Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS.

Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью понижения утрат электроэнергии. Компенсация осуществляется с внедрением компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электронной сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. мощностью с учетом нужного резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электрических станций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещенных в электронной сети и в электроустановках потребителей электронной энергии.

Компенсация реактивной мощности в особенности животрепещуща для промышленных компаний, основными электроприёмниками которых являются асинхронные движки, в итоге чего коэффициент мощности Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. без принятия мер по компенсации составляет 0,7 — 0,75. Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют:

· уменьшить нагрузку на трансформаторы, прирастить срок их службы;

· уменьшить нагрузку на провода, кабели, использовать их наименьшего сечения;

· сделать лучше качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения преломления формы напряжения);

· уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. счет понижения токов в цепях;

· избежать штрафов за понижение свойства электроэнергии пониженным коэффициентом мощности;

· понизить расходы на электроэнергию.

Значительную часть электрического оборудования хоть какого предприятия составляют устройства, неотклонимым условием обычной работы которых является создание в их магнитных полей, а конкретно: трансформаторы, асинхронные движки, индукционные печи и остальные

фазовый сдвиг меж током Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. и напряжением (ток «отстает» от напряжения на фазовый угол).

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени (см. рис.), когда напряжение и ток имеют обратные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и напротив. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. назад по сети в сторону генератора. При всем этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и назад). Подобающую мощность именуют реактивной.

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS., используемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые полосы питания. Соотношение меж полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла меж их векторами, именуется коэффициентом (фактором) мощности.

cosφ = P/S. P-активная мощность; S-полная мощность; Q-реактивная мощность.

Различные знаки у тока и напряжения на период фазового сдвига Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS., как следствие, приводят к понижению энергии электрических полей индуктивностей, которая восполняется из сети. Для большинства промышленных потребителей это значит последующее: по сетям меж источником электроэнергии и потребителем не считая совершающей полезную работу активной энергии протекает и реактивная энергия, не совершающая полезной работы и направленная лишь на создание магнитных Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. полей в индуктивной нагрузке. Но, протекая по кабелям и обмоткам трансформаторов, реактивный ток понижает в границах их пропускной возможности долю протекаемого по ним активного тока, вызывая при всем этом значимые дополнительные утраты в проводниках на нагрев — другими словами активные утраты. Из этого следует, что согласно современным правилам расчета Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. за электроэнергию, потребитель обязан как минимум два раза платить за одни и те же непродуктивные издержки. Один раз — конкретно за потребленную из сети реактивную энергию (по счетчику реактивной энергии) и 2-ой раз — за нее же, но косвенно, оплачивая активные утраты от протекания реактивной энергии, учитываемые счетчиком активной энергии. Поменять данную ситуацию Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. можно методом размещения источника реактивной энергии конкретно у потребителей — это дает возможность разгрузить сети от реактивного тока и фактически исключить все вышеперечисленные недочеты — другими словами «скомпенсировать» индуктивную реактивную мощность. Таким источником служат другие фазосдвигающие элементы — конденсаторы. В противоположность индуктивности, конденсаторы стремятся сохранять постоянным напряжение на собственных зажимах Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS., другими словами для их ток «опережает» напряжение. Так как величина потребляемой электроэнергии на любом предприятии никогда не является неизменной и может изменяться в существенном спектре за довольно малый просвет времени, — то, соответственно, может изменяться и соотношение активной потребляемой энергии к полной, другими словами cosφ. При этом, чем меньше активная нагрузка какого Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS.-нибудь индуктивного потребителя (асинхронного мотора, трансформатора), тем ниже cosφ. Из этого следует, что для компенсации реактивной мощности нужен набор оборудования, обеспечивающий адекватное регулирование cosφ зависимо от изменяющихся критерий работы оборудования — другими словами установка компенсаторов реактивной мощности (УКРМ).

