پاسخ جامع برای تنظیم کننده های ولتاژ پله ای زیرстанسیون: از اصول کاری تا روندهای آینده

1. اصول کار و تکامل فنی تنظیم‌کننده‌های ولتاژ گامی

تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ گامی (SVR) دستگاه اصلی برای تنظیم ولتاژ در زیراستانیون‌های مدرن است که با استفاده از مکانیزم‌های تغییر گره، تنظیم دقیق ولتاژ را انجام می‌دهد. اصل کار آن بر پایه‌ی تنظیم نسبت ترانسفورماتور است: هنگامی که انحراف ولتاژ تشخیص داده می‌شود، سیستم موتوری گره‌ها را تغییر می‌دهد تا نسبت دورهای لوله‌ای را تنظیم کند و به این ترتیب ولتاژ خروجی را تنظیم کند. SVR‌های معمولی تنظیم ولتاژ ±10% را با گام‌های 0.625% یا 1.25% ارائه می‌دهند که با استاندارد ANSI C84.1 برای نوسانات ولتاژ سازگار است.

1.1 مکانیزم تنظیم گامی

• سیستم تغییر گره: ترکیبی از سوئیچ‌های مکانیکی موتوری و سوئیچ‌های الکترونیکی جامد. از اصل "بستن قبل از باز کردن" با مقاومت‌های انتقالی برای محدود کردن جریان حلقه‌ای استفاده می‌کند تا تامین برق بدون قطع شدن تضمین شود. تغییر گره در 15–30 میلی‌ثانیه کامل می‌شود که منجر به جلوگیری از سقوط ولتاژ برای تجهیزات حساس می‌شود.
• واحد کنترل میکروپروسسوری: با پردازنده‌های 32-بیت RISC برای نمونه‌برداری ولتاژ در زمان حقیقی (≥100 نمونه/ثانیه). از تحلیل FFT مبتنی بر DSP برای جدا کردن مؤلفه‌های اساسی و هارمونیک استفاده می‌کند و دقت اندازه‌گیری ±0.5% را ارائه می‌دهد.

1.2 فناوری‌های کنترل دیجیتال مدرن
ماژول‌های کنترلی چندکاره یکپارچه بهینه‌سازی سناریوهای پیچیده را ممکن می‌سازند:

• کاهش ولتاژ خودکار (VFR): ولتاژ خروجی را در حالت بار زیاد کاهش می‌دهد و با 4–8% کاهش می‌کند. فرمول: Eff. VSET = VSET × (1 - %R)، که در آن %R (معمولاً 2–8%) نسبت کاهش را تعیین می‌کند. به عنوان مثال، سیستم 122V با 4.9% کاهش 116V خروجی می‌دهد.
• محدود کردن ولتاژ: محدوده عملیاتی (به عنوان مثال، ±5% Un) را تعیین می‌کند. در صورت نقض حدود ولتاژ به طور خودکار مداخله می‌کند که توسط اپراتوران محلی/دوردست یا SCADA قابل غیرفعال کردن است.
• حمله‌ی خطای عبوری: تنظیم اساسی را در حالت خطاهای (به عنوان مثال، ولتاژ به 70% Un می‌رسد) حفظ می‌کند. حافظه EEPROM پارامترهای مهم را برای ≥72 ساعت پس از قطع برق نگهداری می‌کند.

2. راه‌حل‌های یکپارچه‌سازی سیستم زیراستانیون

2.1 کنترل گره ترانسفورماتور و جبران موازی
تنظیم ولتاژ نیازمند کنترل هماهنگ شده دستگاه‌های متعدد است:

• تغییر گره تحت بار (OLTC): تنظیم‌کننده اصلی با دامنه ±10%. OLTC‌های مدرن از حسگرهای موقعیت الکترونیکی (±0.5% دقت) برای ارسال داده‌های زمان واقعی به SCADA استفاده می‌کنند.
• بانک‌های خازن: بر اساس تقاضای توان واکنشی به طور خودکار تغییر می‌کنند. موارد معمول: 4–8 گروه، ظرفیت 5–15% از ظرفیت ترانسفورماتور (به عنوان مثال، 2–6 Mvar برای سیستم‌های 33kV). استراتژی‌های کنترلی باید انحراف ولتاژ و عامل توان (هدف: 0.95–1.0) را متعادل کنند تا از جبران بیش از حد جلوگیری شود.

2.2 فناوری‌های جبران سقوط خط
خط‌های تغذیه‌ی دراز مسافت از استراتژی‌های تنظیم توزیع شده استفاده می‌کنند:

• جبران سری: خازنهای سری را روی خطوط هوایی 10–33kV نصب می‌کند تا 40–70% از واکنش خط را جبران کند. به عنوان مثال، یک خازن 2000μF در نقطه‌ی میانی 15 کیلومتر ولتاژ پایانی را با 4–8% افزایش می‌دهد که توسط مقاومت‌های MOV محافظت می‌شود.
• تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط (SVRs): در فاصله‌ی 5–8 کیلومتر از زیراستانیون‌ها نصب می‌شود. ظرفیت: 500–1500 kVA، دامنه ±10%. با واحدهای انتهای خط (FTUs) یکپارچه شده برای خودکارسازی محلی، که وابستگی به ارتباطات را کاهش می‌دهد.

2.3 پیکربندی تجهیزات

3. استراتژی‌های کنترل پیشرفته

3.1 کنترل ناحیه‌ای سنتی و بهبودها
صفحه‌ی ولتاژ-توان واکنشی به 9 ناحیه تقسیم می‌شود تا اقدامات پیش‌تعیین شده را فعال کند:

• منطق ناحیه‌ای: مرزها توسط حدود ولتاژ (به عنوان مثال، ±3% Un) و حدود توان واکنشی (به عنوان مثال، ±10% Qn) تعیین می‌شوند. به عنوان مثال، ناحیه 1 (ولتاژ پایین) افزایش ولتاژ را فعال می‌کند.
• محدودیت‌ها: نوسان‌های مرزی باعث عملکرد مکرر دستگاه‌ها (به عنوان مثال، تغییر گره خازن در ناحیه 5) می‌شود و نمی‌توانند با کوپلینگ چند محدودیت (به عنوان مثال، نقض ولتاژ + کمبود توان واکنشی) مقابله کنند.

3.2 کنترل فازی و منطقه‌بندی پویا
سیستم‌های مدرن از منطق فازی برای رفع محدودیت‌ها استفاده می‌کنند:

• فازی‌سازی: انحراف ولتاژ (ΔU) و انحراف توان واکنشی (ΔQ) را به عنوان متغیرهای فازی (به عنوان مثال، بزرگ منفی تا بزرگ مثبت) با توابع عضویت ذوزنقه‌ای تعریف می‌کند.
• پایه‌ی قاعده: 81 قاعده فازی نگاشت غیرخطی را امکان‌پذیر می‌کند، به عنوان مثال:
• اگر ΔU بزرگ منفی باشد و ΔQ صفر باشد، ولتاژ را افزایش دهید.
• تعدیل پویا: مناطق مرده ولتاژ را در بارهای سنگین (±1.5%→±3%) گسترش می‌دهد که عملکرد دستگاه‌ها را 40–60% کاهش می‌دهد.

3.3 بهینه‌سازی چند هدفه
برای سناریوهای ادغام انرژی توزیع شده:

• تابع هدف:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: ضرایب وزنی؛ Tap_change: هزینه عملیات گره)
• محدودیت‌ها:
1. امان ولتاژ: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. 06/24/2025