Komprehensivno rešenje za naponske reglatori na stepenu podstаница: Од принципите на работа до буџуќите тенденции

1. Принцип на работа и технологска еволуција на регулаторите на напон со кораци

Регулаторот на напон со кораци (SVR) е основно уред за регулација на напон во современите подстанции, кој постигнува прецизна стабилизација на напон преку механизми за промена на корачи. Неговиот основен принцип се заснова на промена на односот на трансформаторот: кога се детектира отклонување на напон, моторски систем превклучува корачи за да го промени односот на бројот на обиколки, што го прилагодува излезниот напон. Типичните SVR-ови овозможуваат регулација на напонот ±10% со корачи од 0,625% или 1,25%, во согласност со ANSI C84.1 стандардот за флукутуации на напон.

1.1 Механизам за корачна регулација

• Систем за превклучување на корачи: Комбинира моторски механички превклучувачи и тврди државни електронски превклучувачи. Искористува принципот "превклучи пред да прекинеш" со преминувачки резистори за ограничување на циркулантскиот ток, осигурувајќи непрекината достава на стрuja. Превклучувањето се завршува во 15–30 ms, спречувајќи пад на напон за осетливи опреми.
• Микропроцесорска контролна единица: Опремена со 32-битни RISC процесори за реално време узорковање на напон (≥100 узорци/сек). Користи FFT анализа базирана на DSP за да се раздели основниот и хармоничкиот компонент, постигнувајќи точност на мерење од ±0,5%.

1.2 Современи технологии за цифрово управување
Интегрирани многуфункционални контролни модули овозможуваат оптимизација на комплексни сценарија:

• Автоматско намалување на напон (VFR): Намалува излезниот напон во текот на претоварување на системот, намалувајќи губитоци за 4–8%. Формула: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), каде што %R (обично 2–8%) дефинира степенот на намалување. На пример, систем со 122V со 4,9% намалување излегува 116V.
• Ограничување на напон: Поставува оперативни граница (напр. ±5% Un). Автоматски се вмешува при нарушување на напон, преклопливо од локални/удалени оператори или SCADA.
• Продолжување на функционирање при грешка: Подржува основна регулација во текот на грешки (напр. напонот падне до 70% Un). EEPROM складиште критични параметри за ≥72 часа по прекинување.

2. Решенија за интеграција на подстанциони системи

2.1 Контрола на корачи на трансформаторот & паралелна компензација
Регулацијата на напон бара координирано управување на повеќе уреди:

• Превклучувач на корачи под напон (OLTC): Примарен регулатор со опсег ±10%. Современите OLTC користат електронски сензори за положение (±0,5% точност) за да пренесуваат реални податоци до SCADA.
• Банки на кондензатори: Автоматски се превклучуваат врз основа на потребата за реактивна моќ. Типични конфигурации: 4–8 групи, капацитет од 5–15% од класификацијата на трансформаторот (напр. 2–6 Mvar за 33kV системи). Стратегиите за контрола мора да балансираат отклонување на напон и фактор на моќ (цел: 0,95–1,0) за да се избегне прекомерна компензација.

2.2 Технологии за компензација на пад на напон во линијата
Долги надворешни линии користат распределени стратегии за регулација:

• Серијска компензација: Инсталирајте серијски кондензатори на 10–33kV надворешни линии за да компензирате 40–70% од реактивната индуктивност на линијата. Пример: 2000μF кондензатор на средина на линијата од 15 km ја подигнува крајната напон за 4–8%, заштитен со MOV арестирач на градација.
• Регулатори на напон во линијата (SVR-ови): Деплоирани на 5–8 km од подстанциите. Капацитет: 500–1500 kVA, опсег ±10%. Интегрирани со Feeder Terminal Units (FTU) за локализирана автоматизација, намалувајќи зависноста од комуникација.

