Vispārīga Risinājuma Substacijas Soļu Sprieguma Regulētājiem: No Darbības Principiem līdz Nākotnes Tendencēm

1. Darbības princips un stāvvoltregulētāju tehnoloģiskais attīstības gaitas

Stāvvoltregulētājs (SVR) ir galvenais ierīces, kas tiek izmantots voldžu regulēšanai modernos apgādzes tīklos, sasniedzot precīzu voldžu stabilizāciju caur tap mainīšanas mehānismiem. Tā pamatprincips balstās uz transformatora attiecības pielāgošanu: kad notiek voldžas novirze, dzinēja vadīta sistēma maina tapus, lai maiņotu slēdzļu skaitu, regulējot izvades voldžu. Parastie SVR nodrošina ±10% voldžas regulēšanu ar solis 0,625% vai 1,25%, atbilstoši ANSI C84.1 standartam voldžu svārstību ziņā.

1.1 Solisveida regulēšanas mehānisms

• Tap mainīšanas sistēma: Kombinē dzinēja vadītas mehāniskas un viendabīgas elektroniskas slēdzles. Izmanto "savienojiet pirms atsekošanas" principu ar pārejas rezistoriem, lai ierobežotu cirkulāro strāvu, nodrošinot nepārtrauktu enerģijas piegādi. Mainīšana notiek 15–30 ms laikā, novēršot voldžas pazemināšanos jūtīgiem ierīcēm.
• Mikroprocesora kontrolētājs: Aprīkots ar 32 bitu RISC procesoriem reāllaika voldžas mērīšanai (≥100 mērījumi/s). Izmanto DSP bāzētu FFT analīzi, lai atdalītu pamata un harmoniskās komponentes, sasniegdamā mērījuma precizitāte ir ±0,5%.

1.2 Modernās digitālās kontroles tehnoloģijas
Integrēti daudzfunkcionālie kontrolējošie moduļi ļauj sarežģītu situāciju optimizāciju:

• Automātiska voldžas samazināšana (VFR): Samazina izvades voldžu sistēmas pārmērīgās slodzes gadījumā, samazinot zudējumus par 4–8%. Formula: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), kur %R (parasti 2–8%) definē samazinājuma koeficientu. Piemēram, 122V sistēmai ar 4,9% samazinājumu izvade ir 116V.
• Voldžas robežas: Uzstāda darbības robežas (piemēram, ±5% Un). Automātiski iejaukās voldžas pārkāpumu gadījumā, pārrunājams vietējiem/daloties operatoriem vai SCADA.
• Kļūdas atlīdzināšana: Uztur pamatregulēšanu kļūdu gadījumā (piemēram, voldža pazeminās līdz 70% Un). EEPROM datu glabāšana saglabā kritiskos parametrus vismaz 72 stundas pēc trūkuma.

2. Apgādzes tīklu sistēmu integrācijas risinājumi

2.1 Transformatora tapu kontrole un paralēla kompensācija
Voldžas regulēšanai nepieciešama vairāku ierīču koordinēta kontrole:

• Ielādes tapu mainītājs (OLTC): Galvenais regulatoris ar ±10% diapazonu. Modernie OLTC izmanto elektroniskus pozīcijas sensorus (±0,5% precizitāte), lai nodrošinātu reāllaika datus SCADA.
• Kondensatoru bankas: Automātiski pieslēdzas atkarībā no reaktivā spēka pieprasījuma. Parastās konfigurācijas: 4–8 grupas, kapacitāte ir 5–15% transformatora spēja (piemēram, 2–6 Mvar 33kV sistēmā). Kontroles stratēģijām jābalansē voldžas novirze un jaudas faktors (mērķis: 0,95–1,0), lai izvairītos no pārmērīgas kompensācijas.

2.2 Līnijas pazemināšanas kompensācijas tehnoloģijas
Ilgstošu līniju uznēsājumi izmanto izplatītas regulēšanas stratēģijas:

• Sērijas kompensācija: Instalē sērijas kondensatorus 10–33kV virsgrunta līnijās, lai kompensētu 40–70% līnijas reaktanci. Piemērs: 2000μF kondensators 15 km viduspunktā palielina beigu voldžu par 4–8%, aizsargāts ar MOV impulsu aizsargām.
• Līnijas voldžas regultori (SVR): Izvietoti 5–8 km no apgādzes tīklu centrālām. Kapacitāte: 500–1500 kVA, diapazons ±10%. Integrēts ar Pārklājuma terminālo vienību (FTU) vietējai automatizācijai, samazinot saziņas atkarību.

