Анализ реактивной мощности в энергосистеме

Анализ реактивной мощности в энергосистеме

Реактивная мощность — это мнимая мощность, но тем не менее она необходима в энергосистеме. При избытке реактивной мощности в энергосистеме возможно повышение напряжения, а при недостатке реактивной мощности напряжение может быть низким. В этой статье мы объясним различные аспекты реактивной мощности, какова ее роль в энергосистеме и как ее можно ввести в энергосистему.

Основные сведения о напряжении и реактивной мощности в энергосистеме:

Желательно, чтобы Напряжение в энергосистеме было везде равно 1 на единицу (о.е.) (но поддерживать его крайне невозможно). Контроль реактивной мощности и величины напряжения почти родственные слова; точно так же контроль активной мощности и угол напряжения почти родственные слова. Рассмотрим рисунок 1. Шина-1 соединена с бесконечной шиной длинной линией передачи. Как правило, активная мощность течет от угла высокого напряжения к углу более низкого напряжения, а реактивная мощность течет от более высокого напряжения к более низкому значению напряжения. Итак, на рисунке 1 активная и реактивная мощность будут течь от шины-1 к шине-2 (в некоторых случаях это зависит также и от других факторов).

Анализ реактивной мощности синхронного генератора:

Рассмотрите простую эквивалентную схему синхронного генератора (SG), как показано на рисунке 2. Его клеммное напряжение равно 1∠0, или можно сказать, что СГ напрямую подключен к бесконечной шине.

Следует отметить, что реактивная мощность является мнимой мощностью так что он может поставляться или поглощаться SG. Если E_f меньше «1» (т. е. E_f т ), то будем говорить, что он работает при низком возбуждении (т.е. постоянный ток в его обмотке возбуждения мал); В этом случае СГ может потреблять реактивную мощность. Если E_f больше 1 (т. е. E_f>V_т ), то будем говорить, что он работает при высоком возбуждении (т.е. постоянный ток в его обмотке возбуждения велик); В этом случае СГ может поставлять реактивную мощность.

Активная сила называется истинной силой. СГ всегда подает активную мощность; Таким образом, вы можете понять, почему угол ротора является положительным в случае синхронного генератора и отрицательным в случае синхронного двигателя.

Уравнение «Вход =выход + потери» справедливо для любой машины. Для СГ уравнение выглядит так:«Механический вход =электрическая мощность (активная мощность) + потери».

Как написано выше, если СГ работает на высоком возбуждении, то он может генерировать реактивную мощность, т.е. СГ будет поставлять реактивную мощность в систему. На самом деле то, что происходит, это просто обмен энергией между генератором и нагрузкой. (Предположим, что нагрузкой является асинхронный двигатель. Таким образом, будет происходить обмен энергией между SG и асинхронным двигателем; или мы можем сказать, что SG генерирует реактивную мощность, а асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность; но это всего лишь условность, реактивная мощность является мнимой. следовательно, мощность не может быть произведена или потреблена).

В книгах Power System для расчета комплексной мощности упоминается формула S=VI*. Если используется формула S=V*I, можно получить тот же результат, за исключением того, что знак реактивной мощности будет изменен на противоположный. Итак, ученые-электротехники доработали формулу S=VI* и отбросили вторую формулу. Почему они выбрали первую формулу вместо второй, попробуйте сами проанализировать на основе этой статьи.

Из рисунка 3 легко понять, почему активная мощность называется истинной мощностью, а реактивная мощность называется мнимой мощностью.

Одна диаграмма SG показана на рисунке 4. . Этот рисунок также говорит сам за себя.

