Omskakelaarbeheer om spanningsonbalans op laespanning-elektrisiteitsnetwerke te verminder
- Hierdie navorsing ondersoek hoe hernubare energie-omsakelaars gebruik kan word om spanningsonbalans op laespanning-elektrisiteitsnetwerke te verminder, veral in landelike Suid-Afrika. Deur ’n gevorderde beheerstelsel te ontwikkel, kan omskakelaars aktief spanning reguleer deur reaktiewe en aktiewe krag tussen fases aan te pas.
- Simulasie en praktiese toetse toon dat hierdie benadering spanningsonbalans effektief verminder en netwerkstabiliteit verbeter. Die studie bied ’n koste-effektiewe oplossing deur bestaande infrastruktuur te herbenut en dra by tot die verbetering van kraggehalte in landelike verspreidingsnetwerke.
In baie landelike dele van Suid-Afrika word elektrisiteit voorsien deur enkelgeleier-aardretourstelsels wat vanaf driefase-netwerke afkomstig is. Hierdie elektrifiseringsmetode maak dit moeilik om gebalanseerde ladings oor al die fases te handhaaf, en die ongelyke spanningsverdeling oorskry soms die perke wat deur die NRS-048-standaard gestel word.
Hernubare energiebronne soos wind en sonkrag word via omskakelaars (inverters) gekoppel, wat geneig is om onaktief te bly gedurende periodes van lae opwekking. Hierdie situasie skep ’n geleentheid om hierdie omskakelaars te herbenut sodat hulle aktief spanning kan reguleer en onbalanse kan regstel. Teen hierdie agtergrond ondersoek Werner De Wet se navorsing, onder toesig van prof. Johan Beukes, hoe omskakelaarbeheer kan help om spanningsonbalans op laespanning-netwerke te verminder.
Die Beheerstelselbenadering
Die navorsing ondersoek die faktore wat tot spanningsonbalans lei. Landelike kragnetwerke ervaar ongebalanseerde ladings omdat enkelfase-voedings areas met lae verbruik bedien, terwyl komponente soos AC-traksie en nie-getransponeerde lyne addisionele spanning op die stelsel plaas.
Hoewel die NRS-048-standaard spanningsonbalans tot minder as 2% beperk, kan werklike toestande hoër afwykings veroorsaak. Die teenwoordigheid van hernubare energie-omsakelaars dui daarop dat hierdie toestelle ’n dubbele rol kan vervul. In plaas daarvan om onaktief te bly, kan die omskakelaars herprogrammeer word om reaktiewe krag te verskaf en aktiewe kragvloei tussen fases aan te pas.
’n Beheerstelsel is met behulp van MATLAB Simulink ontwikkel om spanningsregulering en spanningsonbalans aan te spreek. Die ontwerp gebruik twee beheerlusse:
- ’n Binne-lus met ’n dubbelstroombeheerder wat positiewe en negatiewe volgorde-komponente in die dq-verwysingsraam bestuur.
- ’n Buite-lus wat bestaan uit ’n GS-spanningbeheerder en twee spanningbeheerders vir die positiewe en negatiewe volgorde-komponente.
Die positiewe volgorde-beheerder pas reaktiewe krag aan om die verlangde spanning by die netwerk-koppelvlak te handhaaf. Die negatiewe volgorde-beheerder verminder spanningsonbalans deur sy ooreenstemmende komponent te minimaliseer.
’n Fasegeslote lus (PLL) verseker sinchronisasie met die netwerkspanning tydens onbalans, hoewel dit ’n vertraging inbring wat die reaksie van die beheerstelsel beïnvloed.
Figuur 1: Bode-respons van die ooplus-oordragfunksie van die beheerstelsel met ’n ideale PI-beheerder.
Simulasie en Eksperimentele Bevindings
Die stelsel is eers in simulasie gemodelleer, waar verskeie scenario’s ondersoek is. Die resultate het getoon dat die bandwydte van die beheerder die reaksiespoed direk beïnvloed. ’n Vinniger beheerlus kon spanningsdips meer effektief kompenseer, terwyl die vertraging van die fasegeslote lus die algehele prestasie beïnvloed het.
Toe die eksperimentele opstelling op ’n 80 kVA-omskakelaar geïmplementeer is wat aan die netwerk gekoppel is, het die positiewe volgorde spanningbeheerder die koppelvlakspanning binne ’n baie nou reeks gehou wanneer gebalanseerde ladings toegepas is.
Met die invoering van ’n las wat ’n 8% onbalans veroorsaak het, het die omskakelaarbeheer die onbalans tot ’n baie lae vlak verminder. Die omskakelaar het per-fase aktiewe en reaktiewe krag aangepas sodat die totale aktiewe kraguitruiling byna nul gebly het, terwyl reaktiewe krag gebruik is om spanningstabiliteit te handhaaf.
Werner De Wet se navorsing bied ’n metode om bestaande omskakelaarinstallasies te herbenut en dit in aktiewe bydraers tot netwerkgehalte te omskep. Die studie beveel verdere ondersoek aan na beheerparameters en verbeterde sinchronisasiemetodes, wat die prestasie van elektriese verspreidingsnetwerke in landelike gebiede kan verbeter.
Laai en lees die volledige navorsingsartikel hier: https://scholar.sun.ac.za/items/e8d47a62-8538-4829-b5f6-a9ceaf445961
Verwante stories
Ingenieurswese en tegnologie
Ingenieurswese Opedag in ’n heringerigte spasie
Grys wolke en ’n donderstorm het min impak gehad om voornemende studente en hulle gesinne te ontmoedig om die 2026-weergawe van die Fakulteit Ingenieurswese se...
Ingenieurswese en tegnologie
Verbetering van Klantbetrokkenheid in E-handel: Die Verbetering van E-bemarking Oopkoerse deur Modelvrye Versterkingsleer
Verbetering van Klantbetrokkenheid in E-handel: Die Verbetering van E-bemarking Oopkoerse deur Modelvrye Versterkingsleer
Bemarking is ’n kernkomponent van...
Ingenieurswese en tegnologie
Die Ontwikkeling van ’n Slim Moniteringstelsel vir Sonkrag-PV Aanlegte deur AES-geënkripteerde LoRa Draadlose Sensornetwerke te Gebruik
Sonfotovoltaïese (PV) tegnologie is ’n kernkomponent van volhoubare energie-oplossings. Tog bring die versekering van doeltreffendheid en betroubaarheid van...