Dağıtım Sistemlerinde Adım Gerilim Düzenleyicilerinin Yenilikçi Çözümleri

1 Genel Özet​

​Modern Dağıtım Ağlarında Gerilim Yönetimi Zorlukları:​​

• Uzun mesafeli besleme hatları nedeniyle gerilim düşüşü;
• Dağıtık enerji kaynaklarının (DER) entegrasyonu sonucunda çift yönlü güç akışı;
• Yük değişkenlikleri nedeniyle sıkışık gerilim varyasyonları.

​Adım Gerilim Düzenleyicilerinin (SVR) Teknik Özellikleri:​​

• Dönüşüm bobinini değiştirerek dönüşüm bobinlerinin sarım oranı değiştirilir, bu da ±10% gerilim ayar aralığı sağlar (genellikle 32 adımda, her adımda %0.625);
• Temel avantajları gerçek zamanlı dinamik ayar yetenekleri ile birden fazla kontrol stratejisinin birleştirilmesidir, dağıtım ağında esnek gerilim desteği sağlar.

​Teknoloji Evrim Trendleri:​​

• Temel mekanik tap anahtarlardan güç elektroniği, adaptif kontrol algoritmaları ve akıllı iletişim modüllerini içeren entegre sistemlere evrildi;
• Örnek: ABB SPAU341C, hat düşüşünü kompansasyon (LDC) işlevini içerir, uzak yük noktalarında hassas gerilim kontrolü için hat impedans özelliklerini simüle eder;
• Manyetik tutucu röleler ve TRIAC'ların kullanımı, ekipman kayıplarını ve boyutunu azaltır, dağıtım esnekliğini ve maliyet etkinliğini artırır.

​2 Teknik Prensip & Yapı​

​Çekirdek Gerilim Düzenleme Mekanizması:​​

• Dönüşüm bobinlerinin sarım oranını değiştirerek gerilim düzenlemesini gerçekleştirir, bunun için Yük Altında Tap Değiştirici (OLTC) teknolojisine dayanılır.

​Kapalı Döngü Geri Besleme Kontrol Süreci:​​

1. Gerilim dönüştürücüler sistemin gerilim sinyallerini sürekli olarak alır;
2. Alınan değerler ile belirlenen referans değerleri karşılaştırılarak hata sinyalleri oluşturulur;
3. Kontrol ünitesi, hata sinyaline dayanarak tap değişim yönünü (arttır/azalt) ve adım büyüklüğünü belirler.

​Modern SVR'lerin Ana Teknik Parametreleri:​​

• SPAU341C örneğinde: %0.625 ince ayar adımlarıyla, ±10% aralığında 32 adımlık hassas gerilim düzenleme sağlar.

​2.1 Çekirdek Bileşenler​

• ​Yük Altında Tap Değiştirici (OLTC):​​ Regülatörün çekirdek aktüatörüdür, vakum kesiciler kullanılarak ark oluşumu azaltılmaktadır. Geçiş dirençleri, anahtarlama sırasında akım sürekliliğini sağlayarak yük tedarik kesintisini önler. Modern tasarımlarda çift direnç geçiş teknolojisi uygulanmakta, anahtarlama süreleri 40-60 milisaniyeye indirilmektedir.
• ​Kontrol Modülü:​​ Yüksek performanslı mikroişlemciler (ARM/DSP) üzerine inşa edilmiştir, birden fazla kontrol stratejisini içerir. ABB SPAU341C, bağlantı modülleri, I/O modülleri ve otomatik gerilim düzenleme modülünü içeren modüler bir yapıyı benimser, gerçek zamanlı donanım ve yazılım tanılaması için sürekli kendi kendini izleme özelliğini destekler.
• ​Ölçüm ve Koruma Birimi:​​ Gerilim/Akım Dönüştürücüler (örneğin, PT1, PT2, TA1) sistemin parametrelerini sürekli olarak toplar. Birimler, üç fazlı aşırı akım ve düşük gerilim engelleme fonksiyonlarına sahiptir. Kısa devre veya ciddi gerilim düşüşü algılandığında, ekipman hasarını önlemek için tap değiştirme işlemlerini hemen engeller.
• ​İletişim ve İşlem Arayüzü:​​ Ethernet, GPRS ve diğer iletişim protokolleri ile uzaktan izleme ve parametre ayarlamayı destekler. Görüntüleme modülü yerel bir işlem arayüzü sağlar, ayar noktaları ve ölçülen değerler gibi ana parametreleri gerçek zamanlı olarak gösterir.

