Koje su aspekte dizajna i primene automatizovanog regulatora napona za ishodnike na 10 kV?

Nakon projekta obnove ruralne mreže za snabdevanje električnom energijom, ruralna distributivna mreža je doživela značajne poboljšanja. Međutim, zbog ograničenja poput terena, krajobrazne konfiguracije i skaliranja ulaganja, raspored nije optimalan. Tako, opseg snabdevanja nekih 10 kV linija prelazi razumnu granicu. Sa promenama godišnjih doba i dana i noći, javljaju se značajne fluktuacije napona, što dovodi do problema poput podstandardne kvaliteta struje i relativno visokih gubitaka na liniji, što ozbiljno utiče na život i proizvodnju seljaka. Stoga ovaj rad dizajnira novi tip uređaja za regulaciju napona: automatski regulator napona na isporučivaču.

1 Princip rada regulatora napona

Automatski regulator napon je uređaj koji automatski prati promene ulaznog naponskog nivoa kako bi osigurao stabilni izlazni napon. Može se široko koristiti u sistemu snabdevanja električnom energijom od 6 kV, 10 kV i 35 kV, i može automatski prilagoditi ulazni napon unutar opsega od 20%. Instalacija uređaja na udaljenosti od 1/2 ili 2/3 dužine od početka linije može osigurati kvalitet napona na liniji.

Za transformatorske stanice koje nemaju mogućnost regulacije napona pod opterećenjem, automatski regulator napon takođe se može instalirati na strani izlaza glavnog transformatora transformatorske stanice kako bi se postigla regulacija napona pod opterećenjem. Na sekundarnoj strani transformatora postoji nekoliko priključaka. Korišćenjem jednočipovog mikrokompjuter da kontrolira upaljenje i ugasevanje tiristora, omogućavaju se različite nivoe regulacije napona, čime se postiže cilj regulacije napona na isporučivaču.

2 Postavljanje naponskog nivoa za promenu stupnjeva regulatora napona

Regulator napona na isporučivaču može prilagoditi stupnjeve prema različitim uslovima opterećenja i menjati odnos transformacije prema naponu na liniji kako bi dostigao regulaciju napona. Ima 7 stupnjeva i opseg regulacije napona od 30%, što mu omogućava da dobro zadovolji zahteve za regulacijom napona u ruralnim područjima.

2.1 Princip postavljanja naponskog nivoa za promenu stupnjeva regulatora napona

Zbog fluktuacija opterećenja, napon na kraju linije će se promeniti. Za različite padove napona, potrebno je prilagoditi postavke stupnjeva regulatora napona. Slika 1 prikazuje tipičnu ruralnu transmisivnu mrežu za snabdevanje električnom energijom. Ovdje, dužina linije je postavljena na L km, a snaga na kraju linije je postavljena na S = P + jQ MVA.

Zahtevi za promenu stupnjeva: Osigurati da se napon na kraju linije kreće unutar opsega od 7%; opšteno, preskakanje stupnjeva nije dozvoljeno; broj promena stupnjeva treba biti što manji.

Pretpostavimo da je odnos transformacije K, napon na početku linije U₀, napon na kraju linije U₁, ulazni napon regulatora napona U_in, a izlazni napon U_out, sa U_out = KU_in.

Prema modelu, važi sledeća jednačina: U₁ = U_out - ΔU₁. Gdje je ΔU₁ pad napona od tačke instalacije regulatora napona do kraja linije, a x je rastojanje od tačke instalacije regulatora napona do početka linije. Tada važi:

(U₀ - U_in) je pad napona od početka linije do tačke instalacije. α = U₀/U_out predstavlja odnos nivoa napona na liniji pre i posle tačke instalacije regulatora napona. Neka je (L - x)/x = K₁, i zamjenom dobijamo:

Međutim, očigledno, zbog postojanja U₀/U_out, potrebno je rešiti kvadratnu jednačinu s jednom nepoznatom, i javlja se problem sporojnih korena. Rad pojednostavljuje ovu jednačinu.

Za analizu α = U₀/U_out, U_out i U₁ imaju istu tendenciju porasta ili pada. U₀ je konstanta, tako da α = U₀/U_out, U_out je obrnuto proporcionalno U₁. Takođe se može analizirati da kada je U₁ = 9.3, α ≈ 1; a kada je U₁ = 10.7, α je malo manje od 1. Stoga se ograničavajuća jednačina može napisati kao:

To jest:

2.2 Primer postavljanja

Kao što se može videti iz formule (5), zapravo, postavljanje akcije promene stupnjeva vezano je samo za ulazni napon U_in regulatora napona i odnos K_t rastojanja od tačke instalacije regulatora napona do dužine linije. Nema potrebe meriti stvarno opterećenje na kraju linije, što značajno pojednostavljuje težinu stvarnog inženjerskog rada.

