Rozwiązania z użyciem regulatorów napięcia krokowego do poprawy stabilności i efektywności wiejskiej sieci dystrybucji
Ⅰ. Zasada techniczna i główne zalety
1. Zasada działania
Regulator napięcia 32-stopniowy to urządzenie do regulacji napięcia oparte na przełączaniu stawek, które automatycznie zmieniają położenie stawek w obwodach szeregowych:
• Tryb wzmacniania/wyciszania: Przełącznik odwracający wybiera względną polaryzację obwodów szeregowych i równoległych, osiągając zakres regulacji napięcia ±10%.
• 32-stopniowa precyzyjna regulacja: Każdy stopień reguluje napięcie o 0,625% (łącznie 32 stopnie), zapobiegając nagłym zmianom napięcia i zapewniając ciągłe zasilanie.
• Przełączanie typu make-before-break: Wykorzystuje projekt "podwójne kontakty + reaktor mostkujący". Podczas przełączania stawek prąd obciążenia jest tymczasowo przekierowany przez reaktor, zapewniając nieprzerwane zasilanie obciążenia.
2. Zalety dla adaptacji sieci wiejskich
|
Cecha |
Tradycyjny regulator mechaniczny |
Regulator napięcia 32-stopniowy |
|
Szybkość reakcji |
Sekundy do minut |
Milisekundy |
|
Dokładność regulacji |
±2%–5% |
±0,625% |
|
Zasięg dostawy |
Ograniczony (zazwyczaj <10 km) |
Rozszerzony (>20 km) |
|
Wymagania serwisowe |
Wysokie (znoszenie mechaniczne) |
Bezwzględny, bezserwisowy |
Tabela: Porównanie wydajności tradycyjnego sprzętu i regulatora 32-stopniowego
II. Problemy z napięciem i wymagania w sieciach dystrybucyjnych wiejskich
Sieci elektryczne wiejskie są podatne na problemy z jakością napięcia z powodu następujących cech:
- Zbyt długie zasięgi dostawy: Występuje znaczny spadek napięcia na końcach linii.
- Drastyczne fluktuacje obciążeń: Obciążenia rolnicze (np. urządzenia nawadniające) powodują istotne odchylenia napięcia w ciągu dnia i nocy (wysokie napięcie w ciągu dnia, niskie napięcie w nocy).
- Niezrównoważoność trójfazowa: Skoncentrowane obciążenia jednofazowe powodują przesunięcie punktu neutralnego, pogarszając stabilność napięcia.
- Starzejące się urządzenia: Małe średnice przewodników i niewystarczająca moc transformatorów zwiększają straty liniowe.
III. Projekt rozwiązania
1. Architektura systemu
Zastosowano strategię hierarchicznego wdrażania:
• Wyjście z podstacji: Zainstalować regulatory typu B (stałe pobudzenie) do stabilizacji napięcia głównego pasma.
• Środek/koniec długich gałęzi: Wdrożyć regulatory typu A (np. VR-32) do kompensacji lokalnych spadków napięcia.
2. Kluczowe kroki implementacji
• Zasada lokalizacji: Lokalizacja na podstawie krzywej spadku napięcia przy maksymalnym obciążeniu; instalacja w węzłach, gdzie spadek napięcia przekracza 5%.
• Dopasowanie mocy: Wybór mocy regulatora na podstawie maksymalnego prądu linii (np. VR-32 w hrabstwie Zhangwu obsługuje obciążenie 7700 kVA).
• Inteligentna koordynacja:
- Koordynacja z generatorami statycznymi bieżącej mocy (SVG) do tłumienia fluktuacji obciążeń indukcyjnych.
- Połączenie z regulacją bieżącej mocy odwrotnej konwertera PV do złagodzenia nadmiernego napięcia w ciągu dnia.
3. Komunikacja i automatyzacja
• Lokalna kontrola: Czujniki napięcia dostarczają natychmiastowej informacji zwrotnej, wyzwalając zmiany stawek (bez potrzeby centralnego polecenia).
• Zdalny monitoring: Przesyłanie danych operacyjnych (napięcie, położenie stawek, wskaźnik obciążenia) do centralnego systemu sterowania w celu wsparcia predykcyjnego utrzymania.
IV. Przypadki zastosowania i wyniki
|
Obszar przypadku |
Opis problemu |
Rozwiązanie |
Wyniki |
|
Alberta, Kanada |
Spadek napięcia >10% na końcu pasma podczas sezonu nawadniania; silne niedociśnienie napięcia |
Zainstalowano regulator napięcia VR-32 w środku linii |
Napięcie na końcu ustabilizowane w zakresie 230V ±10% (kwalifikowany zakres) |
|
Bawaria, Niemcy |
Minimalne nocne napięcie spada do 151V |
Zainstalowano kombinację (kompensator dynamiczny + regulator napięcia) na końcu linii |
Napięcie ustabilizowane powyżej 210V |
|
Obszary rolnicze, Chile |
Odchylenie napięcia między szczytem a doliną >15% |
Wdrożono nowe elastyczne urządzenie do regulacji napięcia na wyjściu transformatora |
Stosunek fluktuacji napięcia w ciągu dnia <3% |
V. Kierunki innowacji i trendy przyszłości
- Synergia z rozproszonymi źródłami energii (DER):
Integracja z magazynowaniem energii fotowoltaicznej (DES), używanie regulatorów do tłumienia naruszeń napięcia spowodowanych fluktuacjami energii odnawialnej. - Optymalizacja sztuczną inteligencją:
Zastosowanie głębokiego uczenia ze wzmocnieniem (DRL) do przewidywania zmian obciążenia i wstępnej regulacji położeń stawek (np. wstępne wzmacnianie napięcia w oczekiwaniu na szczyty nawadniania). - Hibrydowe systemy regulacji napięcia:
Kombinacja z punktami otwartymi miękkimi (SOP) do formowania wielopoziomowych sieci regulacji: SOP reguluje aktywną/bieżącą moc, podczas gdy regulatory obsługują stały spadek napięcia.
VI. Ekonomiczne i społeczne korzyści
• Zwrot z inwestycji: Koszt pojedynczego regulatora wynosi około 10k–15k USD, co umożliwia redukcję strat liniowych o 3%–8%.
• Poprawa jakości zasilania: Stosunek kwalifikacji napięcia wzrasta z <90% do >99%, wspierając industrializację wiejską (np. stabilna работа холодильной цепи и оборудования для переработки).
