Kompleta Solvo por Substaciaj Ŝtupaj Tensoreguliloj: De Funkciaprincipoj al Estontaj Tendencoj

1. Funkciado Principo kaj Teknologia Evo de Ŝtupaj Tensoreguliloj

La Ŝtupa Tensoregulilo (SVR) estas kerniga aparato por tensoregulado en modernaj transformejoj, atinganta precizan tenso-stabiligon per mekanismoj de tapŝanĝo. Ĝia kerniga principo bazas sur regulado de la transformrilato: kiam tensodevio detektatas, motor-direktita sistemo ŝanĝas taps por modifi la rilaton de la spiraĵturnoj, adaptante la eldonan tension. Tipaj SVR-oj ofertas ±10% tensoregulon kun ŝtupaj pligrandigoj de 0.625% aŭ 1.25%, konformiĝante al la ANSI C84.1 normo pri tensofluktuoj.

1.1 Ŝtupa Regula Mekanismo

• Tap-Ŝanĝa Sistemo: Kombinas motor-direktitajn mekanikajn ŝaltilojn kaj solid-statetajn elektronikajn ŝaltilojn. Uzantas la principon de "ligi antaŭ ol disigi" kun transirorezistoroj por limigi cirkuladantan koranton, sekureca kontinua elektroprovizo asigatas. La ŝanĝado kompletigas en 15–30 ms, evitante tensomalkreskon por sensiblaj aparatoj.
• Mikroprocesora Kontrolunuo: Ekipita kun 32-bitaj RISC-procesoroj por realtempa tensoprovaĵado (≥100 provaĵoj/s). Uzantas DSP-bazitan FFT-analizon por disigi fundamentajn kaj harmonajn komponentojn, atingante mezurprecizecon de ±0.5%.

1.2 Modernaj Digitalaj Kontrolteknologioj
Integritaj multifunkciaj kontrolmodulejoj ebligas kompleksan scenaron optimigon:

• Aŭtomata Tensoredukto (VFR): Reduktas eldonan tension dum sistemo-superĉargo, malpliiĝigante perdojn je 4–8%. Formulo: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), kie %R (tipike 2–8%) difinas la reduktan racion. Ekzemple, 122V-sistemo kun 4.9% redukto eldonas 116V.
• Tensolimitado: Stabiliĝas operacian limon (ekz., ±5% Un). Aŭtomate intervenas dum tensotransgresoj, superigeble de lokaj/foraj operatoroj aŭ SCADA.
• Faultride-tranĉo: Mantenas bazan regulon dum faulroj (ekz., tensokrepusko al 70% Un). EEPROM-konservado konservas kritajn parametrojn post-forigo por ≥72 horoj.

2. Integriĝsolvoj de Transformeja Sistemo

2.1 Tap-Kontrolo de Transformiloj & Paralela Kompensado
Tensoregulado postulas koordinitan kontrolon de pluraj aparatoj:

• Sublasta Tap-Ŝanĝilo (OLTC): Primara regililo kun ±10% amplekso. Modernaj OLTC-oj uzas elektronikajn pozicio-sensorojn (±0.5% akurateco) por transmeti realtempajn datumojn al SCADA.
• Kondensatorbankoj: Aŭtomate ŝaltitaj laŭ reaktiva potenco-demando. Tipaj konfiguroj: 4–8 grupoj, kapacito je 5–15% de transformila valoro (ekz., 2–6 Mvar por 33kV-sistemoj). Kontrolstrategioj devas balanci tensodevion kaj potencafaktoron (celo: 0.95–1.0) por eviti superkompensadon.

2.2 Linia Fal-Kompensoteknikoj
Longdistancaj linioj uzas distribuitajn regulstrategiojn:

• Serioza Kompensado: Instalas seriozajn kondensatorojn sur 10–33kV povlinioj por kompensi 40–70% de linia reaktanco. Ekzemplo: 2000μF kondensatoro je 15 km mezo-punkto pliigas finan tension je 4–8%, protektita per MOV-voltura arresteroj.
• Liniaj Tensoreguliloj (SVR-oj): Enmetitaj 5–8 km de transformejoj. Kapacito: 500–1500 kVA, amplekso ±10%. Integrigitaj kun Liniaj Terminalunitoj (FTU-oj) por lokaligita aŭtomatigo, malpliigante komunikaddependecon.