Передача мощности по полосы

Разглядим передачу электронной мощности переменного тока по Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. полосы электропередач. В согласованном состоянии можно показать, что линия представляет собой в главном индукивное сопротивление (рис.1).

Рис.1. Облегченная структура полосы электропередачи.

Если сдвиг фаз меж генераторами (источниками) напряжения равен δ, то передаваемая активная мощность может быть записана в виде

Параллельный компенсатор

Разглядим безупречный параллельный компенсатор, представленный на рис.2. Он представляет собой источник ЭДС Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. VM с амплитудой V и фазой отстающей от Vs на δ/2 и опережающей на таковой же угол генератор VR.

Рис.2. Облегченная структура полосы электропередачи с параллельным компенсатором.

Передаваемая мощность с учетом компенсатора может быть записана в виде

Векторная диаграмма работы показана на рис.3.

Рис.3. Векторная диаграмма полосы электропередачи с параллельным Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. компенсатором.


Принимая во внимание факт получаем эффект роста пропускной возможности активной мощности полосы.

Поочередный компенсатор

Безупречный поочередный компенсатор представленный на рис.4. Он представляет собой источник ЭДС с амплитудой VС.

Рис.4. Облегченная структура полосы электропередачи с поочередным компенсатором.

Для безупречного поочередного компенсатора справедливы последующие соотношения:

Векторная диаграмма работы показана на рис Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS..5.

Рис.5. Векторная диаграмма полосы электропередачи с поочередным компенсатором.

Реальный поочередный компенсатор

Безупречный поочередный компенсатор должен устанавливаться посреди полосы электропередачи. На практике это условие выполнить довольно проблематично. Потому реальный поочередный компенсатор устанавливается с одной стороны полосы передачи (рис.6).

Рис.6. Структура полосы электропередачи с реальным поочередным компенсатором.

В данном случае вид Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. векторной диаграммы меняется (рис.7).

Рис.7. Векторная диаграмма полосы с реальным поочередным компенсатором.

И соотношение для активной мощности можно записать в последующем виде:

Исходя из вышеизложенного можно представить диаграмму пропускной возможности полосы для различных вариантов компенсации (рис.8).

Рис.8. Пропускная способность полосы для различных вариантов компенсации.

В общем случае лучшей компенсацией обладает схема с Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. поочередным включением; устройства со сдвигом фазы лучшим образом подходят для связи 2-ух систем с нестационарным поведением фазового угла – они не облагораживают пропускную способность в очевидном виде, но зато стабилизируют ее в широком спектре разбалланса. Параллельный компенсатор в обычной области углов (до 30°) не так очень наращивает пропускную способность, но значительно Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. улучшает динамическую устойчивость полосы.

На рис. 9 представлены свойства пропускной возможности полосы зависимо от фазового угла.

Рис.9. Пропускная способность полосы в различных критериях стойкости.

Представим, что на полосы случается куцее замыкание с отключением нагрузки. Турбина электростанции, которая крутит генератор не может поменять свою энергию вращения немедля, а Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. как следует генератор, нагрузка которого снизилась начнет наращивать свою угловую скорость под действием турбины. Вследствие этого за время аварийного процесса фазовый угол возрастет от величины δ0 до величины δ1. Если в этот момент произойдет рестарт полосы, то передаваемая линией мощность окажется равной P1 > P0, и начнется уменьшение скорости вращения генератора. При всем этом фазовый Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. угол возрастет до значения δ2.

Площадь A1 соответствует энергии, которая разгоняет турбину, а A2 – тормозит. Для того, чтоб система пришла к собственному начальному состоянию нужно, чтоб A1 = A2. Таким макаром, если в системе A1 < A2 + A3, то молвят, что система динамически устойчива. В неприятном случае может наступить момент, когда угол Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. возрастет так, что произойдет значимый сброс мощности и генератор не сумеет тормозиться – электропередача перейдет в состояние аварии.

