پیش‌نهادات تنظیم کننده ولتاژ مرحله‌ای برای بهبود پایداری و کارایی شبکه توزیع روستایی
Ⅰ. اصول فنی و مزایای اصلی
1. اصل کار
تنظیم‌کننده ولتاژ 32 مرحله‌ای یک دستگاه تنظیم ولتاژ با تغییر سطح است که با تغییر خودکار موقعیت سطوح پیچشی سری، ولتاژ را تنظیم می‌کند:
• حالت بالابر/پایین‌بر: یک سوئیچ معکوس قطبیت نسبی پیچش‌های سری و موازی را انتخاب می‌کند و محدوده تنظیم ولتاژ ±10% را به دست می‌آورد.
• تنظیم دقیق 32 مرحله‌ای: هر مرحله ولتاژ را 0.625% (در مجموع 32 مرحله) تنظیم می‌کند و از تغییرات ناگهانی ولتاژ جلوگیری کرده و تامین برق مداوم را تضمین می‌کند.
• سوئیچ‌گذاری قبل از قطع: از طراحی "دو تماس + راکتور پلی" استفاده می‌کند. در زمان تغییر سطح، جریان بار به طور موقت از طریق راکتور هدایت می‌شود و تامین برق مداوم به بار تضمین می‌شود.
2. مزایای سازگاری با شبکه روستایی
|
ویژگی |
تنظیم‌کننده مکانیکی سنتی |
تنظیم‌کننده ولتاژ 32 مرحله‌ای |
|
سرعت پاسخ |
ثانیه‌ها تا دقیقه‌ها |
میلی‌ثانیه‌ها |
|
دقت تنظیم |
±2%–5% |
±0.625% |
|
شعاع تامین پشتیبانی شده |
محدود (معمولاً <10km) |
گسترده (>20km) |
|
نیاز به نگهداری |
بالا (سایش مکانیکی) |
بدون تماس، بدون نگهداری |
جدول: مقایسه عملکرد تجهیزات سنتی و تنظیم‌کننده 32 مرحله‌ای
II. مشکلات ولتاژ و نیازهای شبکه توزیع روستایی
شبکه‌های برق روستایی به دلیل ویژگی‌های زیر آسیب‌پذیر به مشکلات کیفیت ولتاژ هستند:
- شعاع تامین بسیار بلند: کاهش قابل توجه ولتاژ در انتهای خطوط.
- نوسانات بار شدید: بارهای کشاورزی (مانند تجهیزات آبیاری) باعث انحراف قابل توجه ولتاژ در روز و شب (ولتاژ بالا در روز، ولتاژ پایین در شب) می‌شوند.
- ناهمسانگردی سه‌فاز: بارهای تک‌فاز متمرکز باعث جابجایی نقطه محاوره و تشدید ناپایداری ولتاژ می‌شوند.
- تجهیزات قدیمی: قطر کابل‌های کوچک و ظرفیت ترانسفورماتور ناکافی باعث تشدید ضایعات خط می‌شوند.
III. طراحی راه‌حل
1. معماری سیستم
استراتژی نصب سلسله‌مراتبی را می‌پذیرد:
• خروجی زیرستان: تنظیم‌کننده‌های نوع B (تشدید ثابت) را برای پایدارسازی ولتاژ خط اصلی نصب کنید.
• نقطه میانی/انتهای شاخه‌های بلند: تنظیم‌کننده‌های نوع A (مانند VR-32) را برای جبران کاهش ولتاژ محلی نصب کنید.
2. مراحل کلیدی اجرایی
• اصول انتخاب مکان: انتخاب مکان بر اساس منحنی کاهش ولتاژ تحت بار حداکثری؛ نصب در گره‌هایی که کاهش ولتاژ بیش از 5% است.
• تطابق ظرفیت: انتخاب ظرفیت تنظیم‌کننده بر اساس جریان خط حداکثری (مانند VR-32 در شهرستان زانگو که بار 7700kVA را پشتیبانی می‌کند).
• هماهنگی هوشمند:
- هماهنگی با تولیدکننده‌های وار (SVG) برای کنترل نوسانات بارهای القایی.
- ترکیب با تنظیم وار توان خروجی PV برای کاهش ولتاژ روزانه.
3. ارتباطات و خودکارسازی
• کنترل محلی: سنسورهای ولتاژ بازخورد زنده را ارائه می‌دهند و تغییرات سطح را (بدون نیاز به دستورالعمل مرکزی) تریガー می‌کنند.
• نظارت دوردست: ارسال داده‌های عملیاتی (ولتاژ، موقعیت سطح، نرخ بار) به سیستم کنترل مرکزی برای پشتیبانی از نگهداری پیش‌بینی‌شده.
IV. موارد کاربرد و نتایج
|
منطقه مورد مطالعه |
توصیف مشکل |
راه‌حل |
نتایج |
|
آلبرتا، کانادا |
کاهش ولتاژ >10% در انتهای خط در فصل آبیاری؛ کمبود ولتاژ شدید |
نصب تنظیم‌کننده ولتاژ VR-32 در نقطه میانی خط |
ولتاژ انتهایی در محدوده 230V ±10% (محدوده کیفیت) پایدار شد |
|
باواریا، آلمان |
ولتاژ کمینه شب به 151V کاهش یافت |
نصب ترکیب (تعویض‌کننده پویا + تنظیم‌کننده ولتاژ) در انتهای خط |
ولتاژ پایدار شد بیش از 210V |
|
مناطق کشاورزی، شیلی |
انحراف ولتاژ روز و شب >15% |
نصب دستگاه تنظیم ولتاژ انعطاف‌پذیر جدید در خروجی ترانسفورماتور |
نوسان ولتاژ روزانه <3% |
V. جهت‌های نوآوری و روندهای آینده
- همکاری با منابع توزیع‌شده انرژی (DER):
یکپارچه‌سازی با ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی (DES)، استفاده از تنظیم‌کننده‌ها برای کنترل نقض‌های ولتاژ ناشی از نوسانات انرژی تجدیدپذیر. - بهینه‌سازی هوش مصنوعی:
استفاده از یادگیری تقویتی عمیق (DRL) برای پیش‌بینی تغییرات بار و تنظیم پیش‌رونده سطوح (مانند پیش‌بالابری ولتاژ در پیش‌بینی اوج آبیاری). - سیستم‌های تنظیم ولتاژ ترکیبی:
ترکیب با نقاط باز نرم (SOP) برای تشکیل شبکه‌های تنظیم چندسطحی: SOP توان فعال/وار را تنظیم می‌کند، در حالی که تنظیم‌کننده‌ها کاهش ولتاژ حالت پایدار را مدیریت می‌کنند.
VI. مزایای اقتصادی و اجتماعی
• بازده سرمایه‌گذاری: هزینه یک تنظیم‌کننده حدود 10k–10k–10k–15k USD است و قادر به کاهش ضایعات خط 3%–8% است.
• بهبود کیفیت تامین برق: نرخ کیفیت ولتاژ از <90% به >99% افزایش می‌یابد و صنعتی‌سازی روستایی (مانند عملکرد پایدار زنجیره سرد و تجهیزات پردازش) را پشتیبانی می‌کند.
