Войти
В электротехнике, в частности энергетике, регулировке напряжения - это мера изменения величины напряжения между передающей и принимающей сторонами компонента, такого как линия передачи или распределительная линия. Регулирование напряжения описывает способность системы обеспечивать почти постоянное напряжение в широком диапазоне условий нагрузки. Этот термин может относиться к пассивному свойству, которое приводит к большему или меньшему падению напряжения при различных условиях нагрузки, или к активному вмешательству в устройства с конкретной целью регулировки напряжения.
В системах электроснабжения регулирование напряжения - это безразмерная величина, определяемая на принимающем конце линии передачи как:
где V nl - это напряжение без нагрузки, а V fl - это напряжение при полной нагрузке. Процентное регулирование напряжения идеальной линии передачи, как определено линией передачи с нулевым сопротивлением и реактивным сопротивлением, будет равно нулю, поскольку V nl равно V fl из-за отсутствия падения напряжения на линии. Вот почему меньшее значение регулировки напряжения обычно полезно, указывая на то, что линия ближе к идеальной.
Формулу регулирования напряжения можно представить в виде следующего: «Рассмотрим мощность, подаваемую на нагрузку, так чтобы напряжение на нагрузке было номинальным напряжением нагрузки V Номинальное, если тогда нагрузка исчезнет, напряжение в точке нагрузки повысится до V nl. "
Стабилизация напряжения в линиях передачи происходит за счет импеданса линии между отправляющим и принимающим концом. Линии передачи по своей сути имеют некоторое количество сопротивления, индуктивности и емкости, которые постоянно изменяют напряжение вдоль линии. И величина, и фазовый угол напряжения изменяются вдоль реальной линии передачи. Влияние импеданса линии можно моделировать с помощью упрощенных схем, таких как приближение короткой линии (наименее точное), приближение средней линии (более точное) и приближение длинной линии (наиболее точное).
Приближение короткой линии. Здесь полное сопротивление линии Z = R + jL. Приближение короткой линии игнорирует емкость линии передачи и моделирует сопротивление и реактивное сопротивление линии передачи в виде простого последовательного резистора и катушки индуктивности. Эта комбинация имеет импеданс R + jL или R + jX. Существует ток одной линии I = I S = I R в приближении короткой линии, отличный от средней и длинной линии. Приближение средней длины линии учитывает проводимость шунта, обычно чистую емкость, путем распределения половины полной проводимости на передающем и принимающем концах линии. Такую конфигурацию часто называют номинальной - π. Приближение длинной линии берет эти сосредоточенные значения импеданса и адмиттанса и распределяет их равномерно по длине линии. Таким образом, приближение длинной линии требует решения дифференциальных уравнений и приводит к наивысшей степени точности.
В формуле регулирования напряжения V без нагрузки - это напряжение, измеренное на клеммах приемного конца. когда принимающая сторона - обрыв цепи. Вся модель короткой линии представляет собой разомкнутую цепь в этом состоянии, и ток не течет в разомкнутой цепи, поэтому I = 0 A и падение напряжения на линии, определяемое законом Ома V падение линии = IZ строка - 0 В. Таким образом, напряжения на передающей и принимающей сторонах одинаковы. Это значение соответствует напряжению на приемном конце, если линия передачи не имеет полного сопротивления. Линия вообще не изменила бы напряжение, что является идеальным сценарием для передачи электроэнергии.