Аппаратура компенсаторов

Тиристорно-ракторная группа

Одним из нередко используемых устройств является тиристорно-реакторная группа (ТРГ), представленная на рис.10. Схема состоит из 2-ух встречнопараллельных тиристорных вентилей и поочередного реактора. Так как реактор обладает Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. чисто индуктивным сопротивлением, то и ток ТРГ будет иметь чисто реактивный нрав, что нужно для установок компенсации. Управление величиной тока осуществляется конфигурацией момента включения тиристорных вентилей относительно максимума амплитуды приложенного напряжения.

Стоит отметить, 100 синусоидальным ток ТРГ будет только при 0 времени запаздывания, а при других временах будет наблюдаться ярко Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. выраженный несинусоидальный нрав. Но 1-ая гармоника этого тока будет большей.

Рис.10. ТРГ. a –cхема, b – эпюры напряжения и тока.

Управляемый конденсатор

Значительно пореже в практике компенсации применяется управляемый конденсатор (рис.11).

Рис.11. Управляемый конденсатор.

Хотя это устройство должно восполнить индуктивность нагрузки впрямую, его применение ограничено последующими факторами: оно может коммутироваться только при нулевом Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. напряжении и не способно обеспечивать непрерывное управление.

Статический тиристорный компенсатор СТК

Устройство, сочетающее внутри себя положительные свойства ТРГ и конденсаторной батареи, именуется СТК (рис.12). Оно может как генерировать, так и потреблять реактивную мощность.

Рис.12. Статический тиристорный компенсатор.

Для поочередных компенсаторов более соответствующими являются

Переключаемый поочередный конденсатор

Также как и управляемый конденсатор, переключаемый Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. поочередный конденсатор (рис.13) обладает теми же недочетами и на практике применяется изредка.

Рис.13. Переключаемый поочередный конденсатор.

Управляемый поочередный конденсатор

Почаще в практике компенсации применяется управляемый поочередный конденсатор (рис.14), который не имеет этих недочетов, но обладает более сложной конструкцией.

Рис.14. Управляемый поочередный конденсатор.

Для регулирования фазовых углов применяется

Тиристорный фазовый Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. регулятор

Это устройство позволяет поменять фазу за счет введения напряжения вольтодобавки, которое управляется тиристорными вентилями регулятора (рис.15).


Рис.15. Тиристорный фазовый регулятор.

Кандидатурой ТРГ и СТК может служить устройство

Управляемый шунтирующий реактор (УШР)

Управляемый шунтирующий реактор представляет собой трансформаторное устройство, дополнительно выполняющее функции полупроводникового главного прибора, что получается из-за работы магнитной системы Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. реактора в области глубочайшего насыщения.

Рис.16. Структура фазы УШР.

Магнитная система одной фазы УШР содержит два стержня с обмотками, вертикальные и горизонтальные ярма. На каждом стержне расположены обмотки управления, соединенные встречно, и сетевые (силовые) обмотки, соединенные согласно. В стержнях магнитной системы УШР отсутствуют немагнитные промежутки, вследствие чего при подключении реактора Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. к сети он будет находиться в состоянии холостого хода. При всем этом величина потребляемой из сети реактивной мощности не будет превосходить 3% номинального значения. Для роста загрузки реактора по реактивной мощности его рабочая зона должна быть смещена в нелинейную область гистерезисной свойства, что получается из-за дополнительного подмагничивания магнитной Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. системы. При подключении к обмоткам управления регулируемого источника неизменного напряжения происходит нарастание потока подмагничивания. Потому что на поток подмагничивания накладывается переменный поток сетевой обмотки, то результирующий поток сдвигается в область насыщения стержней магнитопровода. В свою очередь, насыщение стержней приводит к возникновению тока в сетевой обмотке. При вводе либо выводе энергии Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. из контура управления появляется переходный процесс роста либо уменьшения сетевого тока и соответственно потребляемой реактором реактивной мощности (рис.17).

Рис.17. Рабочие режимы УШР.

