فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

طراحی و ساخت تنظیم کننده ولتاژ حالت جامد برای جبران خودکار افت ولتاژ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.
2 دانش‌آموخته مقطع دکتری، گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران.
چکیده
شبکه‌های توزیع انرژی الکتریکی فشار ضعیف ولتاژ v220 را به مشتریان تکفاز تحویل می‌دهند. در شبکه فشار ضعیف، طول برخی از فیدرها طولانی است به گونه‌ای که مشترکین انتهای فیدر با افت ولتاژ بیش از حد روبرو می‌شوند. جبرانسازی این افت ولتاژ با احداث خطوط فشار متوسط و نصب پست‌های توزیع جدید مقرون به صرفه نیست. به ویژه در مناطق روستایی که چشم‌انداز توسعه و افزایش مشترکین احتمال پایینی دارد. بنابراین، بایستی راه‌حل‌های انعطاف‌پذیر و کم هزینه دیگری نیز مورد بررسی قرار گیرند. در این پژوهش، برای جبران افت ولتاژ گروه کوچکی از مشترکین خانگی که به دلیل دوری از پست توزیع دارای افت ولتاژ هستند یک نمونه نیمه صنعتی تنظیم کننده ولتاژ حالت-جامد طراحی و ساخته می‌شود. در این ساختار از اتوترانسفورماتورهای خشک با توان نامی KVA15 به صورت تکفاز (یا سه فاز) استفاده خواهد شد. تغییر تپ‌های اتوترانسفورماتور فشارضعیف با استفاده از کلیدهای نیمه‌هادی ترایاک و با کنترل حلقه بسته ولتاژ انحام می‌شود. برای نشان دادن کارایی این روش، یک نمونه آزمایشگاهی VA500 با استفاده از 12 عدد ترایاک با جریان نامی 40 آمپر ساخته شده که نتایج موفقیت آمیزی از آن حاصل گردیده است. نتایج اندازه‌گیری نشان می‌دهد که این تجهیز می-تواند تغییرات ولتاژ را به محدوده 0/95 تا 1/05 مقدار نامی محدود نمایید ضمن اینکه کیفیت توان را نیز تحت تاثیر قرار نمی‌دهد. نمونه نیمه صنعتی این تنظیم کننده ولتاژ ساخته شده و با موفقیت بصورت میدانی تست شده است که در آن توابع حفاظتی مناسب جهت بکارگیری در شبکه‌های قدرت تعبیه شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Design and Manufacture of Solid-State Voltage Regulator for Automatic Compensation of Voltage Drop

نویسندگان English

Morteza Mikhak-beyranvand 1
Houman Bastami 2
1 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 PhD Graduate, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
چکیده English

Electricity distribution network delivers voltage 220V to single phase customers. In weak distribution system, the length of feeders is long so the end of feeders is faced with excessive voltage drop. Compensating for this voltage drop by constructing medium voltage power system and installing new distribution substations is not cost effective. Especially in rural areas where the prospect of development and increase in subscribers is unlikely. Therefore, other flexible and low-cost solutions should be considered. In this research, to compensate for voltage drop, a small group of home subscribers who have voltage drop due to their distance from the distribution substation, a semi-industrial model of solid-state voltage regulator is designed and manufactured. In this structure, dry autotransformers with nominal power of 15KVA will be used as single-phase (or three-phase). The low-voltage autotransformer taps are changed by the use of triac semiconductor switches with voltage closed-loop control. To show the efficiency of this method, a 500VA laboratory sample was made using 12 triacs with 40A rated current, from which successful results were obtained. The measurement results show that this equipment can limit the voltage changes to the range of 0.95 to 1.05 of the nominal value while also not affecting the quality of power. The semi-industrial version of this voltage regulator has been manufactured and successfully tested, in which appropriate protection functions are embedded for operational use in power systems.

