Penyelesaian Lengkap untuk Penyesuai Voltan Langkah Substesen: Dari Prinsip Kerja hingga Trend Masa Depan

1. Prinsip Kerja dan Evolusi Teknologi Pengatur Tegangan Tahapan

Pengatur Tegangan Tahapan (SVR) adalah peranti utama untuk pengaturan tegangan di substasiun moden, mencapai penstabilan tegangan yang tepat melalui mekanisme pemilihan tap. Prinsip utamanya bergantung pada penyesuaian nisbah transformator: apabila penyimpangan tegangan dikesan, sistem yang didorong oleh motor akan menukar tap untuk mengubah nisbah lilitan, menyesuaikan tegangan output. SVR biasa memberikan ±10% pengaturan tegangan dengan inkremen 0.625% atau 1.25%, mematuhi standard ANSI C84.1 untuk fluktuasi tegangan.

1.1 Mekanisme Pengaturan Tahapan

• Sistem Pemilihan Tap: Menggabungkan switch mekanikal yang didorong oleh motor dan switch elektronik padat. Menggunakan prinsip "make-before-break" dengan resistor transisi untuk menghadkan arus sirkulasi, memastikan bekalan kuasa tidak terputus. Pemilihan tap diselesaikan dalam 15–30 ms, mencegah penurunan tegangan untuk peralatan sensitif.
• Unit Kawalan Mikroprosesor: Dilengkapi dengan prosesor RISC 32-bit untuk sampel tegangan masa nyata (≥100 sampel/sec). Menggunakan analisis FFT berdasarkan DSP untuk memisahkan komponen asas dan harmonik, mencapai ketepatan pengukuran ±0.5%.

1.2 Teknologi Kawalan Digital Moden
Modul kawalan multifungsi terintegrasi membolehkan pengoptimuman skenario kompleks:

• Pengurangan Tegangan Automatik (VFR): Mengurangkan tegangan output semasa beban sistem berlebihan, menurunkan kehilangan sebanyak 4–8%. Formula: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), di mana %R (biasanya 2–8%) menentukan nisbah pengurangan. Sebagai contoh, sistem 122V dengan pengurangan 4.9% mengeluarkan 116V.
• Pembatasan Tegangan: Menetapkan had operasi (contohnya, ±5% Un). Secara automatik campur tangan semasa pelanggaran tegangan, boleh ditimpa oleh operator tempatan/jauh atau SCADA.
• Kemampuan Melalui Kesalahan: Mengekalkan pengaturan asas semasa kesalahan (contohnya, tegangan jatuh ke 70% Un). Penyimpanan EEPROM menyimpan parameter penting selama ≥72 jam selepas gangguan.

2. Penyelesaian Integrasi Sistem Substasiun

2.1 Kawalan Tap Transformator & Kompensasi Selari
Pengaturan tegangan memerlukan kawalan koordinat beberapa peranti:

• On-Load Tap Changer (OLTC): Regulator utama dengan ±10% julat. OLTC moden menggunakan sensor kedudukan elektronik (±0.5% ketepatan) untuk menghantar data masa nyata kepada SCADA.
• Bank Kapasitor: Dipindahkan secara automatik berdasarkan permintaan daya reaktif. Konfigurasi biasa: 4–8 kumpulan, kapasiti pada 5–15% daripada penarafan transformator (contohnya, 2–6 Mvar untuk sistem 33kV). Strategi kawalan mesti menyeimbangkan penyimpangan tegangan dan faktor kuasa (sasaran: 0.95–1.0) untuk mengelakkan overkompensasi.

2.2 Teknologi Kompensasi Jatuh Tegangan Garis
Pemakan jarak jauh menggunakan strategi pengaturan terdistribusi:

• Kompensasi Siri: Pasang kapasitor siri pada garis udara 10–33kV untuk mengkompensasi 40–70% dari reaktansi garis. Contoh: kapasitor 2000μF pada titik tengah 15 km meningkatkan tegangan hujung sebanyak 4–8%, dilindungi oleh MOV surge arresters.
• Regulator Tegangan Garis (SVRs): Dikerahkan 5–8 km dari substasiun. Kapasiti: 500–1500 kVA, julat ±10%. Terintegrasi dengan Feeder Terminal Units (FTUs) untuk automasi tempatan, mengurangkan kebergantungan komunikasi.

