تنظیم‌کنندۀ ولتاژ حالت جامد هوشمند برای جبران افت ولتاژ انتهای فیدرهای فشار ضعیف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران.

3 استادیار، پژوهشکده فوتونیک و فناوری‌های کوانتمی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، تهران، ایران.

4 مدیر دفتر تحقیقات، شرکت توزیع نیروی برق استان لرستان، خرم‌آباد، ایران.

10.48301/kssa.2023.390194.2490

چکیده

نوسانات شدید ولتاژ نقاط مختلف شبکه، یکی از دغدغه­های جدی شبکه‏های توزیع انرژی الکتریکی فشار ضعیف گسترده است. به خصوص این‌که بارهای صنعتی کوچک و مصرف­کننده­های روستایی در مناطق جغرافیایی دوردست که از خطوط طولانی تغذیه می­شوند، همواره افت ولتاژهای زیادی را تجربه می­کنند. استفاده از ترانسفورماتورهای توزیع متداول مجهز به تپ چنچرهای غیرقابل تغییر زیر بار، به دلیل مشکلاتی از قبیل عدم دسترسی همۀ نقاط شبکه برای اپراتورها، لزوم بی انرژی کردن خط در هنگام تغییر تپ و تغییر مدام و غیرقابل پیش‏بینی بارها، برای رفع این مشکل خیلی راهگشا نبوده است. از این رو به‌کارگیری ترانسفورماتورهای با تنظیم خودکار ولتاژ در نقاط مختلف شبکه­های توزیع، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. هدف از این مقاله، عملیاتی کردن یک رگولاتور ولتاژ حالت-جامد (SSVR) ساده در محدودۀ توان‏های پایین برای حذف خودکار نوسانات شدید ولتاژ است. در این پژوهش، یک تنظیم کننده ولتاژ حالت جامد با توان نامی kVA 5 برای جبران‌سازی خودکار ولتاژ گروه کوچکی از مشترکین خانگی (که به دلیل دوری از پست توزیع دارای افت ولتاژ شدید هستند) طراحی و ساخته شده است. نتایج اندازه­گیری‏ها نشان می­دهد که این تجهیز می­تواند ولتاژ را در محدودۀ 3%±V220 بدون کاهش کیفیت توان تنظیم نماید. علاوه بر این، در محصول ساخته شده حفاظت‏های مختلف سخت‌افزاری و نرم­افزاری برای مواجه با اغتشاشات شبکه و عملکردهای غیر نرمال مصرف‌کننده اندیشیده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Intelligent Solid-State Voltage Regulator for Voltage Drop Compensation at the End of Low-Voltage Distribution Networks

نویسندگان [English]

  • Morteza Mikhak-Beyranvand 1
  • Hooman Bastami 2
  • Amirhossein Farhadian 3
  • Ebrahim Sharifipour 4
1 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Faculty of Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Lorestan, Iran.
3 Assistant Professor, Photonic and Quantum Technology Institute, Nuclear Science and Technology Institute, Atomic Agency, Tehran, Iran.
4 Manager of the Research Office, Lorestan Province Electricity Distribution Company, Khorramabad, Iran.
چکیده [English]

Severe voltage fluctuations at different points of the network are the main concerns of the widespread low-voltage electrical energy distribution networks. In particular, small industrial loads and rural consumers in remote geographical areas, which are fed by long lines, always experience great voltage drops. The use of common distribution transformers equipped with off-load tap changers has not been effective in solving this problem due to issues such as lack of access to all network points for operators, the need to de-energize the line during tap change, and the successive and unpredictable load changes. Therefore, the use of transformers with automatic voltage adjustment at different points of distribution networks has attracted much attention. The present research aimed to implement a simple solid-state voltage regulator (SSVR) in the low power range to automatically eliminate severe voltage fluctuations. In this research, a solid-state voltage regulator with a rated power of 5 KVA was designed and built to automatically compensate for the voltage of a small group of home customers (who have a severe voltage drop due to the distance from the distribution post). The results of the measurements showed that this equipment can limit the voltage changes to 220±3%, while it does not affect the power quality. In addition, various hardware and software protections were designed for the device built against network disturbances and abnormal consumer functions. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lowe Voltage Distribution Network
  • Voltage Drop Compensation
  • Solid State Switching
  • Intelligent Protection