کلیدواژه‌ها English

Autotransformer with Tap
Analog System
Distribution System
Solid state Switch
Voltage Regulator
[1] Quevedo, J. d. O., Cazakevicius, F. E., Beltrame, R. C., Marchesan, T. B., Michels, L., Rech, C., & Schuch, L. (2017). Analysis and Design of an Electronic On-Load Tap Changer Distribution Transformer for Automatic Voltage Regulation. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Industrial Electronics, 64(1), 883-894. https://do i.org/10.1109/TIE.2016.2592463
[2] Mikhak-Beyranvand, M., Faiz, J., Rezaei-Zare, A., & Rezaeealam, B. (2020). Electromagnetic and thermal behavior of a single-phase transformer during Ferroresonance considering hysteresis model of core. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 121, 106078. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106078
[4] Schatz, R. A. (1966). Electronic load tap changer systems. (US3275929A). Westinghouse Electric Corporation. https://patents.google.com/patent/US3275929A/en?oq=US3275 929A
[6] Thompson, R. (1968). A Thyristor Alternating-Voltage Regulator. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Industry and General Applications, IGA-4(2), 162-166. https://doi.org/10.1109/TIGA.1968.4180871
[7] Fernández, S. M., García, S. M., Olay, C. C., Rodríguez, J. C. C., García, R. V., & López, J. V. (2018). Electronic Tap Changer for Very High-Power Medium-Voltage Lines With No Series–Parallel Thyristors. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Industrial Electronics, 65(7), 5237-5249. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2777380
[8] Garcia, S. M., Rodriguez, J. C. C., Jardini, J. A., Lopez, J. V., Segura, A. I., & Cid, P. M. M. (2009). Feasibility of Electronic Tap-Changing Stabilizers for Medium Voltage Lines—Precedents and New Configurations. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Power Delivery, 24(3), 1490-1503. https://doi.org/10.11 09/TPWRD.2009.2021032
[9] Mouli, G. R. C., Bauer, P., Wijekoon, T., Panosyan, A., & Bärthlein, E. M. (2015). Design of a Power-Electronic-Assisted OLTC for Grid Voltage Regulation. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Power Delivery, 30(3), 1086-1095. http s://doi.org/10.1109/TPWRD.2014.2371539
[10] Kadurek, P., Cobben, J. F. G., & Kling, W. L. (2011, May 8-11). Smart transformer for mitigation of voltage fluctuations in MV networks. 2011 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Rome, Italy. https://doi.org/10.1109/E EEIC.2011.5874838
[11] Ismail, A. A. A., Alsuwaidi, H., & Elnady, A. (2021). Automatic Voltage Stabilization Using IGBT Based on Load Tap Changer With Fault Consideration. Institute of Electrical and Electronics Engineers Access, 9, 72769-72780. https://doi.org/10.1109/ACCES S.2021.3079507
[12] Lima, R. N. D. C., & Macedo, J. R. (2022). A Novel Switching Methodology for Low Voltage Static Regulators. Institute of Electrical and Electronics Engineers Access, 10, 20745-20763. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3152205
[13] Maschinenfabrik Reinhausen. (2023). On-Load Tap-Changers. MR. https://www.reinha usen.com/portfolio/on-load-tap-changers
[14] Servetas, E. C., & Vlachakis, A. V. (1981). A New AC Voltage Regulator Using Thyristors. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, IECI-28(2), 140-145. https://doi.org/10.1109/TIECI.1 981.351040
[15] Kersting, W. H. (2009, March 15-18). The modeling and application of step voltage regulators. 2009 Institute of Electrical and Electronics Engineers/Power and Energy Society Power Systems Conference and Exposition., Seattle, WA, USA. https://doi.org/10.1109/P SCE.2009.4840004
دوره 20، شماره 1 - شماره پیاپی 61
فنی و مهندسی
بهار 1402
صفحه 55-74

  • تاریخ دریافت 11 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 19 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش 03 آبان 1401