Solucións Innovadoras de Reguladores de Tensión por Pasos nos Sistemas de Distribución Eléctrica

1 Resumo executivo​

​Desafíos de xestión de tensión nas redes de distribución modernas:​​

• Alimentadores de longa distancia que causan caída de tensión;
• Integración de recursos enerxéticos distribuídos (DER) que provoca fluxo de potencia bidireccional;
• Fluctuacións de carga que causan variacións frecuentes de tensión.

​Características técnicas dos reguladores de tensión por pasos (SVRs):​​

• Emprega tecnoloxía de cambio de tomas para alterar a relación de espiras do transformador, logrando un rango de axuste de tensión de ±10% (típicamente en 32 pasos, 0,625% por paso);
• As vantaxes principais residem nas capacidades de axuste dinámico en tempo real combinadas con múltiples estratexias de control, proporcionando soporte de tensión flexible para a rede de distribución.

​Tendencias de evolución tecnolóxica:​​

• Evolucinou desde interruptores de tomas mecánicos básicos a sistemas integrados que incorporan electrónica de potencia, algoritmos de control adaptativo e módulos de comunicación inteligentes;
• Exemplo representativo: O ABB SPAU341C integra a funcionalidade de Compensación de Caída de Línea (LDC), simulando as características de impedancia da liña para un control preciso de tensión nos puntos de carga remota;
• O uso de relés magnéticamente mantidos e TRIACs reduce as perdas de equipo e a pegada, mellorando a flexibilidade de despregamento e a eficiencia de custos.

​2 Principio técnico & Estructura​

​Mecanismo central de regulación de tensión:​​

• Logra a regulación de tensión cambiando a relación de espiras do transformador, confiando na tecnoloxía de cambio de tomas de On-Load Tap Changers (OLTCs).

​Proceso de control de retroalimentación en bucle cerrado:​​

1. Os transformadores de tensión adquirir continuamente os sinais de tensión do sistema;
2. Xéranse sinais de erro comparando os valores adquiridos cos valores de referencia establecidos;
3. A unidade de control decide a dirección do cambio de toma (potenciación/reducción) e o tamaño do paso en función do sinal de erro.

​Parámetros técnicos clave dos SVRs modernos:​​

• Tomando como exemplo o SPAU341C: Soporta pasos de axuste fino de tensión de 0,625%, permitindo unha regulación precisa de tensión de 32 pasos dentro dun rango de ±10%.

​2.1 Componentes centrais​

• ​Cambiador de tomas sobrecarga (OLTC):​​ O actuador central do regulador, que utiliza interrupcións a vacío para reducir arcos. Os resistores de transición aseguran a continuidad da corrente durante o conmutación, evitando a interrupción do suministro de carga. Os diseños modernos empregan tecnoloxía de transición dual-resistor, reducindo os tempos de conmutación a 40-60 milisegundos.
• ​Módulo de control:​​ Basado en microprocesadores de alto rendemento (ARM/DSP), integrando múltiples estratexias de control. O ABB SPAU341C adopta unha arquitectura modular, composta por módulos de conexión, módulos I/O e un módulo de regulación automática de tensión, soportando un monitorización continua para diagnósticos de hardware e software en tempo real.
• ​Unidade de medida e protección:​​ Transformadores de tensión/corrente (por exemplo, PT1, PT2, TA1) que recollen continuamente os parámetros do sistema. As unidades están equipadas con funcións de bloqueo de sobrecorrente e subtensión trifásicas. Ao detectar un curto circuito ou unha caída severa de tensión, as operacións de cambio de tomas son inmediatamente bloqueadas para evitar danos no equipo.
• ​Interface de comunicación e operación:​​ Soporta protocolos de comunicación como Ethernet, GPRS e outros para monitorización remota e configuración de parámetros. O módulo de visualización proporciona unha interface de operación local, mostrando parámetros clave como puntos de ajuste e valores medidos en tempo real.

​2.2 Características operativas clave​

​3 Solucións de aplicación no deseño do sistema de distribución​

​3.1 Escenarios de aplicación típicos​

• ​Alimentadores radiais longos:​​ Unha aplicación clásica de SVR. Nas redes de distribución rural, as liñas de 10kV adoitan estenderse máis de 15km, causando unha desviación grave de tensión no extremo do alimentador. O despregamento de SVRs na mitade da liña ou no extremo do alimentador compensa eficazmente as caídas de tensión. As prácticas de enxeñaría amosan que un único SVR pode estender o raio do alimentador en un 30%, mellorando a taxa de conformidade de tensión no extremo do alimentador dende menos do 70% a máis do 98%, reducindo significativamente os custos de actualización da liña.
• ​Redes de distribución urbanas de alta densidade:​​ Enfrontan desafíos de fluctuación de carga e descompensación de tensión. Os SVRs adoitan instalarse nas saídas das subestacións ou nos nodos de unidades de anel principal (RMU). Nun proxecto de renovación dun distrito comercial urbano, a instalación de SVRs en 4 nodos clave reduciu a fluctuación de tensión durante as horas pico de ±8% a ±2%, mentres que simultaneamente reduciu as perdas de liña en un 12% a través da optimización de potencia reactiva.
• ​Áreas de alta penetración de DER:​​ Requeren xestionar os desafíos de fluxo de potencia bidireccional. Cando a penetración de PV supera o 30%, as redes de distribución tradicionais adoitan experimentar violacións de tensión. Os SVRs axustan automaticamente a lóxica de control mediante un modo de potencia inversa, reducindo activamente a tensión durante períodos de excedente de xeración. Un proxecto de demostración de PV que utiliza control coordinado entre SVRs e inversores de PV aumentou a capacidade local de aloxamento de PV en un 25% e reduciu as taxas de restrición en un 18%.

​3.2 Optimización de estratexia de control​

• ​Optimización de tensión-var (VVO):​​ Coordina SVRs con bancos de condensadores en paralelo para minimizar as perdas do sistema.
• ​Control coordinado en múltiples etapas:​​ Para instalacións en cascada de múltiples SVRs en redes complexas, deben evitarse conflictos de control. O Método de Coordinación de Retardo Temporal é a solución máis práctica: establecer o retardo do SVR aguas arriba (típicamente 30-60 segundos) ao menos o dobre do retardo do SVR aguas abaixo. Ao detectar unha violación de tensión, o SVR aguas abaixo actúa primeiro. Se o problema persiste máis allá da súa ventana de retardo, entón o SVR aguas arriba interve. Este enfoque reduce significativamente as operacións innecesarias de tomas (hasta un 40%) mentres se mante a estabilidade de tensión.
• ​Estratexias de control adaptativo:​​ Os SVRs modernos (por exemplo, SPAU341C) incorporan algoritmos de autoaprendizaxe para prever as necesidades de axuste de tensión baseándose en perfís de carga históricos. O sistema axusta automaticamente as posicións de tomas durante períodos de patrones de carga diaria similares (por exemplo, picos matutinos), reducindo os tempos de resposta de axuste de tensión de minutos a segundos. Esta estratexia é particularmente adecuada para fluctuacións de xeración de PV ou escenarios con carga concentrada de vehículos eléctricos (VE).

​3.3 Matriz de selección de escenario​

​4 Optimización de rendemento & Tecnoloxías innovadoras​

​Tecnoloxía de redución de perdas:​​

A tecnoloxía de conmutación híbrida é unha innovación central para minimizar as perdas de SVR. Os cambiadore