Vполная нагрузка - это напряжение на нагрузке на принимающей стороне, когда нагрузка подключена и ток течет по линии передачи. Теперь V выпадение линии = IZ линия не равно нулю, поэтому напряжения на передающем и принимающем концах линии передачи не равны. Ток I можно найти, решив закон Ома с использованием комбинированной линии и сопротивления нагрузки: 
Влияние этой модуляции на величину напряжения и фазовый угол проиллюстрировано с использованием векторных диаграмм, которые отображают V R, V S, а также резистивные и индуктивные составляющие падения линии V. Показаны три сценария коэффициента мощности, где (а) линия обслуживает индуктивную нагрузку, поэтому ток отстает от конечного напряжения приема, (b) линия обслуживает полностью реальную нагрузку, поэтому ток и напряжение на принимающей стороне находятся в фазе, и (c) Линия обслуживает емкостную нагрузку, поэтому токопроводящие линии принимают конечное напряжение. Во всех случаях сопротивление линии R вызывает падение напряжения, которое находится в фазе с током, а реактивное сопротивление линии X вызывает падение напряжения, которое ведет ток на 90 градусов. Эти последовательные падения напряжения суммируются с напряжением на принимающей стороне, прослеживаясь в обратном направлении от V R до V S в схеме аппроксимации короткой линии. Векторная сумма V R и падений напряжения равна V S, и из диаграмм видно, что V S не равно V R по величине или фазовому углу.
Диаграммы вектора напряжения для короткой линии передачи, обслуживающей отстающие, синфазные и опережающие нагрузки. Диаграммы показывают, что фазовый угол тока в линии существенно влияет на регулирование напряжения. Ток задержки в (a) делает требуемую величину напряжения на передающем конце довольно большим по сравнению с принимающим концом. Однако разница фаз между передающим и принимающим концом сведена к минимуму. Опережающий ток в (c) на самом деле позволяет величине напряжения на передающем конце быть меньше, чем величина на принимающем конце, поэтому напряжение неожиданно увеличивается вдоль линии. Синфазный ток в (b) мало влияет на величину напряжения между передающей и принимающей сторонами, но фазовый угол значительно смещается.
Реальные линии передачи обычно обслуживают индуктивные нагрузки, которые представляют собой двигатели, которые используются повсюду в современной электронике и машинах. Передача большого количества реактивной мощности Q на индуктивные нагрузки приводит к запаздыванию линейного тока по напряжению, а регулирование напряжения характеризуется уменьшением величины напряжения. При передаче большого количества активной мощности P на реальные нагрузки ток в основном находится в фазе с напряжением. Регулировка напряжения в этом сценарии характеризуется уменьшением фазового угла, а не величины.
Иногда термин регулирование напряжения используется для описания процессов, посредством которых уменьшается величина VR, особенно в отношении специальных схем и устройств для этой цели (см. Ниже).
Качество регулирования напряжения в системе описывается тремя основными параметрами:
| Параметр | Символ | Описание |
|---|---|---|
| Регулировка линии | Sv | Измерение способности поддерживать постоянное выходное напряжение, независимо от изменений входного напряжения |
| Регулировка нагрузки | Ro | Измерение способности поддерживать постоянное выходное напряжение, независимо от размера системы нагрузка |
| Температурная зависимость | ST | Мера способности поддерживать постоянное выходное напряжение, независимо от изменений температуры электрических компонентов в системе, особенно полупроводниковых устройств. |
Электроэнергетические компании стремятся предоставлять услуги потребителям на определенном уровне напряжения, например 220 В или 240 В. Однако, в соответствии с законами Кирхгофа, напряжение величина и, следовательно, рабочее напряжение для потребителей будет фактически изменяться по длине проводника, такого как распределительный фидер (см. Распределение электроэнергии ). В зависимости от законодательства и местной практики фактическое рабочее напряжение в пределах диапазона допуска, например ± 5% или ± 10%, может считаться приемлемым. Для поддержания напряжения в пределах допуска при изменяющихся условиях нагрузки традиционно используются различные типы устройств:
• устройство РПН (LTC) на подстанции трансформатор, который изменяет соотношение витков в зависимости от тока нагрузки и тем самым регулирует напряжение, подаваемое на передающий конец фидера;
• регуляторы напряжения, которые по сути представляют собой трансформаторы с переключателями ответвлений для регулирования напряжения вдоль фидера, чтобы компенсировать падение напряжения на расстоянии; и
• конденсаторы, которые уменьшают падение напряжения вдоль фидера за счет уменьшения протекания тока к нагрузкам, потребляющим реактивную мощность.