2.3 Конфигурација на опрема

3. Напредни стратегии за управување

3.1 Традиционална контрола со девет зони и подобрувања
Планот на напон-реактивна моќ е поделен на 9 зони за да се активираат предефинирани акции:

• Логика на зони: Границите се поставени со лимити на напон (напр. ±3% Un) и реактивни лимити (напр. ±10% Qn). Пример: Зона 1 (нисок напон) активира повеќе напон.
• Ограничувања: Осцилациите на границите причинуваат често делување на уредите (напр. превклучување на кондензатори во зона 5) и не можат да се справат со повеќе ограничувања (напр. прекршај на напон + недостиг на реактивна моќ).

3.2 Фази контрола и динамичко зонирање
Современите системи го применуваат фази логика за да преодолеат ограничувањата:

• Фазификација: Дефинира отклонување на напон (ΔU) и реактивно отклонување (ΔQ) како фази променливи (напр. Отрицателно големо до Позитивно големо), со трапецоидни функции на членство.
• Основа на правила: 81 фази правила овозможуваат нелинеарно пресликување, на пример:
• АКО ΔU е Отрицателно големо И ΔQ е Нула ТОГАШ Подигни напон.
• Динамичка прилагодба: Проширува мртве зони на напон во текот на тешки натоварувања (±1,5%→±3%), намалувајќи ги акциите на уредите за 40–60%.

3.3 Многуцелна оптимизација
За сценарија на интеграција на распределена енергија:

• Целева функција:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: коефициенти на тежина; Tap_change: цена на операција на корачи)
• Ограничувања:
1. Безбедност на напон: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Капацитет на уредот: |Qc| ≤ Qcmax
3. Дневни операции на корачи: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Алгоритам: Подобрен PSO оптимизација со 50 честички конвергира за <3s, задоволувајќи реалните временски захтеви.

4. Комуникација и поддршка на системи за автоматизација

4.1 Архитектура на комуникација IEC 61850

• GOOSE пораки: Поддржува команди помеѓу станции со <10ms закашнение. Овозможува координирана контрола на напон (напр. подстанциите одговоруваат во 100ms на команди од главната станција).
• Информациона моделирање: Дефинира логички јазли (напр. ATCC за контрола на корачи, CPOW за кондензатори), секој со 30+ објекти на податоци (напр. TapPos, VoltMag) за plug-and-play интеграција.

4.2 Интеграција на SCADA систем

• Собирање на податоци: RTU-тите узоркуваат критични податоци (напон, ток, положение на корачи) секои 2 секунди, додека првенство има пренос на податоци за напон.
• Функции за контрола:
1. Удалено прилагодување на параметри (напр. VSET, %R).
2. Сеамлесно превклучување помеѓу автоматски и ручен режим.
3. Автоматско блокирање на операција во текот на грешки на уредите.
• Визуелизација: Динамички једно-линиски дијаграми (нарушенија на напон се истакнуваат со црвено), тренд криви и аудијални аларми.

4.3 Клучни протоколи за комуникација

5. Оптимизација на перформансите и валидација

5.1 Имплементација на протоколот за оптимизација на напон (VO)
Три-ниво подход на Удружението за енергија на САД:

1. Фиксно намалување на напон (VFR): Полновремено 2–3% намалување (напр. 122V→119V). Одговара на стабилни натоварувања. Годишни сакупи: 1,5–2,5%, но ризикува со проблеми со стартерите на моторите.
2. Компензација на пад на напон во линијата (LDC): Динамички прилагодува напонот на основа на токот на натоварување.
3. Автоматски обратен одговор на напон (AVFC): Затворена контролна петлица со 3–5 удалени сензори/фидер. PID алгоритам со циклуси од 30секунди.

5.2 Квантитација на перформансите

• Собирање на податоци: Анализатори на моќ класа 0,2S запишуваат напон, THD и параметри на моќ (интервали од 1секунда, траење од 7 дена).
• Израчунување на сакупи на енергија: Анализа на регресија исключува ефектите на температурата.
• Клучни метрики:
• Стапка на спроведување на напон: >99,5%
• Дневни акции на уредите: <4
• Намалување на губитоци во линијата: 3–8%
• Живот на превклучување на кондензаторите: >100,000 циклуси.

5.3 Споредба на техники за оптимизација