、送電線の電圧品質を効果的に確保する。
