Täislahendus alamvooluastme reguleerijate jaoks: tööpõhimõtetest tulevaste trendideni

1. Sammu ja teguriteerimiste tehnoloogia areng

Sammu pingejuht (SVR) on tänapäeva ümberpaigutamisaladel pinge reguleerimiseks keskne seade, mis saavutab täpset pingestabiliseerimist tappa muutmise mehhanismide kaudu. Tema põhiline printsiip põhineb transformaatoride suhte muutmisel: kui avastatakse pingeviga, siis mootorit juhitav süsteem lülitab tappi, et muuta võrkade ringikere suhet ja reguleerida väljundpinget. Tavalised SVR-d pakuvad ±10% pingereguleerimist sammudega 0.625% või 1.25%, vastavalt ANSI C84.1 standardile pingehälvede kohta.

1.1 Sammu reguleerimismehehanism

• Tapilülitussüsteem: Kombineerib mootorit juhitavaid mehaanilisi lülitusi ja tahvlitehnilisi elektronilisi lülitusi. Kasutab "ühendus-ennelõpetus" printsiipi üleminekupinna piiratamiseks, tagades pideva elektrivoolu. Lülitamine toimub 15–30 ms jooksul, vältides tundliku varustuse jaoks pingevahetusi.
• Mikroprotsessori juhtimise üksus: Varustatud 32-bitiste RISC-protsessoritega reaalajas pingeproovimiseks (≥100 proovi/s). Kasutab DSP-põhiseid FFT-analüüse põhipingega harmooniliste komponentide eraldamiseks, saavutades mõõtmistäpsuse ±0.5%.

1.2 Kaasaegsed digitaalsed juhtimistechnoloogiad
Integreeritud mitme funktsiooniga juhtimismoodulid võimaldavad keerukate stsenaariumide optimeerimist:

• Automaatne pingevähendamine (VFR): Vähendab väljundpinget süsteemi ülekoormisel, vähendades kaotusi 4–8%. Valem: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), kus %R (tavaliselt 2–8%) määrab vähendamissuhe. Näiteks 122V süsteem, kus vähendamissuhe on 4.9%, annab välja 116V.
• Pingeringlimine: Määrab operatsioonide piirangud (nt ±5% Un). Automaatne sisseasumine pingeviolatsioonide korral, ülekirjutatav lokalsete/vähemalt kaugjuhitavate operaatorite või SCADA poolt.
• Viga läbi: Hooldab põhiline reguleerimine vigade ajal (nt pingevahetus 70% Un). EEPROM-salvestus säilitab kriitilisi parameetreid ≥72 tundi väljaspool.

2. Ümberpaigutamissüsteemide integreerimislahendused

2.1 Transformaatori tapijuhtimine & paralleelne kompenseerimine
Pingereguleerimine nõuab mitme seadme koordineeritud juhtimist:

• Kanaline tapimuutija (OLTC): Põhiline regulaator ±10% ulatuses. Kaasaegsed OLTC-d kasutavad elektroonilisi asukohtade sensorite (±0.5% täpsusega) reaalajas andmete edastamiseks SCADA-le.
• Kondensaatoripangad: Automaatne lülitamine passiivse energia nõudluse järgi. Tavalised konfiguratsioonid: 4–8 gruppide, kapasiteet 5–15% transformaatori suhtes (nt 2–6 Mvar 33kV süsteemides). Juhtimisstrateegiad peavad tasakaalustama pingevahetuse ja energiategurit (eeldatav: 0.95–1.0), et vältida ülekompenseerimist.

2.2 Joone languse kompenseerimistechnoloogiad
Pikkad jooned kasutavad hajutatud reguleerimismehehanisme:

• Seriikompenseerimine: Installimine seriikondensaatoreid 10–33kV õhujooned, et kompenseerida 40–70% joone reaktantsi. Näide: 2000μF kondensaator 15 km keskpunktis tõstab lõpppinget 4–8%, kaitstud MOV-lainekindlate abil.
• Joone pingereglatorid (SVR-id): Paigutatakse 5–8 km ümberpaigutamisaladelt. Kapasiteet: 500–1500 kVA, ulatus ±10%. Integreeritud joone terminalüksustega (FTU) paikse automaatikaks, vähendades kommunikatsioonisisese sõltuvust.