В его поле определяется, является ли напряжение постоянного тока (или ток) выше, чем SG будет поставлять больше реактивной мощности. Итак, возможно, вы думаете, что мощность постоянного тока обмотки возбуждения преобразуется в реактивную мощность. Это большое заблуждение среди студентов. Обратите внимание, большее постоянное напряжение в обмотке возбуждения означает больший постоянный ток, и эта мощность будет потребляться как I ² . Потери R в сопротивлении обмотки возбуждения ‘R’. Никакая мощность постоянного тока в цепи возбуждения не будет преобразована в реактивную мощность. С увеличением постоянного тока увеличивается реактивная мощность, выдаваемая СГ, а значит, увеличивается энергообмен генератора с нагрузкой. При большом постоянном токе в обмотке возбуждения поток в индуктивности обмотки возбуждения будет большим, что будет способствовать выработке СГ реактивной мощности.

• Публикация по теме: Для чего нужны цветные воздушные маркеры на линиях электропередач?

Рассмотрите рисунок 1 еще раз. Если возбуждение SG увеличится, произойдут две вещи

1. (i) Генератор будет поставлять больше реактивной мощности
2. (ii) его конечное напряжение (величина) будет увеличиваться (как сказано ранее, управление реактивной мощностью и величиной напряжения являются почти родственными словами).

Если реактивная мощность в энергосистеме превышает рост напряжения, то происходит наоборот. Исходя из этого, читатели должны также попытаться понять эффект Ферранти. [В случае эффекта Ферранти конечное напряжение приема выше, чем конечное напряжение отправки. Это происходит на холостом ходу (или нагрузка очень мала). Большую часть нагрузки в энергосистеме составляет индуктивная нагрузка. Так, в условиях холостого хода индуктивный эффект уменьшается и преобладает шунтирующая емкость (естественные шунтирующие емкости в воздухе). Конденсатор генерирует реактивную мощность, поэтому он пытается увеличить напряжение]

В книгах по Электрическим машинам написано, что при опережающей нагрузке PF (т.е. при емкостной нагрузке) трансформатор может иметь отрицательное регулирование напряжения; Читатели должны попытаться понять эту линию также с помощью этой статьи. Обратите внимание, что емкостная нагрузка пытается увеличить напряжение. Предположим, у вас есть трансформатор с соотношением витков 1:1, приложенное напряжение 100 В, напряжение на клеммах 102 В, тогда регулирование напряжения трансформатора просто -2%. Это возможно при емкостной нагрузке. Фрешеры могут быть удивлены тем, что напряжение на клеммах трансформатора может быть больше, чем приложенное напряжение, они должны попытаться это проанализировать.

• Публикация по теме: Почему передача электроэнергии кратна 11, т. е. 11 кВ, 22 кВ, 66 кВ и т. д.?

Шунтовая компенсация и последовательная компенсация:

В Power System обычно используются два термина:«шунтовая компенсация» и «последовательная компенсация». «Шунтовая компенсация» регулирует реактивную мощность, а «Последовательная компенсация» регулирует активную мощность. Шунтовой компенсацией может быть простой конденсатор в шунте линии передачи или какие-либо Шунтирующие устройства ФАКТ. Последовательная компенсация может быть простым конденсатором, включенным последовательно с линией передачи, или любой последовательностью устройств FACTS.

Учитывать формулу (Это очень известная формула, поэтому здесь нет подробного объяснения). «Х» — реактивное сопротивление линии передачи. Эта формула получена в предположении, что сопротивлением линии передачи можно пренебречь. Если в линию передачи (или между шиной-1 и шиной-2 на рис.-1) вставлен простой последовательный конденсатор, то можно сказать, что это последовательная компенсация. Управляя значением последовательного конденсатора, мы можем контролировать «X», следовательно, «P» можно контролировать. Кроме того, вы можете видеть, что «P» связан с «δ». (Как было сказано ранее, контроль «P» и «угол напряжения» — тесно связанные слова).

