Komprehensivna rešitev za naprave za prilagajanje naponov v podstanicah: Od delovanja do prihodnjih trendov

1. Delovanje in tehnološki razvoj stopnjenih napetostnih regulirnikov

Stopnjeni napetostni regulirnik (SVR) je ključna naprava za ureditev napetosti v sodobnih pretvorovalnih postajah, ki doseže natančno stabilizacijo napetosti preko mehanizmov spreminjanja tapov. Njegov osnovni princip temelji na spreminjanju omrežja transformatorja: ko je zaznana odstopanje napetosti, sistem, pogonjen motorjem, spremeni tipe, da bi spremenil razmerje števila vinčev, kar privede do prilagoditve izhodne napetosti. Tipični SVR-ji zagotavljajo ±10% ureditev napetosti s koraki 0,625% ali 1,25%, kar se ujema s standardom ANSI C84.1 za fluktuacije napetosti.

1.1 Stopnjeni mehanizem ureditve

• Sistem za preklop tapov: kombinira motor-pogonjene mehanske preklopnike in tranzistorne elektronske preklopnike. Uporablja načelo "stik pred odpustom" z prehodnimi upori, da omeji cirkulirajoč tok in zagotovi neprekinjen oskrbovalni tok. Preklop se zaključi v 15–30 ms, kar prepreči padec napetosti za občutljivo opremo.
• Mikroprocesorska enota za nadzor: Opričena z 32-bitnimi RISC procesorji za realnočasno vzorčenje napetosti (≥100 vzorcev/sec). Uporablja DSP-bazirano FFT analizo za ločevanje osnovnih in harmonskih komponent, kar doseže merilno natančnost ±0,5%.

1.2 Sodobne digitalne tehnologije nadzora
Integrirani večfunkcijski moduli za nadzor omogočajo optimizacijo kompleksnih situacij:

• Avtomatska zmanjšanje napetosti (VFR): Zmanjša izhodno napetost med preobremenitvijo sistema, kar zmanjša izgube za 4–8%. Formula: Eff. VSET = VSET × (1 - %R), kjer %R (običajno 2–8%) določa razmerje zmanjšanja. Na primer, sistem 122V z 4,9% zmanjšanjem izvaja 116V.
• Omejevanje napetosti: Nastavi operativne mej (npr. ±5% Un). Avtomatsko posreduje pri kršitvah napetosti, ki jih lahko preglasijo lokalni/oddaljeni operatorji ali SCADA.
• Preživetje napak: Ohranja osnovno ureditev med napakami (npr. padec napetosti na 70% Un). EEPROM shramba ohranja ključne parametre za ≥72 ur po odrezu.

2. Rešitve za integracijo sistema pretvorovalnih postaj

2.1 Nadzor tapov transformatorja & vzporedna kompenzacija
Ureditev napetosti zahteva koordiniran nadzor več naprav:

• On-Load Tap Changer (OLTC): Primarni ureditelj z ±10% obsegom. Sodobni OLTC uporabljajo elektronske senzorje leg (±0,5% natančnost) za prenos realnega časa podatkov na SCADA.
• Banke kondenzatorjev: Samodejno vklopljene glede na povpraševanje reaktivne moči. Tipične konfiguracije: 4–8 skupin, kapaciteta na 5–15% ocene transformatorja (npr. 2–6 Mvar za sisteme 33kV). Strategije nadzora morajo ravnotežiti odstopanje napetosti in faktor moči ( cilj: 0,95–1,0) za preprečevanje prekomernega kompensiranja.

2.2 Tehnologije za kompenzacijo padca napetosti na liniji
Dolgovezne prenosne linije uporabljajo distribuirane strategije ureditve:

• Vzporedna kompenzacija: Nameščajo vzporedne kondenzatorje na prenosne linije 10–33kV za kompenzacijo 40–70% reaktivnega upora. Na primer, 2000μF kondenzator na sredini 15 km poveča končno napetost za 4–8%, zaščiten z MOV varovalniki.
• Regulatorji napetosti na liniji (SVR): Razpostavljeni 5–8 km od pretvorovalnih postaj. Kapaciteta: 500–1500 kVA, obseg ±10%. Integrirani z Feeder Terminal Units (FTUs) za lokalno avtomatizacijo, kar zmanjša odvisnost od komunikacije.