2.3 Seadmete konfiguratsioon

3. Edasijõudnud juhtimismehehanismid

3.1 Traditsiooniline üheksa-zone kontroll & parandused
Pingereaktiivne energiaplaneeritud jagatakse 9 zoneks, et käivitada eelmääratud toimingud:

• Zone loogika: Piirid määratakse pingeringide (nt ±3% Un) ja reaktiivsete piirangute (nt ±10% Qn) alusel. Näide: Zone 1 (madal pingeline) käivitab pingehööd.
• Piirangud: Piiriheledused põhjustavad sagedaseid seadme toiminguid (nt kondensaatorilülitamise Zone 5), ebaõnnestudes käsitleda mitme piirangu koppelust (nt pingeviolatsioon + reaktiivne puudus).

3.2 Dumeeritud juhtimine & dünaamiline zonering
Kaasaegsed süsteemid kasutavad dumeeritud loogikat, et ületada piiranguid:

• Dumeerimine: Määrab pingevahetuse (ΔU) ja reaktiivse vahetuse (ΔQ) dumeeritud muutujana (nt Negative Large kuni Positive Large), trapetsi liikmeliste funktsioonidega.
• Reeglipõhi: 81 dumeeritud reeglit võimaldavad mittelineaarset kaardistamist, näiteks:
• IF ΔU on Negative Large AND ΔQ on Zero THEN Raise Voltage.
• Dünaamiline kohandamine: Laieneb pingede surma piirkondi raskete laadimiste ajal (±1.5%→±3%), vähendades seadme toiminguid 40–60%.

3.3 Mitme-eesmärgiline optimeerimine
Jaotatud energia integreerimise stsenaariumide jaoks:

• Eesmärgifunktsioon:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: kaalutegurid; Tap_change: tappi toimingukulu)
• Piirangud:
1. Pingeturvalisus: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Seadme kapasiteet: |Qc| ≤ Qcmax
3. Päevane tappi toimingute arv: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Algoritm: Parandatud PSO-optimeerimine 50 osakesega, koonduv <3s, vastavalt reaalajas nõudlustele.

4. Kommunikatsiooni & automaatika toetussüsteemid

4.1 IEC 61850 kommunikatsiooniarhitektuur

• GOOSE sõnumite saatmine: Toetab ümberpaigutamisalade vahelisi käsklusi <10ms viivitusega. Võimaldab koordineeritud pingekontrolli (nt ümberpaigutamisalad vastavad 100ms jooksul peamise ümberpaigutamisala käsklustele).
• Informatsioonimodelleerimine: Määratleb loogilised nodid (nt ATCC tappi juhtimiseks, CPOW kondensaatorite jaoks), igaüks 30+ andmeobjektiga (nt TapPos, VoltMag) plug-and-play integreerimiseks.

4.2 SCADA süsteemi integreerimine

• Andmekogumine: RTU-d proovivad kriitilisi andmeid (pinge, vool, tappi asukoht) igal 2 sekundil, prioriteetiks pingeandmete edastamine.
• Juhtimisfunktsioonid:
1. Kaugjuhitav parameetrite korrigeerimine (nt VSET, %R).
2. Lõbus automaat/seade režiimi vahetamine.
3. Avtomaatne toimingulukustamine seadme vigade ajal.
• Visualiseerimine: Dinamiilised ühelinia diagrammid (pingeviolatsioonid kirmine), trendikäigud ja hämaräägu.

4.3 Olulised kommunikatsiooniprotokollid

5. Jõudluse optimeerimine & kinnitamine

5.1 Pingeehituse (VO) protokolli rakendamine
USA Energiaassotsiatsiooni kolmefase meetod:

1. Fikseeritud pingevähendamine (VFR): Pidev 2–3% vähendamine (nt 122V→119V). Sobib stabiilsete laadimiste jaoks. Aastane sääst: 1.5–2.5%, kuid oht motori käivitamise probleemidele.
2. Joone languse kompenseerimine (LDC): Dinamiiliselt pingevahetuse reguleerimine laadimisvoolu alusel.
3. Avtomaatne pingetagasiside (AVFC): Sulgeline juhtimine 3–5 kaugjuhitavate sensori/kanali abil. PID-algoritm 30s tsükliga.

5.2 Jõudluse kvantifitseerimine

• Andmekogumine: 0.2S-klassti energiaanalüütikud registreerivad pinge, THD ja energiaparameetrid (1s intervall, 7-päevane kestus).
• Energiasäästu arvutamine: Regressioonanalüüs väldib temperatuuri mõju.
• Olulised näitajad:
• Pingenõuetega vastavus: >99.5%
• Päevane seadme toimingute arv: <4
• Joonekaotuse vähendamine: 3–8%
• Kondensaatorilülitamise elu: >100,000 tsüklit.

5.3 Optimeerimismehehanismide võrdlus