Teljes Megoldás a Átalakítók Fokozatos Feszültség Szabályzóire: Működési Elvőktől a Jövőbeli Tendenciákig

1. Lépcsős feszültségállítók működési elve és technológiai fejlődése

A ​Lépcsős feszültségállító (SVR)​​ egy modern átmeneti állomásokban használt alapvető eszköz, amely pontos feszültség-stabilizációt ér el csapodásváltó mechanizmusok révén. Az alapvető elve a ​transzformátor arányának beállítása: ha feszültség-eloszlódást észlel, akkor egy motordrága rendszer váltja a csapodákat, módosítva a tekercs körök arányát, és így a kimeneti feszültséget. A tipikus SVR-k ​±10% feszültség-beállítást​ biztosítanak, lépésekkel ​0,625% vagy 1,25%​, ami megfelel az ANSI C84.1 szabvány feszültség-fluktuációkra vonatkozó előírásainak.

​1.1 Lépcsős beállítási mechanizmus​

• ​Csapodáváltó rendszer: Összevonja a motordrága mechanikus kapcsolókat és a szilárdtestes elektronikus kapcsolókat. Használja a ​"kapcsolás előtt a lekapcsolás"​​ elvet átmeneti ellenállásokkal, hogy korlátozza a cirkuláló áramot, biztosítva a folyamatos energiaszállítást. A váltás 15-30 ms alatt teljesül, megelőzve a feszültség-lehullást érzékeny berendezések esetén.
• ​Mikroprocesszor vezérlő egység: Felszerelt 32 bites RISC processzorokkal valós idejű feszültség-mintavételezésre (≥100 minta/sec). DSP-alapú FFT elemzést alkalmaz, hogy szétválasztható legyen a fundamentális és harmonikus komponensek, elérve ±0,5% mérési pontosságot.

​1.2 Modern digitális irányítási technológiák​
Integrált többfunkcionális irányítási modulok lehetővé teszik a bonyolult forgatókönyvek optimalizálását:

• ​Automatikus feszültség-csökkentés (VFR)​: Csökkenti a kimeneti feszültséget a rendszer túlterhelése esetén, a veszteségeket 4-8%-kal csökkentve. Formula: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), ahol %R (általában 2-8%) meghatározza a csökkentési arányt. Például egy 122V rendszer 4,9%-os csökkentéssel 116V-et ad ki.
• ​Feszültség korlátozása: Beállítja a működési határokat (pl. ±5% Un). Automatikusan beavatkozik a feszültség-sértések esetén, felülbírálható helyi/végleges operátorok vagy SCADA által.
• ​Hiba áthidalása: Tartja a alapvető szabályozást a hibák során (pl. a feszültség 70%-ig esik Un). EEPROM tárolók tartják a kritikus paramétereket legalább 72 órán keresztül a kiesés után.

2. Átmeneti állomás integrációs megoldások

​2.1 Transzformátor csapodáváltó & párhuzamos kompenzálás​
A feszültség szabályozása több eszköz koordinált irányítását igényli:

• ​Terhelés közbeni csapodáváltó (OLTC)​: Elnyelő szabályozó ±10% tartományban. A modern OLTC-k elektronikus pozíciós szenzorokat használnak (±0,5% pontosság) a valós idejű adatok továbbításához a SCADA-hoz.
• ​Kondenzátorbankok: Automatikusan váltják a reaktív teljesítmény-igény alapján. Tipikus konfigurációk: 4-8 csoport, a transzformátor minősítésének 5-15% -a (pl. 2-6 Mvar 33kV rendszerekhez). Az irányítási stratégiák egyensúlyt kell teremteniük a feszültség eltérése és a teljesítmény-faktor (célpont: 0,95-1,0) között, hogy elkerüljék a túlkompenzálást.

​2.2 Vonal-esetenziós kompenzációs technológiák​
A hosszú távolságú áramvonalak disztribuált szabályozási stratégiákat használnak:

• ​Soros kompenzálás: Telepítsen soros kondenzátorokat 10-33kV vízszintes áramvonalakon, hogy kompenzálja a 40-70% -át a vonal reaktanciájának. Példa: Egy 2000μF kondenzátor 15 km középpontban 4-8%-kal növeli a végfeszültséget, MOVS villámirtók védelmével.
• ​Vonal feszültség-szabályozók (SVR-ek)​: Telepítve 5-8 km-re az átmeneti állomásoktól. Kapacitás: 500-1500 kVA, tartomány ±10%. Integrálva Feeder Terminal Units (FTU)-val a helyi automatizációhoz, csökkentve a kommunikációs függőséget.

