В электротехнике , особенно в энергетике , регулирование напряжения - это мера изменения величины напряжения между передающим и принимающим концом компонента, такого как линия передачи или распределения. 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.
Электроэнергетические системы [ править ]
В электроэнергетических системах регулирование напряжения - это безразмерная величина, определяемая на приемном конце линии передачи как:
где V nl - напряжение без нагрузки, а V fl - напряжение при полной нагрузке. Регулирование процента напряжение линии передачи идеального, как определено с помощью линии передачи с нулевым сопротивлением и реактивным сопротивлением , была бы равна нулю из - за V Nl равной V фл в результате так как нет никакого падения напряжения вдоль линии. Вот почему обычно выгодно меньшее значение регулировки напряжения , указывающее на то, что линия ближе к идеальной.
Формулу регулирования напряжения можно визуализировать следующим образом: «Рассмотрим мощность, подаваемую на нагрузку, так чтобы напряжение на нагрузке было номинальным напряжением нагрузки V Номинальное , если затем нагрузка исчезнет, напряжение в точке нагрузки повысится. к В нл . "
Регулирование 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 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 линии средней длины учитывает шунтпроводимости, обычно чистой емкости, путем распределения половины полной проводимости на передающем и принимающем концах линии. Эту конфигурацию часто называют номинальной - π. Приближение длинной линии берет эти сосредоточенные значения импеданса и проводимости и распределяет их равномерно по длине линии. Таким образом, приближение длинной линии требует решения дифференциальных уравнений и дает наивысшую степень точности. [2]
В формуле регулирования напряжения V без нагрузки - это напряжение, измеренное на выводах приемного конца, когда приемный конец является разомкнутой цепью. 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, падение линии V = линия IZ равно 0 В. и напряжения на приемном конце, таким образом, одинаковы. Это значение соответствует напряжению на приемном конце, если линия передачи не имеет полного сопротивления. Линия вообще не будет изменять напряжение, что является идеальным сценарием для передачи электроэнергии.
V полная нагрузка - это напряжение на нагрузке на принимающей стороне, когда нагрузка подключена и ток течет по линии передачи. Теперь падение линии V = линия IZ не равно нулю, поэтому напряжения на передающем и принимающем концах линии передачи не равны. В настоящее время можно найти, решая закон Ома , используя комбинированную линию и сопротивление нагрузки: . Тогда V R, полная нагрузка определяется выражением .
Эффекты этого модуляции на величины напряжения и фазового угла иллюстрируется с помощью диаграмм комплексных векторных , которые отображают V R , V S , и резистивные и индуктивные компоненты V капли линии . 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 принимающем конце совпадают по фазе, и (c) Линия обслуживает емкостную нагрузку, поэтому ток ведет к получению конечного напряжения. Во всех случаях сопротивление линии R вызывает падение напряжения, которое находится в фазе с током, а реактивное сопротивление линии X вызывает падение напряжения, которое опережает ток на 90 градусов. Эти последовательные падения напряжения суммируются с напряжением на принимающей стороне, идущим в обратном направлении от VR - 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.
Из диаграмм видно, что фазовый угол тока в линии существенно влияет на регулирование напряжения. Ток запаздывания 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) фактически 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 существуют 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 совпадает по фазе с напряжением. Регулирование 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).
Параметры электронного блока питания [ править ]
Качество регулирования напряжения в системе описывается тремя основными параметрами:
| Параметр | Условное обозначение | Описание |
|---|---|---|
| Линия регулирования | S v | Мера способности поддерживать постоянное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения. |
| Регулирование нагрузки | R o | Мера способности поддерживать постоянное выходное напряжение независимо от размера нагрузки системы. |
| Температурная зависимость | S T | Мера способности поддерживать постоянное выходное напряжение, независимо от колебаний температуры электрических компонентов в системе, особенно устройств на основе полупроводников. |
Регулирование распределительного фидера [ править ]
Электроэнергетические компании стремятся предоставлять услуги потребителям на определенном уровне напряжения, например 220 В или 240 В. Однако, в соответствии с законами Кирхгофа , величина напряжения и, следовательно, рабочее напряжение для потребителей фактически будет изменяться по длине проводника. например, 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. Чтобы поддерживать напряжение в пределах допуска при изменяющихся условиях нагрузки, традиционно используются различные типы устройств: [3]
- РПН (LTC) на подстанции трансформатора , который изменяет соотношение витков в ответ на ток нагрузки и тем самым регулирует напряжение , подаваемое на передающем конце подающего устройства;
- 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 тока, протекающего к нагрузкам, потребляющим реактивную мощность .