2.3 Aparatarangaĵo

3. Progresitaj Kontrolstrategioj

3.1 Tradicia Nau-zona Kontrolo & Melioroj
La tens-reaktiva potenco-planego dividas en 9 zonoj por aktivigi predefinitajn agojn:

• Zona Logiko: Limoj starigitas per tenslimoj (ekz., ±3% Un) kaj reaktivalimoj (ekz., ±10% Qn). Ekzemplo: Zono 1 (malalta tensio) aktivigas tensopligrandon.
• Limoj: Limoscilado kaŭzas frekventajn aparatajn agojn (ekz., kondensatorŝaltado en Zono 5), kaj ne traktas multkonstrainan kunligon (ekz., tensitransgreso + reaktivadeficito).

3.2 Fuzia Kontrolo & Dinamika Zonado
Modernaj sistemoj adoptas fuzian logikon por superi limojn:

• Fuzigo: Definas tensodevion (ΔU) kaj reaktivadevion (ΔQ) kiel fuziaj variabloj (ekz., Negative Granda al Positive Granda), kun trapeda membrecafunkcio.
• Regelbazo: 81 fuziaj reguloj ebligas nelinearan mapadon, ekz.:
• SE ΔU estas Negative Granda KAJ ΔQ estas Nul TIEL Pligrandigu Tension.
• Dinamika Ajusto: Elstarigas tensmortzonon dum forta lasto (±1.5%→±3%), malpliigante aparatajn agojn je 40–60%.

3.3 Multcelfa Optimumigo
Por distribuita energi-integrado scenaroj:

• Celafunkcio:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: pezkoeficientoj; Tap_change: tap-operacia kostoj)
• Restriktoj:
1. Tensosekurado: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Aparata kapacito: |Qc| ≤ Qcmax
3. Tagaj tap-operacioj: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Algoritmo: Meliorita PSO-optimumigo kun 50 partikloj konverĝas en <3s, kontentigante realtempajn bezonojn.

4. Komunikado & Aŭtomatigaj Subtenosistemoj

4.1 IEC 61850 Komunikada Arĥitekturo

• GOOSE-Mesaĝado: Subtenas interstacidajn ordonojn kun <10ms deldro. Ebligas koordinitan tensokontrolon (ekz., substacioj respondas en 100ms al ĉefstaciaj ordonoj).
• Informa Modelado: Difinas logikajn nodojn (ekz., ATCC por tap-kontrolo, CPOW por kondensatoroj), ĉiu kun 30+ datumobjektoj (ekz., TapPos, VoltMag) por plug-and-play integriĝo.

4.2 SCADA-Sistemo Integriĝo

• Datumakvizicio: RTU-oj provas kritajn datumojn (tension, kuranton, tap-pozicion) ĉiujn 2 sekundojn, prioritigante tensodatumtransmision.
• Kontrolfunkcioj:
1. Fora parametro-regulado (ekz., VSET, %R).
2. Seninterrompa aŭtomata/manuala modŝanĝo.
3. Aŭtomata operacia blokado dum aparataj faulroj.
• Vidigo: Dinamiaj unu-linia diagramoj (tensotransgreso markitaj ruĝe), tendenckurboj, kaj akustaj alarmoj.

4.3 Klavaj Komunikadprotokoloj

5. Performanco Optimumigo & Validigo

5.1 Tensoptimumigo (VO) Protokola Realigo
Tri-nivela propono de U.S. Energy Association:

1. Fiksita Tensoredukto (VFR): Tuta-tempa 2–3% redukto (ekz., 122V→119V). Taŭgas por stabila lasto. Jara savado: 1.5–2.5%, sed riskas motorstartproblemojn.
2. Linia Fal-Kompensado (LDC): Dinamike adaptas tension laŭ lastkuranto.
3. Aŭtomata Tensretrofido (AVFC): Fermcirkla kontrolado uzantas 3–5 forajn sensorojn/feeder. PID-algoritmo kun 30s cikloj.

5.2 Performanco Kvantifikado

• Datumakvizicio: 0.2S-klasa potencanaliziloj registros tension, THD, kaj potencparametrojn (1s intervaloj, 7-tagaj daŭro).
• Energisavakalkulado: Regreso analizo ekskludas temperaturajn efektojn.
• Ĉefaj Indikiloj:
• Tenskompatigado: >99.5%
• Tagaj aparataj agoj: <4
• Liniperdoredukto: 3–8%
• Kondensatorŝaltado vivperiodo: >100,000 cikloj.

5.3 Optimumigtechnikkomparo