• Публикация по теме: Введение в гармоники и влияние гармоник на энергосистему

Способы подачи реактивной мощности в энергосистему:

Если напряжение в системе передачи меньше 1 о.е., то в систему следует вводить реактивную мощность. Различные методы подачи/поглощения реактивной мощности в энергосистеме приведены ниже:

1. Управление возбуждением постоянного тока SG, как описано выше в этой статье,
2. Шунтирующие конденсаторы (для подачи реактивной мощности и повышения напряжения),
3. Шунтирующие катушки индуктивности (для потребления реактивной мощности и снижения напряжения) используются в случае эффекта Ферранти (т. е. когда нагрузка очень мала, а напряжение на приемном конце может быть высоким).
4. TCR-FC или TCR-TSC (это устройства FACTS на основе импеданса),
5. STATCOM (это устройства FACTS на основе преобразователя напряжения). STATCOM или статический синхронный компенсатор — это силовое электронное устройство, в котором используются устройства принудительной коммутации, такие как IGBT, GTO и т. д., для управления потоком реактивной мощности через сеть электропитания и, таким образом, повышения стабильности сети электропитания. STATCOM является шунтирующим FACTS-контроллером, т.е. шунтирует линию. В первые дни его название было СТАТКОН вместо СТАТКОМ. Он входит в семейство устройств гибкой системы передачи переменного тока (FACTS) и обладает большим исследовательским потенциалом. Установка STATCOM в одной или нескольких подходящих точках сети повысит стабильность напряжения и сохранит плавный профиль напряжения при различных условиях сети. Его способность выполнять активную фильтрацию также очень полезна для улучшения качества электроэнергии.
6. В ветряных электростанциях используется индукционный генератор, это машина с однократным возбуждением (т. е. без обмотки возбуждения). Таким образом, управление реактивной мощностью в асинхронном генераторе невозможно; поэтому в этом случае для подачи реактивной мощности широко используется СТАТКОМ. СТАТКОМ устанавливается на клеммы асинхронного генератора в качестве шунтирующего контроллера. Эта тема также имеет большой исследовательский потенциал.

Запись по теме: Что такое шунтирующий реактор — типы, конструкция и области применения

Как написано в этой статье, «шунтовая компенсация» связана с управлением реактивной мощностью, можно видеть, что в приведенных выше методах со 2 по 6 все являются шунтирующими контроллерами.

Как было сказано ранее, реактивная мощность — это мнимая мощность, поэтому линии электропередач предназначены для подачи активной мощности. Это вопрос, почему мы вводим реактивную мощность в энергосистему. Ответ заключается в том, что генераторы, линии передачи, трансформаторы и т. д. имеют незначительное сопротивление по сравнению с их индуктивным сопротивлением, поэтому мы можем сказать, что система передачи представляет собой индуктивный контур. Он потребляет реактивную мощность, поэтому, чтобы компенсировать ее, мы должны подавать реактивную мощность.

Другими словами, мы можем сказать, что для поддержания плоского профиля напряжения (т. е. для поддержания напряжения 1 о.е. везде) в системе передачи необходимо надлежащее управление реактивной мощностью. Во избежание чрезмерной передачи реактивной мощности; выработка и потребление реактивной мощности должны быть максимально приближены друг к другу; в противном случае это приведет к неправильному профилю напряжения.

Об авторе

Dr. Випин Джайн получил степень бакалавра технических наук в 1992 г. в Нагпурском университете, магистра технологий в 2007 г., доктора философии. Диплом в 2017 году из Университета Дели. Он имеет большой преподавательский и производственный опыт. Он является преподавателем кафедры электротехники Технологического института Бхарата, Меерут (UP), Индия, с декабря 2007 года. На сегодняшний день им опубликовано более двадцати исследовательских работ. Он является энергетическим аудитором, сертифицированным Бюро энергоэффективности правительства Индии.

Связанный пост:

• Восстановление энергосистемы — программы отключения, падения напряжения и переключения
• Выключатели-разъединители и разъединители высокого и среднего напряжения в энергосистеме
• Эффект короны и разряд в линиях электропередачи и энергосистеме
• Что такое электроэнергия? Виды электроэнергии и их единицы