2.3 Konfigurasi Peranti

3. Strategi Kawalan Lanjutan

3.1 Kawalan Zon Sembilan Tradisional & Peningkatan
Bidang tegangan-daya reaktif dibahagikan kepada 9 zon untuk memicu tindakan yang ditetapkan:

• Logik Zon: Had ditetapkan oleh had tegangan (contohnya, ±3% Un) dan had reaktif (contohnya, ±10% Qn). Contoh: Zon 1 (tegangan rendah) memicu peningkatan tegangan.
• Keterbatasan: Oskilasi sempadan menyebabkan tindakan peranti yang kerap (contohnya, pemindahan kapasitor di Zon 5), dan gagal menangani penghubungan multi-kendala (contohnya, pelanggaran tegangan + kekurangan reaktif).

3.2 Kawalan Fuzzy & Pemzoningan Dinamik
Sistem moden mengadaptasi logik fuzzy untuk mengatasi keterbatasan:

• Fuzzifikasi: Mendefinisikan penyimpangan tegangan (ΔU) dan penyimpangan reaktif (ΔQ) sebagai pemboleh ubah fuzzy (contohnya, Negative Large hingga Positive Large), dengan fungsi keahlian trapezoidal.
• Basis Peraturan: 81 peraturan fuzzy membolehkan pemetaan nonlinear, contohnya:
• JIKA ΔU adalah Negative Large DAN ΔQ adalah Zero MAKA Tingkatkan Tegangan.
• Penyesuaian Dinamik: Memperluas zon mati tegangan semasa beban berat (±1.5%→±3%), mengurangkan tindakan peranti sebanyak 40–60%.

3.3 Pengoptimuman Multi-Tujuan
Untuk skenario integrasi tenaga terdistribusi:

• Fungsi Tujuan:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: pekali penimbang; Tap_change: kos operasi tap)
• Kendala:
1. Keamanan tegangan: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Kapasiti peranti: |Qc| ≤ Qcmax
3. Operasi tap harian: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Algoritma: PSO pengoptimuman yang ditingkatkan dengan 50 partikel konvergen dalam <3s, memenuhi keperluan masa nyata.

4. Sistem Sokongan Komunikasi & Automasi

4.1 Arsitektur Komunikasi IEC 61850

• Pesan GOOSE: Menyokong perintah antara stesen dengan <10ms delay. Membolehkan kawalan tegangan yang diselaraskan (contohnya, substasiun merespons dalam 100ms kepada perintah stesen utama).
• Model Maklumat: Menentukan nod logik (contohnya, ATCC untuk kawalan tap, CPOW untuk kapasitor), setiap satu dengan 30+ objek data (contohnya, TapPos, VoltMag) untuk integrasi plug-and-play.

4.2 Integrasi Sistem SCADA

• Pengambilan Data: RTU mengambil data kritikal (tegangan, arus, kedudukan tap) setiap 2 saat, memprioritaskan penghantaran data tegangan.
• Fungsi Kawalan:
1. Penyesuaian parameter jauh (contohnya, VSET, %R).
2. Peralihan mod otomatik/manual tanpa gangguan.
3. Kunci automatik operasi semasa kesalahan peranti.
• Visualisasi: Diagram garis tunggal dinamik (pelanggaran tegangan ditandai dengan merah), graf trend, dan alaram bunyi.

4.3 Protokol Komunikasi Utama

5. Pengoptimuman & Pengujiannya

5.1 Pelaksanaan Protokol Pengoptimuman Tegangan (VO)
Pendekatan tiga tingkat Persatuan Tenaga AS:

1. Pengurangan Tegangan Tetap (VFR): Pengurangan penuh masa 2–3% (contohnya, 122V→119V). Sesuai untuk beban stabil. Simpanan tahunan: 1.5–2.5%, tetapi berisiko masalah permulaan motor.
2. Kompensasi Jatuh Tegangan Garis (LDC): Menyesuaikan tegangan secara dinamik berdasarkan arus beban.
3. Umpan Balik Tegangan Automatik (AVFC): Kawalan gelung tertutup menggunakan 3–5 sensor jauh/pemakan. Algoritma PID dengan 30s siklus.

5.2 Pengkuantifikasian Prestasi

• Pengumpulan Data: Analis kuasa kelas 0.2S merekod tegangan, THD, dan parameter kuasa (selang 1s, tempoh 7 hari).
• Perhitungan Simpanan Tenaga: Analisis regresi mengeluarkan kesan suhu.
• Metriks Utama:
• Kadar patuhan tegangan: >99.5%
• Tindakan peranti harian: <4
• Penurunan kehilangan garis: 3–8%
• Jangka hayat pemindahan kapasitor: >100,000 siklus.

5.3 Perbandingan Teknik Pengoptimuman