2.3 Ierīču konfigurācija

3. Paaugstinātas kontrolēšanas stratēģijas

3.1 Tradicionālā deviņzonu kontrolēšana un uzlabojumi
Voldžas un reaktivā jauda plakne ir sadalīta deviņās zonās, lai aktivizētu noteiktus rīkotajus pasākumus:

• Zonas loģika: Robežas tiek noteiktas voldžas robežām (piemēram, ±3% Un) un reaktivās jaudas robežām (piemēram, ±10% Qn). Piemērs: 1 zona (zema voldze) aktivizē voldžas palielināšanu.
• Ierobežojumi: Robežu svārstības rada biežus ierīču darbības (piemēram, kondensatoru pieslēgšana 5. zonā) un nevar efektīvi apstrādāt vairākus ierobežojumus (piemēram, voldžas pārkāpumu + reaktivās jaudas trūkumu).

3.2 Neierobežota kontrolēšana un dinamiskā zonēšana
Modernās sistēmas izmanto neierobežoto loģiku, lai pārvarētu ierobežojumus:

• Neviennozīmīga definīcija: Definē voldžas novirzi (ΔU) un reaktivās novirzi (ΔQ) kā neierobežotas mainīgās (piemēram, Negatīva liela līdz Positīva liela), ar trapecveida piederības funkcijām.
• Noteikumu bāze: 81 neierobežotas noteikumi ļauj nelīnijveida kartēšanu, piemēram:
• JA ΔU ir Negatīva liela UN ΔQ ir Nulle, TAD Palielināt voldžu.
• Dinamiskā pielāgošana: Paplašina voldžas "mirstošo zonu" smagās slodzes laikā (±1,5%→±3%), samazinot ierīču darbības par 40–60%.

3.3 Daudzobjektīva optimizācija
Distribuētās enerģijas integrācijas scenārijos:

• Mērķa funkcija:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: svars koeficienti; Tap_change: tap operācijas izmaksas)
• Ierobežojumi:
1. Voldžas drošība: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Ierīces spēja: |Qc| ≤ Qcmax
3. Dienas tap operācijas: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Algoritms: Uzlabots PSO optimizācijas algoritms ar 50 daudzpartikuliem konverģē <3s, atbilstot reāllaika prasībām.

4. Saziņas un automatizācijas atbalsta sistēmas

4.1 IEC 61850 saziņas arhitektūra

• GOOSE ziņojumi: Atbalsta starptīklu komandas ar <10ms aizkavēšanos. Ļauj koordinētu voldžas kontrolēšanu (piemēram, apgādzes tīklu centrālas reaģē uz galvenās tīklu centrālas komandām 100ms laikā).
• Informācijas modelēšana: Definē loģiskās mezgli (piemēram, ATCC tapu kontrole, CPOW kondensatori), katrs ar 30+ datu objektiem (piemēram, TapPos, VoltMag) plug-and-play integrācijai.

4.2 SCADA sistēmas integrācija

• Datu iegūšana: RTU iegūst kritiskus datus (voldža, strāva, tap pozīcija) ik 2 sekundes, prioritizējot voldžas datu nosūtīšanu.
• Kontroles funkcijas:
1. Attālināta parametru pielāgošana (piemēram, VSET, %R).
2. Seamless automātiskā/līdzās manuālā režīma maiņa.
3. Automātisks darbības bloķēšana ierīču kļūdu gadījumā.
• Visualizācija: Dinamiski vienlinijaini diagrammas (voldžas pārkāpumi izcelti sarkanā krāsā), tendences līknes un skaņas signāli.

4.3 Galvenie saziņas protokoli

5. Izpildspējas optimizācija un validācija

5.1 Voldžas optimizācijas (VO) protokola implementācija
ASV Enerģijas asociācijas trīsstāvokļa pieeja:

1. Fiksētā voldžas samazināšana (VFR): Pilndienas 2–3% samazinājums (piemēram, 122V→119V). Piemērots stabiliem slodžu apgādzes tīkliem. Gada ietaupījumi: 1,5–2,5%, bet risks motoru palaišanas problēmām.
2. Līnijas pazemināšanas kompensācija (LDC): Dinamiski pielāgo voldžu atkarībā no slodzes strāvas.
3. Automātiska voldžas atgriezeniskā saite (AVFC): Aizvērtās kontroles izmantojot 3–5 attālinātos sensorus/pārklājumu. PID algoritms ar 30s cikliem.

5.2 Izpildspējas kvantifikācija

• Datu iegūšana: 0,2S klases enerģijas analizētāji ieraksta voldžu, THD un jaudas parametrus (1 sekundes intervāli, 7 dienu ilgums).
• Enerģijas ietaupījumu aprēķināšana: Regresijas analīze izslēdz temperatūras efektus.
• Galvenie rādītāji:
• Voldžas saskanības rādītājs: >99,5%
• Dienas ierīču darbības: <4
• Līnijas zudumu samazinājums: 3–8%
• Kondensatoru pieslēgšanas izturība: >100,000 cikli.

5.3 Optimizācijas metožu salīdzinājums