Новое поколение устройств для регулирования напряжения на основе твердотельной технологии находятся на ранних стадиях коммерциализации.
Регулирование распределения включает «точку регулирования»: точку, в которой оборудование пытается поддерживать постоянное напряжение. Клиенты за пределами этой точки наблюдают ожидаемый эффект: более высокое напряжение при небольшой нагрузке и более низкое напряжение при высокой нагрузке. Клиенты, находящиеся ближе этой точки, испытывают противоположный эффект: более высокое напряжение при высокой нагрузке и более низкое напряжение при небольшой нагрузке.
Распределенная генерация, в частности фотоэлектрическая энергия, подключенная на уровне распределения, представляет ряд существенных проблем для регулирования напряжения.
Типичный профиль напряжения, ожидаемый на распределительном фидере без ДГ. Этот профиль напряжения возникает из-за того, что ток через фидеры без ДГ уменьшается по мере удаления от подстанции. Обычное оборудование регулирования напряжения работает в предположении, что линейное напряжение изменяется предсказуемо с расстоянием вдоль фидера . В частности, напряжение на фидере падает с увеличением расстояния от подстанции из-за полного сопротивления линии, и скорость падения напряжения уменьшается при удалении от подстанции. Однако это предположение может не выполняться, когда присутствует DG. Например, длинный фидер с высокой концентрацией ДГ на конце будет испытывать значительную подачу тока в точках, где напряжение обычно самое низкое. Если нагрузка достаточно мала, ток будет течь в обратном направлении (то есть в сторону подстанции), что приведет к профилю напряжения, который увеличивается с удалением от подстанции. Этот инвертированный профиль напряжения может сбивать с толку обычные элементы управления. В одном из таких сценариев устройства РПН, ожидающие, что напряжение будет уменьшаться по мере удаления от подстанции, могут выбрать рабочую точку, которая фактически приведет к превышению рабочего предела напряжения в линии.
Сравнение 24-часовых колебаний напряжения на фидере без PV, 20% PV и 20% PV с вольтампером. Проблемы регулирования напряжения, вызванные РГ на уровне распределения, усложняются отсутствием оборудования для мониторинга коммунальных служб вдоль распределительных фидеров. Относительная нехватка информации о напряжениях в распределительных сетях и нагрузках затрудняет для коммунальных предприятий выполнение корректировок, необходимых для поддержания уровней напряжения в рабочих пределах.
Хотя DG создает ряд серьезных проблем для регулирования напряжения на уровне распределения, если их объединить с интеллектуальная силовая электроника DG действительно может служить для улучшения регулирования напряжения. Одним из таких примеров является фотоэлектрическая энергия, подключенная к сети через инверторы с управлением вольт-переменная. В исследовании, проведенном совместно Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) и Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI), когда к распределительному фидеру был добавлен вольт-VAR-регулятор с 20% PV
Эквивалентная схема реального трансформатора Одним из вариантов регулирования напряжения является трансформатор. Неидеальные компоненты трансформатора вызывают изменение напряжения при протекании тока. Без нагрузки, когда через вторичные обмотки не течет ток, V nl определяется идеальной моделью, где V S = V P*NS/NP. Глядя на эквивалентную схему и пренебрегая шунтирующими компонентами, что является разумным приближением, можно отнести все сопротивление и реактивное сопротивление к вторичной стороне и ясно увидеть, что вторичное напряжение без нагрузки действительно будет определяться идеальная модель. Напротив, когда трансформатор выдает полную нагрузку, на сопротивлении обмотки происходит падение напряжения, в результате чего напряжение на клеммах нагрузки оказывается ниже ожидаемого. Согласно приведенному выше определению, это приводит к ненулевому регулированию напряжения, которое необходимо учитывать при использовании трансформатора.
