راه‌حل‌های تنظیم‌کننده ولتاژ مرحله‌ای برای افزایش پایداری و کارایی شبکه توزیع روستایی
Ⅰ. اصل فنی و مزایای کلیدی
1. اصل عملکرد
تنظیم‌کننده ولتاژ ۳۲ مرحله‌ای یک دستگاه تنظیم ولتاژ با تغییر نقطه تماس است که با تغییر خودکار نقاط تماس بین لفاف‌های سری، ولتاژ را تنظیم می‌کند:
• حالت پایین بردن/بالا بردن ولتاژ: یک کلید معکوس نسبت قطبیت لفاف‌های سری و موازی را انتخاب می‌کند و محدوده تنظیم ولتاژ ±10% را محقق می‌کند.
• تنظیم دقیق ۳۲ مرحله‌ای: هر مرحله ولتاژ را به اندازه ۰.۶۲۵٪ (در مجموع ۳۲ مرحله) تنظیم می‌کند و از تغییرات ناگهانی ولتاژ جلوگیری می‌کند و تامین برق مداوم را تضمین می‌کند.
• تغییر نقطه تماس با روشن شدن قبل از خاموش شدن: از طراحی "دو تماس + رآکتور پلی" استفاده می‌کند. در زمان تغییر نقطه تماس، جریان بار به طور موقت از طریق رآکتور هدایت می‌شود و تامین برق مداوم به بار تضمین می‌شود.
2. مزایای تطبیق با شبکه‌های روستایی
|
ویژگی |
تنظیم‌کننده مکانیکی سنتی |
تنظیم‌کننده ولتاژ ۳۲ مرحله‌ای |
|
سرعت پاسخ |
ثانیه‌ها تا دقایق |
میلی‌ثانیه |
|
دقیقی تنظیم |
±2%–5% |
±0.625% |
|
شعاع تامین پشتیبانی‌پذیر |
محدود (معمولاً <10km) |
گسترده (>20km) |
|
نیاز به نگهداری |
زیاد (سایش مکانیکی) |
بدون تماس، بدون نگهداری |
جدول: مقایسه عملکرد بین تجهیزات سنتی و تنظیم‌کننده ۳۲ مرحله‌ای
II. مشکلات ولتاژ و نیازهای شبکه‌های توزیع روستایی
شبکه‌های برق روستایی به دلیل ویژگی‌های زیر مستعد 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 و ولتاژ پایین در شب) می‌شوند.
- ناهمسانگردی سه‌فاز: بارهای تک‌فازه متمرکز باعث جابجایی نقطه محاوره می‌شوند و ناپایداری ولتاژ را بدتر می‌کنند.
- تجهیزات قدیمی: قطر کابل‌های کوچک و ظرفیت کم ترانسفورماتور باعث افزایش زیادی در تلفات خط می‌شود.
III. طراحی راه‌حل
1. معماری سیستم
استراتژی نصب سلسله‌مراتبی را اتخاذ می‌کند:
• خروجی زیرстан: تنظیم‌کننده‌های نوع B (با برانگیختگی ثابت) را نصب کنید تا ولتاژ فیدر اصلی را پایدار کنید.
• نقطه میانی/انتهای شاخه‌های بلند: تنظیم‌کننده‌های نوع A (مانند VR-32) را برای جبران کاهش ولتاژ محلی نصب کنید.
2. مراحل اجرایی کلیدی
• اصل مکان‌یابی: مکان‌یابی را بر اساس منحنی کاهش ولتاژ تحت بار حداکثری انجام دهید؛ در گره‌هایی که کاهش ولتاژ بیش از ۵٪ است نصب کنید.
• تطابق ظرفیت: ظرفیت تنظیم‌کننده را بر اساس جریان خط حداکثر (مانند VR-32 در شهرستان زانگو که یک بار ۷۷۰۰kVA را پشتیبانی می‌کند) انتخاب کنید.
• هماهنگی هوشمند:
- با تولیدکننده‌های وار متغیر ثابت (SVG) هماهنگ شود تا نوسانات ناشی از بارهای القایی را کاهش دهد.
- با تنظیم وار توان عکس تبدیل‌کننده‌های فتوولتائیک ترکیب شود تا ولتاژ بیش از حد در روز را کاهش دهد.
3. ارتباطات و خودکارسازی
• کنترل محلی: حسگرهای ولتاژ بازخورد زنده فراهم می‌کنند و تغییرات نقطه تماس را تحریک می‌کنند (نیازی به دستورالعمل مرکزی نیست).
• نظارت دوردست: داده‌های عملیاتی (ولتاژ، موقعیت نقطه تماس، نرخ بار) را به سیستم کنترل مرکزی بارگذاری کنید تا نگهداری پیش‌بینی شده را پشتیبانی کند.
IV. موارد کاربرد و نتایج
|
ناحیه مورد مطالعه |
توضیح مشکل |
راه‌حل |
نتایج |
|
آلبرتا، کانادا |
کاهش ولتاژ >10% در انتهای فیدر در فصل آبیاری؛ کمبود ولتاژ شدید |
نصب تنظیم‌کننده ولتاژ VR-32 در نقطه میانی خط |
ولتاژ انتهایی در محدوده ۲۳۰V ±10% (محدوده مجاز) پایدار شد |
|
بایرن، آلمان |
ولتاژ کمینه شب به ۱۵۱V رسید |
نصب ترکیب (جبران‌کننده پویا + تنظیم‌کننده ولتاژ) در انتهای خط |
ولتاژ بالای ۲۱۰V پایدار شد |
|
مناطق کشاورزی، شیلی |
انحراف ولتاژ روز-شب >15% |
نصب دستگاه تنظیم ولتاژ جدید انعطاف‌پذیر در خروجی ترانسفورماتور |
نوسان ولتاژ در طول روز <3% |
V. جهت‌های نوآوری و روندهای آینده
- همکاری با منابع توزیع‌شده انرژی (DER):
یکپارچه‌سازی با ذخیره‌سازی انرژی فتوولتائیک (DES)، با استفاده از تنظیم‌کننده‌ها برای کاهش نقض ولتاژ ناشی از نوسانات انرژی تجدیدپذیر. - بهینه‌سازی هوش مصنوعی:
استفاده از یادگیری تقویتی عمیق (DRL) برای پیش‌بینی تغییرات بار و تنظیم پیش‌دستانه موقعیت‌های نقطه تماس (مانند پیش‌بالا بردن ولتاژ در پیش‌بینی قله‌های آبیاری). - سیستم‌های تنظیم ولتاژ هیبریدی:
ترکیب با نقاط باز ملایم (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 تقریباً ۱۰k-10k-10k-15k دلار است که قادر به کاهش تلفات خط ۳%–۸% است.
• بهبود کیفیت تامین برق: نرخ مجاز بودن ولتاژ از <90% به >99% افزایش می‌یابد و صنعتی‌سازی روستایی (مانند عملکرد پایدار زنجیره سرد و تجهیزات پردازش) را پشتیبانی می‌کند.
