Jakie są aspekty projektowe i aplikacyjne automatycznego regulatora napięcia dla pasywnego wiodącego 10kV

Po zakończeniu projektu modernizacji wiejskiej sieci energetycznej sieć dystrybucyjna na wsi uległa znacznym poprawom. Jednak ze względu na ograniczenia takie jak teren, krajobraz i skala inwestycji, układ nie jest optymalny. W rezultacie promień zasilania niektórych linii przesyłowych 10 kV przekracza rozsądny zakres. Zmiany pór roku oraz dnia i nocy powodują istotne wahania napięcia, co prowadzi do problemów takich jak niesatysfakcjonująca jakość energii elektrycznej i stosunkowo wysokie straty w liniach, które poważnie wpływają na życie i produkcję rolników. Dlatego niniejszy artykuł zaprojektował nowoczesne urządzenie regulacji napięcia: automatyczny regulator napięcia linii.

1. Zasada działania regulatora napięcia

Automatyczny regulator napięcia to urządzenie, które automatycznie śledzi zmiany napięcia wejściowego, aby zapewnić stabilne napięcie wyjściowe. Może być szeroko stosowany w systemach zasilania 6 kV, 10 kV i 35 kV, i może automatycznie dostosowywać napięcie wejściowe w zakresie 20%. Instalacja urządzenia w odległości 1/2 lub 2/3 długości linii od początku linii może zagwarantować jakość napięcia na linii.

Dla podstacji, w których główny transformator nie ma możliwości regulacji napięcia pod obciążeniem, automatyczny regulator napięcia może również być instalowany po stronie linii wychodzącej głównego transformatora podstacji, aby osiągnąć regulację napięcia pod obciążeniem. Na stronie wtórnej transformatora znajduje się kilka zacisków. Używając mikrokomputera jednoukładowego do sterowania przełączaniem tirystronów, zapewniamy różne poziomy regulacji napięcia, co umożliwia osiągnięcie celu regulacji napięcia linii.

2. Ustawienie napięcia akcji zmiany zacisków regulatora napięcia

Regulator napięcia linii może dostosowywać zaciski w zależności od różnych warunków obciążenia i zmieniać współczynnik transformacji na podstawie napięcia linii, aby osiągnąć regulację napięcia. Ma 7 zacisków i zakres regulacji napięcia wynoszący 30%, co pozwala mu dobrze spełniać wymagania dotyczące regulacji napięcia na wsi.

2.1. Zasada ustawienia napięcia zmiany zacisków regulatora napięcia

Ze względu na fluktuacje obciążeń, napięcie na końcu linii będzie się zmieniać. Dla różnych spadków napięcia konieczne jest dostosowanie ustawień zacisków regulatora napięcia. Rysunek 1 przedstawia typową wiejską sieć przesyłową. Tu, długość linii jest ustawiona na L km, a moc na końcu linii jest ustawiona na S = P + jQ MVA.

Wymagania dotyczące zmiany zacisków: Zapewnij, aby napięcie na końcu linii zmieniało się w zakresie 7%; ogólnie nie są dozwolone pomijanie zacisków; liczba zmian zacisków powinna być jak najmniejsza.

Założmy, że współczynnik transformacji wynosi K, napięcie na początku linii to U₀, napięcie na końcu linii to U₁, napięcie wejściowe regulatora napięcia to U_in, a napięcie wyjściowe to U_out, przy czym U_out = K * U_in.

Według modelu, następujące równanie jest prawdziwe: U₁ = U_out - ΔU₁.

Gdzie ΔU₁ to spadek napięcia od punktu montażu regulatora napięcia do końca linii, a x to odległość od punktu montażu regulatora napięcia do początku linii. Wynika stąd, że:

(U₀ - U_in) to spadek napięcia od początku linii do punktu montażu. α = U₀/U_out to stosunek poziomu napięcia linii przed i po punkcie montażu regulatora napięcia. Niech (L - x)/x = K₁, podstawiając, otrzymujemy:

Napięcie U₁ na końcu linii musi spełniać warunek 9.7 < U₁ < 10.7. Podstawiając to do powyższego wzoru, można uzyskać zakres U_in przy znanym K. Jednak, ze względu na istnienie U₀/U_out, trzeba rozwiązać równanie kwadratowe jednej zmiennej, co prowadzi do problemu fałszywych pierwiastków. Artykuł upraszcza to równanie.

Dla analizy α = U₀/U_out, U_out i U₁ mają ten sam trend wzrostu lub spadku. U₀ jest stałe, więc α = U₀/U_out, U_out jest odwrotnie proporcjonalne do U₁. Można też zauważyć, że gdy U₁ = 9.3, α ≈ 1; a gdy U₁ = 10.7, α jest nieco mniejsze niż 1. Stąd, równanie ograniczające można zapisać jako:

Czyli:

2.2. Przykład ustawienia

Jak widać z wzoru (5), ustawienie akcji zmiany zacisków zależy tylko od napięcia wejściowego U_in regulatora napięcia i stosunku K_t odległości od punktu montażu regulatora napięcia do długości linii. Nie ma potrzeby mierzenia rzeczywistego obciążenia na końcu linii, co znacznie upraszcza trudność rzeczywistej inżynierii.