Новое поколение устройств регулирования напряжения на основе полупроводниковой технологии находится на ранних стадиях коммерциализации. [4]
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.
Осложнения из-за распределенной генерации [ править ]
Распределенная генерация , в частности фотоэлектрические системы, подключенные на уровне распределения, представляет ряд серьезных проблем для регулирования напряжения.
Обычное оборудование для регулирования напряжения работает в предположении, что линейное напряжение изменяется предсказуемо с расстоянием вдоль фидера . В частности, напряжение фидера падает с увеличением расстояния от подстанции из-за полного сопротивления линии, а скорость падения напряжения уменьшается при удалении от подстанции . [5] 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 нагрузкаявляется достаточно низким, ток будет течь в обратном направлении (т. е. в сторону подстанции), в результате профиль напряжения будет увеличиваться с увеличением расстояния от подстанции. Этот инвертированный профиль напряжения может сбивать с толку обычные элементы управления. В одном из таких сценариев переключатели ответвлений нагрузки, ожидающие, что напряжение будет уменьшаться по мере удаления от подстанции, могут выбрать рабочую точку, которая на самом деле вызывает превышение напряжения на линии рабочих пределов. [6]
Проблемы регулирования напряжения, вызванные ДГ на уровне распределения, осложняются отсутствием оборудования для мониторинга энергосистемы вдоль распределительных фидеров. Относительная нехватка информации о распределительных напряжениях и нагрузках затрудняет для коммунальных предприятий выполнение необходимых корректировок для поддержания уровней напряжения в рабочих пределах. [7]
Хотя DG создает ряд серьезных проблем для регулирования напряжения на уровне распределительной сети, в сочетании с интеллектуальной силовой электроникой DG действительно может служить для улучшения усилий по регулированию напряжения. [8] Одним из таких примеров является фотоэлектрическая система, подключенная к сети через инверторы с вольтампером . В исследовании, проведенном совместно Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) и Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI) , когда к распределительному фидеру было добавлено управление вольт-переменным током с проникновением 20% солнечной энергии , суточные колебания напряжения на фидере были значительно уменьшены . [9]
Трансформеры [ править ]
Один из вариантов регулирования напряжения - трансформатор . Неидеальные компоненты трансформатора вызывают изменение напряжения при протекании тока. При отсутствии нагрузки, когда ток не протекает через вторичные катушки, V п задается модель идеального, где V S = V P * N S / N P . Глядя на эквивалентную схемуи 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 дано идеальной моделью. 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. [2]
См. Также [ править ]
- Регулятор напряжения
- Распределение электроэнергии
- Шунтирующий регулятор
Ссылки [ править ]
- ^ Gönen, Туран (2012). Электрические машины с MATLAB (R) . CRC Press. п. 337. ISBN 978-1-43-987799-9.
- ^ a b Грейнджер, Джон Дж. и Уильям Д. Стивенсон (1994). Анализ и проектирование энергосистемы . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 196–214. ISBN 978-0070612938.
- ^ фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы: концептуальное введение . Wiley-IEEE. С. 184–188. ISBN 0471178594.
- ^ "Статья Greentechmedia о сетевом датчике с коррекцией напряжения" . Проверено 4 мая 2013 года .
- ^ фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы: концептуальное введение . Wiley-IEEE Press. п. 186. ISBN. 0471178594.
- ^ «Влияние распределенной генерации на качество электроэнергии: влияние на стабилизацию установившегося напряжения»: 7. CiteSeerX 10.1.1.202.5283 . Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ Турицын, Константин С. (2010). «Статистика падения напряжения в радиальных распределительных цепях: подход динамического программирования». arXiv : 1006.0158 [ math.OC ].
- ^ «Влияние распределенной генерации на профиль напряжения в дерегулируемой распределительной системе» (PDF) . п. 6 . Проверено 5 мая 2015 года .
- ^ «Обновление экранов межсоединений для интеграции фотоэлектрической системы» (PDF) . п. 20 . Проверено 5 мая 2015 года .