Kao primer, uzimamo određenu stvarnu transmisivnu liniju. Koristimo model prikazan na slici 1. Dužina transmisivne linije je 20 km. Regulator napona obično se instalira u sredini linije. Ovdje, rastojanje od početka linije je x = 9 km, a K_t = 11/9. Zamjenom u formulu (5) dobijamo:

Za određeni stupanj, opseg ulaznih napona koji zadovoljava zahteve za kvalitetom električne energije na kraju ima gornju i donju granicu, to su operativni naponi (naponi za promenu stupnjeva) za taj stupanj. Svaki stupanj ima svoj odgovarajući operativni napon, i ova veza može biti više intuitivno vidljiva na brojevnoj osi.

Međutim, stupanj 1 se ne koristi jer, pod normalnim uslovima, ulazni napon neće preći gornju granicu tog stupnja. Stupanj 1 se može koristiti kao specijalni operativni uslov, poput tolerisanja greške tokom jednofaznog zemljanskog kratkog spoja. Sledeći opis pokazuje uslove promene stupnjeva kada se doseže akcijski napon:

Treba napomenuti da kada se prelazi s stupnja 4, direktno se prelazi na stupanj 2. To je zato što su donje granice akcijskog naponskog nivoa za stupnjeve 3 i 4 relativno blizu. Ako se napon značajno promeni, nakon prelaska s stupnja 4 na stupanj 3, može biti potrebno odmah preći na stupanj 2, što povećava broj akcija. Zbog smanjenja broja akcija, dopuštena je prelazna promena stupnjeva.

3 Dizajn kontrolera za promenu stupnjeva

Trenutno, najčešće prihvaćeni metod promene stupnjeva je upotreba motora za pokretanje klipa za promenu stupnjeva. Međutim, kako osigurati brzo i tačno okretanje motora uvijek je bila problema. Da bi se postigao bolji kontrolni efekat, ovaj rad koristi sistem kontrole tiristora.

3.1 Princip kontrole tiristora

Tiristori se mogu koristiti za kontrolu visokosnagoznih krugova sa slabostranim tokovima. Regulator napon na isporučivaču koristi 7 parova dvosmernih tiristora za kontrolu stupnjeva, kao što je prikazano na slici 2. Svaki par tiristora je povezan sa različitim namotajima transformatora, čime odgovara različitim odnosima transformacije.

3.2 Dizajn kontrolera za promenu stupnjeva baziranog na jednočipovom mikrokompjuteru

Kontrola dvosmernih tiristora zahteva samo naponsko upravljanje TTL vrata i može se direktno povezati na izlazni port jednočipovog mikrokompjuteru. Da bi se sačuvale izlazne porte, koriste se samo 3 porta, a vanjski dekoder 3-8 se povezuje za upravljanje 7 stupnjeva, kao što je prikazano na slici 3.

4 Dizajn inteligentnog kontrolnog sistema

Za regulator napona sa kontrolnim čipom, samo funkcija automatske regulacije napona nije dovoljna, i ne iskoristi u potpunosti performanse jednočipovog mikrokompjuteru. Kompletan kontrolni sistem, kao što je prikazano na slici 4, takođe uključuje unos tastature, displejski krug, bežičnu komunikaciju, vanjski sat, vanjsku memoriju i zaštitu od grešaka.

Unos tastature omogućava prilagođavanje programa, bežična komunikacija omogućava stvarno vreme nadgledanja rada regulatora napona. Vanjski sat osigurava belešku vremena tokom pada napona jednočipovog mikrokompjuteru. Vanjska memorija sigurno čuva masivne podatke o radu sistema za buduće istraživanje. Zaštita od grešaka dovodi do posebnog načina rada jednočipovog mikrokompjuteru pod nepravilnim uslovima kako bi se ispuni zadaci prenosa struje, štiti ga od oštećenja tokom grešaka, i surađuje sa relne zaštitne uređaje kako bi zaštitio transmisivne linije.

5 Zaključak

Izgradnjom modela transmisivne linije i izvođenjem računa o protoku opterećenja, utvrđene su pravila postavljanja naponskog nivoa za akciju promene stupnjeva regulatora napona. Za kontrolu stupnjeva transformatora, tradicionalna mehanička kontrola je zamenjena pogodnijom i bržom kontrolom tiristora, koja ima jednostavan dizajn i dobar kontrolni efekat. Automatski regulator napona na isporučivaču ima širok opseg regulacije napona, efikasno osiguravajući kvalitet napona na transmisivnim linijama.