مراجع

[1] Schatz, R. A. (1966). Electronic load tap changer systems. (US3275929A). Google Patents https://patents.google.com/patent/US3275929A/en
[2] Kandula, R. P., Chen, H., Prasai, A., Lambert, F., Schatz, J., & Divan, D. (2016, September 18-22). Field upgradeable transformer: A fractionally-rated voltage regulator for the distribution system. 2016 Institute of Electrical and Electronics Engineers Energy Conversion Congress and Exposition, Milwaukee, Wisconsin, United States. https:/ /doi.org/10.1109/ECCE.2016.7855116  
[3] Mikha-Beyranvand, M., Faiz, J., Rezaeealam, B., Rezaei-Zare, A., & Jafarboland, M. (2019). Thermal analysis of power transformers under unbalanced supply voltage. The Institution of Engineering and Technology Electric Power Applications, 13(4), 503-512. https:/ /doi.org/10.1049/iet-epa.2018.5799
[4] 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
[5] García, S. M., & Fernández, S. M. (2022). Effective Magnetic-Nonius Onload Tap Changer Stabilizer for High Power Medium Voltage Lines. Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Industrial Electronics, 69(7), 6484-6496. https://doi.org /10.1109/TIE.2021.3097661
[6] 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
[7] Chen, H., Kandula, R. P., Prasai, A., Schatz, J., & Divan, D. (2016, September 18-22). Flexible transformers for distribution grid control. 2016 Institute of Electrical and Electronics Engineers Energy Conversion Congress and Exposition Milwaukee, Wisconsin, United States. https://doi.org/10.1109/ECCE.2016.7855121
[8] 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/T IE.2017.2777380
[9] 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/EE EIC.2011.5874838
[10] 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
[11] Wijesooriya, P. N., Kularatna, N., & Steyn-Ross, D. A. (2020). Efficiency Enhancements to a Linear AC Voltage Regulator: Multiwinding Versus Multitransformer Design. Institute of Electrical and Electronics Engineers Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, 1(2), 192-199. https://doi.org/10.1109/JESTIE.202 0.3003350
[12] Nasef, A., Shaheen, A., & Khattab, H. (2022). Local and remote control of automatic voltage regulators in distribution networks with different variations and uncertainties: Practical cases study. Electric Power Systems Research, 205(4), 107773. https://doi.org/10.1 016/j.epsr.2022.107773
[13] Wang, M., Feng, M., Zhou, W., & Li, H. (2022, August 14-18). Stabilizing Voltage in Power Distribution Networks via Multi-Agent Reinforcement Learning with Transformer. Proceedings of the 28th ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, Washington District of Columbia, United States of America. https://do i.org/10.1145/3534678.3539480
[14] De Negreiros, G. F., Lobo, F. X., Torres, I. C., & Tiba, C. (2023). Impact on Voltage Regulation in Medium Voltage Distribution Networks Due to the Insertion of Photovoltaic Generators. Energies, 16(3), 1307. https://doi.org/10.3390/en16031307
[15] Mikhak-Beyranvand, M., & Bastami, H. (2023). Design and manufacture of solid state voltage regulator for automatic voltage drop compensation. Karafan Quarterly Scientific Journal, 20(1), 55-75. https://doi.org/10.48301/kssa.2022.335171.2053
[16] Astashev, M. G. (2021). Thyristor Voltage Regulators of the Transformer for Distribution Networks. Turkish Journal of Computer and Mathematics Education, 12(10), 2001-2014. https://www.turcomat.org/index.php/turkbilmat/article/view/4706
[17] 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
فصلنامه علمی کارافن
دوره 20، شماره 3
فنی و مهندسی
آذر 1402
صفحه 341-365

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 05 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 08 شهریور 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار