Innovatiivsed lahendused sammvooluregulaatorite jaoks elektrijaotussüsteemides

1 Kokkuvõte​

​Muutliku jaotusvõrgu pingehalduse väljakutsed:​​

• Pikkud juhtmed pinge languse tõttu;
• Hajusenergiaallikate (DER) integreerimine viib kaksiksuunalise energiavoolu;
• Laadimoodustuste lülitumine tekitab sagedaseid pingemoodustusi.

​Sammupingeregulaatorite (SVR) tehnilised omadused:​​

• Kasutab tap-changer tehnoloogiat transformaatori vikliga suhte muutmiseks, saavutades ±10% pingemuutmise ulatuse (tavaliselt 32 sammuga, 0.625% igal sammul);
• Põhiline eelis seisneb reaalajas dünaamilistes reguleerimisoskustes koos mitmete juhtimisstrateegiatega, pakkudes paindlikku pingetugevat jaotusvõrgule.

​Tehnoloogia arengusuunad:​​

• Arendus alates lihtsatest mehaanilistest tap-lülitetest kuni terviklikest süsteemideni, mis sisaldavad võimsuse elektronikat, kohanduvaid juhtimisalgoritme ja intelligentsed side mooduleid;
• Näide: ABB SPAU341C sisaldab Line Drop Compensation (LDC) funktsiooni, simuleerides joonimpedantsi omadusi täpseks pingekontrolliks kaugedes laadipunktides;
• Magneetsete relode ja TRIACide kasutamine vähendab seadmete kahjustusi ja mahut, parandades paigaldamispaindlikkust ja kuluefektiivsust.

​2 Tehniline printsiip & struktuur​

​Põhiline pingereguleerimismeetod:​​

• Pingereguleerimist saavutatakse transformaatori vikliga suhte muutmise kaudu, kasutades On-Load Tap Changers (OLTC) tehnoloogiat.

​Kinnist tagasiside kontrolliprotsess:​​

1. Pingetransformatorid jätkuvalt koguvad süsteemi pingesignale;
2. Viga signaalid genereeritakse võrreldes kogutud väärtustega määratud referentsväärtustega;
3. Juhtimise üksus otsustab tap-muutmise suunda (boost/buck) ja sammude suurust vea signaali alusel.

​Näidismodern SVR-de peamised tehnilised parameetrid:​​

• SPAU341C näitel: Toetab täpseid pingemuutmise samme 0.625%, võimaldades 32-sammulise täpse pingereguleerimise ±10% ulatuses.

​2.1 Põhikomponendid​

• ​On-Load Tap Changer (OLTC):​​ Regulaatori põhitegija, kasutades vakuumlülitajaid arku vähendamiseks. Üleminekurestid tagavad järjepideva voolu lülitamisel, takistes laadimise katkestamist. Modernsed disainid kasutavad kahe-resistori üleminekutehnoloogiat, vähendades lülitamisaega 40-60 millisekundile.
• ​Juhtimismoodul:​​ Ehitatud kõrgetehnoloogiliste mikroprotsessorite (ARM/DSP) alusel, integreerides mitmeid juhtimisstrateegiaid. ABB SPAU341C kasutab modularset arhitektuuri, hõlmades ühendamismooduleid, I/O mooduleid ja automaatse pingereguleerimismooduli, toetades pidevat endkontrolli reaalajas riistvaradiagnostika jaoks.
• ​Mõõtmis- ja kaitseühik:​​ Ping-/voolutransformatorid (nt PT1, PT2, TA1) jätkuvalt koguvad süsteemi parameetreid. Ühikud on varustatud kolmefase'ga ülevoolu ja madala pingega blokeerimisfunktsioonidega. Lühikese tsirkvi tuvastamisel või tõsise pingelanguse korral tap-muutmise operatsioonid on kohe blokeeritud, et vältida seadmete kahjustumist.
• ​Side- ja tööriistaliides:​​ Toetab Ethernet, GPRS ja muud sideprotokolle kaugjälgimiseks ja parameetrite seadistamiseks. Kuvamoodul pakub kohaliku tööriistaliidese, näitades olulisi parameetreid nagu seadistuspunktid ja mõõtitavad väärtused reaalajas.

​2.2 Olulised töötingimused​

​3 Rakenduslahendused jaotusvõrgu disainis​

​3.1 Tavalised rakendussituatsioonid​

• ​Pikkad radiaaljooned:​​ Klassiline SVR rakendus. Maapiirkondades jaotusvõrkudes võivad 10kV jooned pikenduda kuni 15km, pinge languse tõttu pinge languse tõttu. SVR-i paigaldamine keskel või joone lõpus efektiivselt kompenseerib pingelanguseid. Insenerpraktikad näitavad, et üks SVR võib suurendada joone raadiusi 30%, parandades pinge vastavust maha poolt 70% allapoolelt üle 98%, oluliselt vähendades joone uuendamise kulusid.
• ​Kõrge laadimistihedusega linna jaotusvõrgud:​​ Kogevad laadimoodustuste lülitumise ja pingemoodustuse probleeme. SVR-id on tavaliselt paigaldatud substaatsioonide väljundites või ringmain unit (RMU) sõlmedes. Linnapõhises kaubanduspiirkonnas moderniseerimisprojektis SVR-i paigaldamine 4 olulises sõlmes vähendas tipplini pingemoodustust ±8% kuni ±2%, samas reaktivse võimu optimiseerimise kaudu vähendades joonkahju 12%.
• ​Kõrge DER-penetreerimisega piirkonnad:​​ Nõuavad kaksiksuunalise energiavoolu probleemide haldamist. Kui PV-penetreerimine ületab 30%, siis traditsioonilised jaotusvõrgud kogevad tavaliselt pingearvetusi. SVR-id automaatselt kohandavad juhtimisloogikat pöördvoolu režiimis, aktiivselt vähendades pinget ületootmise perioodidel. PV-demonstratsiooniprojekt, kasutades SVR-ide ja PV-inverterite koordineeritud kontrolli, suurendas kohalikku PV-kogumispõhjavõimet 25% ja vähendas lõikamiskulusid 18%.

​3.2 Juhtimisstrateegia optimeerimine​

• ​Ping-VAR-optimeerimine (VVO):​​ Koordineerib SVR-id siduskaapaanidega, et minimeerida süsteemi kahju.
• ​Mitmeastmelise koordineeritud juhtimine:​​ Mitme SVR-i kaskaadilise paigaldamise korral keerulistes võrkudes tuleb vältida juhtimiskonflikte. Ajaviivakordinaadion meetod on praktilikum lahendus – seadistatakse ülemise SVR-i viivitus (tavaliselt 30-60 sekundit) kaks korda suurem kui alumise SVR-i viivitus. Pingearve tuvastamisel tegutseb esimesena alumine SVR. Kui probleem jätkub tema viiviku akna järel, siis intervenceerib ülemine SVR. See meetod oluliselt vähendab ebavajalikke tap-operaatsioone (kuni 40%) ning säilitab pingestabiilsuse.
• ​Kohanduvad juhtimisstrateegiad:​​ Kaasaegsed SVR-id (nt SPAU341C) sisaldavad ennustusalgoritme, et prognoosida pingemuutmise vajadust ajalooliste laadimisprofili alusel. Süsteem automaatselt eelreguleerib tap-asukohti sarnaste päevliku laadimismustrite perioodidel (nt hommikulised tihiperioodid), vähendades pingemuutmise vastusesaega minutidest sekunditeks. See strateegia on eriti sobilik PV-väljundi lülitumise või intensiivsete elektriautode (EV) laadimise stsenaariumide korral.

​3.3 Rakendussituatsioonide valikumatr