2.3 Konfiguracija opreme

3. Napredne strategije nadzora

3.1 Tradicionalni devet-zonski nadzor & izboljšave
Ravnina napetosti-reaktivne moči je razdeljena na 9 zon za sproževanje preddefiniranih dejanj:

• Zonska logika: Meje so določene z mejami napetosti (npr. ±3% Un) in reaktivnimi mejami (npr. ±10% Qn). Na primer, zona 1 (nizka napetost) sproži povečanje napetosti.
• Omejitve: Mejni oscilacije povzročajo pogoste dejanja naprav (npr. preklopi kondenzatorjev v zoni 5) in ne morejo obravnavati večine vezanih omejitev (npr. kršitev napetosti + pomanjkanje reaktivne moči).

3.2 Fazi nadzor & dinamično zoniranje
Sodobni sistemi uporabljajo fazi logiko za premagovanje omejitev:

• Fazifikacija: Določi odstopanje napetosti (ΔU) in reaktivno odstopanje (ΔQ) kot fazi spremenljivke (npr. Negativno Veliko do Pozitivno Veliko), z trapezoidnimi funkcijami članstva.
• Baza pravil: 81 fazi pravil omogočajo nelinearno preslikavo, npr.:
• ČE ΔU je Negativno Veliko IN ΔQ je Nič PA Povečaj Napetost.
• Dinamična prilagoditev: Razširi mrtve zone napetosti med velikimi obremenitvami (±1,5%→±3%), kar zmanjša dejanja naprav za 40–60%.

3.3 Večobjektivna optimizacija
Za scenarije z integracijo distribuiranih virov energije:

• Ciljna funkcija:
  Min[Ploss + λ1·(Uref - Umeas)² + λ2·(Qbalance) + λ3·(Tap_change)]
  (λ: težinske koeficiente; Tap_change: strošek delovanja tipov)
• Omejitve:
1. Varnost napetosti: Umin ≤ Ui ≤ Umax
2. Kapaciteta naprave: |Qc| ≤ Qcmax
3. Dnevni preklopi tipov: ∑|Tap_change| ≤ 8
• Algoritem: Izboljšan PSO optimizator z 50 časticami konvergira v <3s, kar zadovoljuje zahteve za realno čas.

4. Komunikacijski & avtomatski podporni sistemi

4.1 Komunikacijska arhitektura IEC 61850

• GOOSE Sporočila: Podpira ukaze med postajami z <10ms zamudo. Omogoča koordinirano ureditev napetosti (npr. podpostaje odgovarjajo v 100ms na ukaze glavne postaje).
• Informacijsko modeliranje: Definira logične vozlišče (npr. ATCC za nadzor tipov, CPOW za kondenzatorje), vsak z 30+ objekti podatkov (npr. TapPos, VoltMag) za plug-and-play integracijo.

4.2 Integracija SCADA sistema

• Prikaži podatke: RTU vzorči ključne podatke (napetost, tok, položaj tipa) vsakih 2 sekund, s prioriteto prenosa podatkov napetosti.
• Funkcije nadzora:
1. Oddaljeno prilagajanje parametrov (npr. VSET, %R).
2. Seamless preklapljanje med avtomatskim in ročnim načinom.
3. Samodejno zaklepanje operacij ob napakah naprav.
• Vizualizacija: Dinamični enolinijkasti diagrami (kršitve napetosti označene rdeče), trend krivulje in zvučni alarmi.

4.3 Ključni komunikacijski protokoli

5. Optimizacija in overjanje zmogljivosti

5.1 Implementacija protokola za optimizacijo napetosti (VO)
Trogledni pristop Ameriškega energetskega združenja:

1. Stalno zmanjšanje napetosti (VFR): Stalno 2–3% zmanjšanje (npr. 122V→119V). Ustrezen za stabilne obremenitve. Letni prihranki: 1,5–2,5%, toda tveganje za težave pri zaganjanju motorjev.
2. Kompencacija pada napetosti na liniji (LDC): Dinamično prilagaja napetost glede na tok obremenitve.
3. Avtomatska povratna zanka napetosti (AVFC): Zaprt okvir nadzora z uporabo 3–5 oddaljenih senzorjev/linija. PID algoritem z 30s cikli.

5.2 Kvantifikacija zmogljivosti

• Zbiranje podatkov: 0,2S-razredni analizatorji moči beležijo napetost, THD in parametre moči (1s intervali, 7-dnevni obdobji).
• Izračun prihrankov energije: Regresijska analiza izključi učinke temperature.
• Ključne metrike:
• Stopnja skladnosti napetosti: >99,5%
• Dnevna dejanja naprav: <4
• Zmanjšanje izgub na liniji: 3–8%
• Življenjski cikel preklopa kondenzatorjev: >100.000 ciklov.

5.3 Primerjava tehnik optimizacije