Статический компенсатор (СТАТКОМ)

Лучшими компенсирующими чертами обладает устройство, которое именуется СТАТКОМ. Оно выполнено на стопроцентно управляемых ключах и имеет последующую структуру (рис.18).

Рис.18. Схема СТАТКОМА Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS..

Для пояснения механизма работы обратимся к рис.19.

Преобразователь совместно с конденсаторной батареей представляет собой источник напряжения Vi. Тогда ток в реакторе L будет зависеть от напряжения сети и напряжения Vi. Обеспечив слежение за напряжением сети и управляя напряжением преобразователя можно получить требуемый ток, а как следует – требуемую реактивную мощность Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS..

Рис.19. Принцип деяния СТАТКОМа.

Если Vi =Vs, то ток в реакторе равен нулю – нет употребления и генерации реактивной мощности. При Vi Vs ток будет вытекать из реактора - реактивная мощность генерируется.

При сопоставлении выходных черт СТК и СТАТКОМ нужно направить внимание, что СТАТКОМ обеспечивает полную величину выходного тока фактически во всем спектре Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. напряжений, в то время как в СТК ток принципно находится в зависимости от напряжения (рис.20).

Рис.20. Выходные свойства СТК (a) и СТАТКОМа (b).

Также СТАТКОМ обеспечивает наилучшее быстродействие вследствие использования вполне управляемых устройств. Совместно с более широким спектром мощностей этим обеспечивается наилучшая динамическая устойчивость полосы при использовании СТАТКОМа.

Статический синхронный Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. поочередный компенсатор

На базе вполне управляемых устройств также может быть построение статического синхронного поочередного компенсатора, который работает по принципу вольтодобавки в полосы электропередачи (рис.21).

Рис.21. Статический синхронный поочередный компенсатор.

Универсальный контроллер управления мощностью

Универсальный контроллер управления мощностью (рис.22) может быть построен на базе СТАТКОМа и статического синхронного поочередного компенсатора Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS..

Рис.22. Универсальный контроллер управления мощностью.

Диаграмма работы компенсатора представлена на рис.23. Напряжение вольтодобавки Vc представлено окружностью c центром на конце вектора Vs. Таким макаром контроллер может управлять не только лишь реактивной, но также и активной мощностью.

Рис.23. Векторная диаграмма универсального контроллера.

Стоит отметить и очередной нюанс построения линий электропередач с Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. внедрением статических устройств. До использования статических преобразователей функции компенсаторов делали массивные синхронные движки, работающие в режиме синхронных компенсаторов. Естественно, эти машины обладали рядом существенных недочетов, но одно их качество нужно отметить: они обладали огромным припасом энергии вращения и в моменты маленьких замыканий подпитывали полосы, не давая им выключиться из Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. работы.

Современные статические устройства имеют запасенную энергию в виде тока в реакторах и напряжения на конденсаторах. По сопоставлению с энергией синхронных компенсаторов эта энергия ничтожно мала, и потому проектировщикам приходится использовать разные другие механизмы скопления энергии. Одним из таких решений является применение накопителей на суперконденсаторах. Другим решением является внедрение механического Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. накопителя (рис.24).

Механический накопитель

В отличие от синхронного компенсатора современные механические накопители употребляют асинхронные электронные машины. Эти машины более технологичны, владеют наименьшей ценой и непременно более предпочтительны в эксплуатации.

Рис.24. Механический накопитель энергии.

Но применение асинхронных электронных машин просит дополнительных издержек на статический преобразователь – что также обуславливает применение инструментов силовой Лекция № 10. Компенсация реактивной мощности и элементы FACTS. электроники .


lekciya-16-modeli-socialnoj-politiki-za-rubezhom-lekciya-1-gosudarstvo-kak-socialnij-institut-gosudarstvo.html
lekciya-16-programmirovanie-i-rekonfigurirovanie-v-sisteme.html
lekciya-16-strategii-kompanii-i-upravlenie-personalom-cipin-p-e-upravlenie-personalom-konspekt-lekcij.html