​2.2 Ana İşlevsel Özellikler​

​3 Dağıtım Sistemi Tasarımı'nda Uygulama Çözümleri​

​3.1 Tipik Uygulama Senaryoları​

• ​Uzun Radial Besleme Hatları:​​ Klasik SVR uygulamasıdır. Kırsal dağıtım ağlarında, 10kV hatlar genellikle 15km'ye kadar uzanır, bu nedenle besleme hatının ucunda ciddi gerilim sapması oluşur. SVR'lerin hat ortasına veya besleme hatının ucuna yerleştirilmesi, gerilim düşüşünü etkili bir şekilde kompansasyon eder. Mühendislik uygulamaları, tek bir SVR'nin besleme yarıçapını %30'a kadar genişlettiğini, besleme hatının ucundaki gerilim uyumluluğu oranını %70'ten %98'in üzerindekiye yükselttiğini göstermektedir, bu da hat yükseltme maliyetlerini önemli ölçüde azaltmaktadır.
• ​Yoğun Şehir Dağıtım Ağları:​​ Yük değişkenliği ve gerilim uyumsuzluğu zorluklarıyla karşı karşıyadır. SVR'ler genellikle alt trafi durağı çıkışlarında veya halka ana birim (RMU) düğümlerinde kurulur. Bir şehir ticari bölgesi yeniden düzenleme projesinde, 4 ana düğümde SVR'lerin kurulumu, zirve saatlerinde gerilim değişkenliğini ±8%'den ±2%'ye düşürdü, aynı zamanda reaktif güç optimizasyonu yoluyla hat kayıplarını %12 oranında azalttı.
• ​Yüksek DER Penetrasyon Alanları:​​ İki yönlü güç akışı zorluklarını yönetmek gerektiği durumlardır. PV穿透率超过30%时，传统配电网经常会出现电压违规。SVR通过反向功率模式自动调整控制逻辑，在发电过剩期间主动降低电压。一个使用SVR和光伏逆变器协调控制的光伏示范项目，将当地光伏承载能力提高了25%，减少了18%的弃光率。

​3.2 控制策略优化​

• ​电压-无功优化（VVO）：​​ 将SVR与并联电容器组协调以最小化系统损耗。
• ​多级协调控制：​​ 对于复杂网络中的多个SVR级联安装，必须避免控制冲突。时间延迟协调方法是最实用的解决方案——设置上游SVR的延迟（通常为30-60秒）至少是下游SVR延迟的两倍。检测到电压违规时，下游SVR首先动作。如果问题在其延迟窗口内仍然存在，则上游SVR再介入。这种方法显著减少了不必要的分接操作（最多可减少40%），同时保持电压稳定。
• ​自适应控制策略：​​ 现代SVR（例如SPAU341C）结合了自学习算法，根据历史负荷曲线预测电压调整需求。系统在类似日负荷模式期间（例如早高峰）自动预调整分接位置，将电压调整响应时间从几分钟缩短到几秒钟。这种策略特别适用于光伏输出波动或电动汽车（EV）集中充电的场景。

​3.3 场景选择矩阵​

​4 性能优化与创新技术​

​损耗减少技术：​​

混合切换技术是减少SVR损耗的核心创新。传统的机械分接开关接触电阻高达数十毫欧，并且有显著的电弧损耗。现代解决方案采用磁锁继电器和背靠背晶闸管的混合结构：

• ​稳态导通：​​ 由磁锁继电器处理（接触电阻<1毫欧）
• ​过渡时刻：​​ 背靠背晶闸管提供电流路径（触发时间<2微秒）
• ​切换后稳态：​​ 机械触点再次闭合，半导体器件关断。
  这种设计将切换损耗减少了80%，设备体积缩小了40%，实现了无电弧切换，并延长了设备寿命。实际运行数据显示，混合开关SVR的年维护成本比传统型号低55%。

​拓扑创新​ 也做出了重要贡献。级联电压调节器采用串联变压器和并联电容器的混合结构，提供了三种可选工作模式：

1. ​等效串联补偿模式：​​ 针对长线路末端的电压提升。
2. ​电压-无功调整模式：​​ 协调电压和无功功率优化。
3. ​纯电压调节模式：​​ 快速响应电压跌落。
   这种设计在相同容量下将系统损耗减少了15-20%，同时提高了故障穿越能力。

​5 应用案例与实践经验​

​5.1 农村长距离馈线电压提升​

• ​项目背景：​​ 在山区的一条28公里长的10kV馈线上，分散负载供电。高峰时段末端电压降至8.7kV（低于标准下限9.7kV），无法满足灌溉泵的电力需求。传统解决方案需要新建一座变电站，成本超过800万元。
• ​解决方案：​​ 在12公里和22公里处串联部署两个ABB SPAU341C调节器，采用主从协调策略。
• 设备配置：每个SVR：800kVA，±15%范围，启用LDC。
• 控制策略：主站（22公里）延迟：60秒；从站（12公里）延迟：30秒。
• 补偿参数：虚拟R = 0.32Ω，X = 0.45Ω（模拟线路阻抗）。
• ​结果：​​
• 末端电压稳定在9.8-10.2kV；合规率从61%提高到99.6%。
• 灌溉季节高峰负荷期间泵启动扭矩不足的问题完全消除。
• 总投资：180万元（相比新建变电站节省77.5%的成本）。
• 年能耗减少约150兆瓦时，相当于节约能源成本约12万元。

​5.2 城市高密度区电能质量改善​

• ​项目背景：​​ 在一个城市环网单元（RMU）的供电区域内，密集的商业综合体和电动汽车充电站导致电压波动达到±8%。高峰时段变压器负载达到130%。
• ​解决方案：​​ 在RMU入口处部署SVR + 动态无功补偿（SVG）系统。
• 设备选择：SPAU341C调节器（1250kVA）带±200kVar SVG。
• 控制架构：VVO协调控制器每5分钟进行一次联合优化。
• 预测算法：基于深度学习的负荷预测（准确率>92%）。
• ​结果：​​
• 电压波动控制在±2%以内（符合IEEE 519标准）。
• 变压器负载降至85%，释放30%容量。
• 综合线损从7.8%降至6.2%，每年节省约8万元。
• 充电桩故障率降低40%；用户投诉减少90%。