​2.3 Berendezéskonfiguráció​

3. Haladó irányítási stratégiák

​3.1 Hagyományos kilenc-zónás irányítás & fejlesztések​
A feszültség-reaktív teljesítmény sík 9 zónára osztva, hogy előre definiált műveleteket indítsanak:

• ​Zóna logika: Határok a feszültség-korlátok (pl. ±3% Un) és reaktív korlátok (pl. ±10% Qn) alapján. Példa: Zóna 1 (alacsony feszültség) feszültség-növelést indít.
• ​Korlátok: A határ oscilációk gyakori berendezési műveleteket okoznak (pl. kondenzátor-váltás a Zóna 5-ben), és nem kezelik a többszörös korlátozásokat (pl. feszültség-sértés + reaktív hiány).

​3.2 Homályos irányítás & dinamikus zónázás​
A modern rendszerek homályos logikát alkalmaznak a korlátok felülmúlására:

• ​Homályosítás: Definiálja a feszültség-eltérést (ΔU) és a reaktív-eltérést (ΔQ) homályos változókként (pl. Negatív Nagy a Pozitív Nagy között), trapéz alakú tagsági függvényekkel.
• ​Szabály alap: 81 homályos szabály engedélyezi a nemlineáris leképezést, például:
• HA ΔU negatív nagy ÉS ΔQ nulla AKKOR Növelje a feszültséget.
• ​Dinamikus beállítás: Bővítse a feszültség halott zónáját nagy terhelések esetén (±1,5% → ±3%), csökkentve a berendezési műveleteket 40-60%-kal.

​3.3 Többcélos optimalizáció​
Distribuált energia integrációs forgatókönyvek esetén:

• ​Cél függvény:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: súlyozási együtthatók; Tap_change: csapodá-váltási költség)
• ​Korlátok:
1. Feszültség biztonság: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Berendezési kapacitás: |Qc| ≤ Qcmax
3. Napi csapodá-váltások: ∑|Tap_change| ≤ 8
• ​Algoritmus: Javított PSO-optimalizáció 50 részecskével <3s alatt konvergál, valós idejű követelményeket teljesítve.

4. Kommunikációs & automatizációs támogató rendszerek

​4.1 IEC 61850 kommunikációs architektúra​

• ​GOOSE üzenetkezelés: Támogatja az állomások közötti parancsokat <10ms késleltetéssel. Lehetővé teszi a koordinált feszültség-irányítást (pl. az átmeneti állomások 100ms alatt reagálnak a főállomás parancsaira).
• ​Információ modellezés: Definiálja a logikai csomópontokat (pl. ATCC csapodá-irányítás, CPOW kondenzátorok), mindegyik 30+ adatobjektummal (pl. TapPos, VoltMag) plug-and-play integrációhoz.

​4.2 SCADA rendszer integráció​

• ​Adatgyűjtés: RTU-k mintavételeznek kritikus adatokat (feszültség, áram, csapodá-pozíció) minden 2 másodpercben, prioritizálva a feszültség-adatok továbbítását.
• ​Irányítási funkciók:
1. Távoli paraméter-beállítás (pl. VSET, %R).
2. Sebezhetetlen auto/manual mód váltás.
3. Automatikus művelet-zárolás a berendezési hibák esetén.
• ​Visualizáció: Dinamikus egyvonal-diagramok (a feszültség-sértések pirossal kiemelve), trend görbék és hallható riasztások.

​4.3 Fontos kommunikációs protokollok​

5. Teljesítmény optimalizálás & validálás

​5.1 Feszültség optimalizálás (VO) protokoll implementáció​
Az Egyesült Államok Energia Szövetségének három szintű megközelítése:

1. ​Rendszeres feszültség-csökkentés (VFR)​: Teljes időben 2-3% csökkentés (pl. 122V→119V). Alkalmazható stabil terhelések esetén. Éves takarékok: 1,5-2,5%, de kockázatot jelent a motorindítás szempontjából.
2. ​Vonal-esetenziós kompenzálás (LDC)​: Dinamikusan beállítja a feszültséget a terhelés-áram alapján.
3. ​Automatikus feszültség visszacsatolás (AVFC)​: Zárt hurok irányítás 3-5 távoli szenzorral/áramvonalon. PID algoritmus 30s ciklusokkal.

​5.2 Teljesítmény kvantifikáció​

• ​Adatgyűjtés: 0,2S-os osztályú energia-analizátorok rögzítik a feszültséget, THD-t és energia-paramétereket (1s intervallumban, 7 napig).
• ​Energia takarékok számítása: Regressziós elemzés kizárja a hőmérsékleti hatásokat.
• ​Kulcsfontosságú metrikák:
• Feszültség megfelelőségi arány: >99,5%
• Napi berendezési műveletek: <4
• Vonalveszteség-csökkentés: 3-8%
• Kondenzátor váltási élettartam: >100,000 ciklus.

​5.3 Optimalizációs technikák összehasonlítása​