Stufenspannungsreglerlösungen zur Verbesserung der Stabilität und Effizienz von ländlichen Verteilnetzen
I. Technisches Prinzip und Kernvorteile
1. Arbeitsprinzip
Der 32-Schritt Spannungsregler ist ein Anzapfumschaltgerät, das die Spannung durch automatische Umschaltung der Anzapfpositionen von Serienwicklungen regelt:
• Boost/Buck-Modus: Ein Umschalter wählt die relative Polarität der Serie- und Parallelschaltungen, um einen Spannungsregelbereich von ±10% zu erreichen.
• 32-Schritt Feinregulierung: Jeder Schritt regelt die Spannung um 0,625% (insgesamt 32 Schritte), um abrupte Spannungsänderungen zu verhindern und eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen.
• Make-Before-Break-Umschaltung: Verwendet ein „Doppelkontakt + Brückendrossel“-Design. Während der Anzapfumschaltung wird der Laststrom vorübergehend über die Drossel geleitet, um die ununterbrochene Stromversorgung der Last zu gewährleisten.
2. Vorteile für ländliche Netze
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Eigenschaft |
Traditioneller mechanischer Regler |
32-Schritt Spannungsregler |
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Reaktionszeit |
Sekunden bis Minuten |
Millisekunden |
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Regelgenauigkeit |
±2%–5% |
±0,625% |
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Unterstützte Versorgungsreichweite |
Eingeschränkt (Typischerweise <10km) |
Erweitert (>20km) |
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Wartungsbedarf |
Hoch (mechanischer Verschleiß) |
Berührungslos, wartungsfrei |
Tabelle: Leistungsvergleich zwischen traditioneller Ausrüstung und dem 32-Schritt-Regler
II. Spannungsprobleme und Anforderungen in ländlichen Verteilnetzen
Ländliche Stromnetze sind aufgrund der folgenden Merkmale anfällig für Spannungsqualitätsprobleme:
- Zu lange Versorgungsabstände: Signifikanter Spannungsabfall am Ende der Leitung.
- Stark schwankende Lasten: Landwirtschaftliche Lasten (z.B. Bewässerungsausrüstung) führen zu signifikanten Tages- und Nachtspannungsabweichungen (hohe Spannung tagsüber, niedrige Spannung nachts).
- Dreiphasenungleichgewicht: Konzentrierte Einphasenlasten führen zur Verschiebung des Neutralpunktes und verschlimmern die Spannungsunstabilität.
- Veraltete Ausrüstung: Kleine Leiterdurchmesser und unzureichende Transformatorkapazität verschlimmern die Leitungsverluste.
III. Lösungsdesign
1. Systemarchitektur
Verwendet eine hierarchische Bereitstellungsstrategie:
• Ausgang der Umspannanlage: Installieren Sie Typ B-Regler (konstante Erregung), um die Spannung der Hauptleitung zu stabilisieren.
• Mitte/Ende langer Zweige: Setzen Sie Typ A-Regler (z.B. VR-32) ein, um lokale Spannungsabfälle auszugleichen.
2. Schlüsselschritte der Umsetzung
• Standortauswahlprinzip: Basieren Sie die Standortauswahl auf der Spannungsabfallkurve unter maximaler Last; installieren Sie an Knotenpunkten, wo der Spannungsabfall 5% überschreitet.
• Kapazitätsanpassung: Wählen Sie die Reglerkapazität basierend auf dem Spitzenleitungsstrom (z.B. unterstützt der VR-32 im Kreis Zhangwu eine 7700kVA-Last).
• Intelligente Koordination:
- Koordinieren Sie mit statischen Blindleistungsgeneratoren (SVG), um Fluktuationen induktiver Lasten zu dämpfen.
- Kombinieren Sie mit PV-Inverter-Reaktivleistungsregelung, um den Tagesüberstrom zu mildern.
3. Kommunikation und Automatisierung
• Lokale Steuerung: Spannungssensoren liefern Echtzeitfeedback, um Anzapfumschaltungen auszulösen (kein zentraler Befehl erforderlich).
• Fernüberwachung: Übertragen Sie Betriebsdaten (Spannung, Anzapfposition, Lastgrad) an das zentrale Steuersystem, um prädiktive Wartung zu unterstützen.
IV. Anwendungsfälle und Ergebnisse
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Fallgebiet |
Problembeschreibung |
Lösung |
Ergebnisse |
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Alberta, Kanada |
Spannungsabfall >10% am Leitungsende während der Bewässerungsperiode; schwerer Unterstrom |
Installiert wurde ein VR-32-Spannungsregler in der Mitte der Leitung |
Endspannung stabilisiert innerhalb von 230V ±10% (qualifizierter Bereich) |
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Bayern, Deutschland |
Mindestnachtspannung fällt auf 151V |
Installiert wurde eine Kombination (Dynamischer Kompensator + Spannungsregler) am Leitungsende |
Spannung stabilisiert über 210V |
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Landwirtschaftsgebiete, Chile |
Tages- und Nachtspannungsabweichung >15% |
Ein neues flexibles Spannungsreguliergerät wurde am Transformatorausgang installiert |
Gesamttages-Spannungsfluktuationsrate <3% |
V. Innovationsrichtungen und zukünftige Trends
- Synergie mit verteilten Energiressourcen (DER):
Integrieren Sie mit PV-Energiespeicher (DES), um Spannungsverstöße durch Schwankungen erneuerbarer Energien zu unterdrücken. - Künstliche Intelligenz-Optimierung:
Wenden Sie Deep Reinforcement Learning (DRL) an, um Laständerungen vorherzusagen und Anzapfpositionen vorauszuregeln (z.B. Vorspannung bei Erwartung von Bewässerungspiken). - Hybride Spannungsreguliersysteme:
Kombinieren Sie mit Soft Open Points (SOP), um mehrstufige Regelnetze zu bilden: SOP regelt aktive/reaktive Leistung, während Regler den stationären Spannungsabfall handhaben.
VI. Wirtschaftliche und soziale Vorteile
• Rendite auf Investition: Die Kosten eines einzelnen Reglers liegen bei etwa 10.000–15.000 USD, können die Leitungsverluste um 3%–8% reduzieren.
• Verbesserte Stromversorgungsqualität: Die Spannungsqualifikationsrate steigt von <90% auf >99%, unterstützt die Industrialisierung ländlicher Gebiete (z.B. stabiler Betrieb von Kühlketten- und Verarbeitungseinrichtungen).