Weźmy za przykład pewną rzeczywistą linię przesyłową. Nadal używamy modelu pokazanego na Rysunku 1. Długość linii przesyłowej wynosi 20 km. Regulator napięcia jest zazwyczaj montowany w środku linii. Tutaj, odległość od początku linii wynosi x = 9 km, a K_t = 11/9. Podstawiając do wzoru (5), otrzymujemy:

Dla określonego zacisku, zakres napięcia wejściowego spełniający wymagania jakości energii elektrycznej na końcu ma górne i dolne granice, które są napięciami roboczymi (napięciami zmiany zacisków) dla tego zacisku. Każdy zacisk ma swoje odpowiadające mu napięcie robocze, a ta relacja może być bardziej intuicyjnie zobrazowana na osi liczbowej.

Zacisk 1 nie jest używany, ponieważ w normalnych warunkach napięcie wejściowe nie przekroczy górnej granicy tego zacisku. Zacisk 1 może być używany w specjalnych warunkach pracy, takich jak tolerancyjna praca podczas jednofazowego zwarcia na ziemię. Poniżej opisano warunki przełączania, gdy zacisk osiąga napięcie akcji:

Warto zauważyć, że podczas przełączania w dół z zacisku 4, przełącza się bezpośrednio do zacisku 2. Jest to spowodowane tym, że dolne granice napięcia akcji zacisków 3 i 4 są stosunkowo bliskie. Jeśli napięcie zmieni się znacznie, po przełączeniu w dół z zacisku 4 do zacisku 3, może być konieczne natychmiastowe przełączenie do zacisku 2, co zwiększa liczbę działań. Dlatego, aby zmniejszyć liczbę działań, dozwolone jest przełączanie między zaciskami.

3. Projekt sterownika zmiany zacisków

Obecnie powszechnie stosowaną metodą zmiany zacisków jest użycie silnika do napędzania ruchu łopatki przełącznika zacisków. Jednak problemem zawsze było zapewnienie szybkiego i precyzyjnego obrotu silnika. Aby osiągnąć lepszy efekt sterowania, w tym artykule stosuje się system sterowania tirystorami.

3.1. Zasada sterowania tirystorami

Tirystory mogą być używane do sterowania obwodami o dużej mocy przy użyciu słabych prądów. Automatyczny regulator napięcia linii używa 7 par dwustronnych tirystorów do sterowania zaciskami, jak pokazano na Rysunku 2. Każda para tirystorów jest podłączona do różnych cewek transformatora, co odpowiada różnym współczynnikom transformacji.

3.2. Projekt sterownika zmiany zacisków z mikrokomputerem jednoukładowym

Sterowanie dwustronnymi tirystorami wymaga tylko napędu napięciowego z obwodów bramkowych TTL i może być bezpośrednio podłączone do portu wyjściowego mikrokomputera jednoukładowego. Aby oszczędzić porty wyjściowe, używane są tylko 3 porty, a zewnętrzny dekoder 3-8 jest podłączony do sterowania 7 pozycjami zacisków, jak pokazano na Rysunku 3.

4. Projekt inteligentnego systemu sterowania

Dla regulatora napięcia z chipem kontrolnym, posiadanie tylko funkcji automatycznej regulacji napięcia jest niewystarczające i nie pozwala pełni wykorzystać możliwości mikrokomputera jednoukładowego. Kompleksowy system sterujący, jak pokazano na Rysunku 4, obejmuje również wprowadzanie danych z klawiatury, obwód wyświetlania, komunikację bezprzewodową, zewnętrzny zegar, zewnętrzne pamięci i ochronę przed awariami.

Wprowadzanie danych z klawiatury umożliwia dostosowywanie programu, komunikacja bezprzewodowa pozwala na monitorowanie w czasie rzeczywistym pracy regulatora napięcia. Zewnętrzny zegar zapewnia rejestrowanie czasu podczas awarii zasilania mikrokomputera jednoukładowego. Zewnętrzne pamięci bezpiecznie przechowują ogromne ilości danych operacyjnych systemu do przyszłych badań. Ochrona przed awariami pozwala mikrokomputerowi jednoukładowemu wejść w specjalny tryb pracy w przypadku nietypowych warunków, aby spełniać zadania przesyłowe, chronić go przed uszkodzeniami podczas awarii i współpracować z urządzeniami ochrony przekaźników, aby zabezpieczyć linie przesyłowe.

5. Wnioski

Poprzez budowę modelu linii przesyłowej i przeprowadzenie obliczeń przepływu obciążenia, ustalono zasady ustawienia napięcia akcji zmiany zacisków regulatora napięcia. Dla kontroli zacisków transformatora, tradycyjne sterowanie mechaniczne zostało zastąpione bardziej wygodnym i szybszym sterowaniem tirystorami, charakteryzującym się prostym projektem i dobrym efektem sterowania. Automatyczny regulator napięcia linii ma szeroki zakres regulacji napięcia, skutecznie gwarantując jakość napięcia linii przesyłowych.