Компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности: способы и средства для повышения эффективности электросетей

Что такое реактивная мощность и почему ее нужно компенсировать. Какие существуют способы компенсации реактивной мощности. Какое оборудование применяется для компенсации реактивной мощности. Каковы преимущества компенсации реактивной мощности для предприятий.

Что такое реактивная мощность и почему ее необходимо компенсировать

Реактивная мощность — это часть полной мощности, которая затрачивается на создание электромагнитных полей в электрооборудовании, но не совершает полезной работы. Основными потребителями реактивной мощности являются:

• Асинхронные электродвигатели
• Трансформаторы
• Электропечи
• Сварочное оборудование
• Газоразрядные лампы

Наличие реактивной составляющей приводит к увеличению полного тока, протекающего по электрическим сетям. Это вызывает дополнительные потери электроэнергии, перегрузку трансформаторов и линий электропередачи, а также падение напряжения в сети.

Компенсация реактивной мощности позволяет снизить потребление реактивной энергии из сети и устранить связанные с этим негативные последствия. За счет компенсации можно добиться:

• Снижения потерь электроэнергии в сетях на 10-20%
• Уменьшения нагрузки на трансформаторы и кабели на 20-30%
• Повышения пропускной способности электрической сети на 25-30%
• Улучшения качества напряжения у потребителей

Основные способы компенсации реактивной мощности

Существует несколько основных способов компенсации реактивной мощности:

1. Централизованная компенсация

При централизованной компенсации устройства компенсации устанавливаются на подстанциях и распределительных пунктах. Этот способ позволяет разгрузить питающие и распределительные сети, а также силовые трансформаторы. Однако внутризаводские сети остаются загруженными реактивной мощностью.

2. Групповая компенсация

Групповая компенсация предполагает установку компенсирующих устройств для группы потребителей, например, в цеховых распределительных пунктах. Это обеспечивает разгрузку распределительных сетей внутри предприятия.

3. Индивидуальная компенсация

При индивидуальной компенсации устройства устанавливаются непосредственно у электроприемников с большим потреблением реактивной мощности. Это наиболее эффективный способ, позволяющий полностью разгрузить сети предприятия.

Оборудование для компенсации реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности применяются следующие виды оборудования:

Конденсаторные установки

Конденсаторные установки — наиболее распространенное средство компенсации. Они состоят из конденсаторных батарей, коммутационной и защитной аппаратуры. Основные преимущества:

• Низкие потери активной мощности (0,3-0,5%)
• Простота монтажа и эксплуатации
• Возможность регулирования мощности
• Относительно невысокая стоимость

Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы представляют собой синхронные двигатели, работающие в режиме холостого хода. Они могут как генерировать, так и потреблять реактивную мощность. Их преимущества:

• Возможность плавного регулирования
• Высокая перегрузочная способность
• Длительный срок службы

Статические тиристорные компенсаторы

Статические тиристорные компенсаторы состоят из управляемых реакторов и конденсаторных батарей. Они обеспечивают быстродействующее регулирование реактивной мощности. Их достоинства:

• Высокое быстродействие (до 0,02 с)
• Возможность как генерации, так и потребления реактивной мощности
• Отсутствие вращающихся частей

Преимущества внедрения систем компенсации реактивной мощности

Внедрение компенсации реактивной мощности на предприятии дает следующие преимущества:

• Снижение потребления электроэнергии на 5-10%
• Уменьшение нагрузки на кабели и трансформаторы на 20-30%
• Увеличение пропускной способности сетей на 25-30%
• Снижение потерь напряжения и улучшение его качества
• Возможность подключения дополнительных нагрузок без реконструкции сетей
• Продление срока службы электрооборудования
• Уменьшение платы за потребленную электроэнергию

Выбор оптимального решения для компенсации реактивной мощности

Для выбора оптимального решения по компенсации реактивной мощности необходимо:

1. Провести энергетическое обследование предприятия
2. Определить источники реактивной мощности и их характеристики
3. Рассчитать требуемую мощность компенсирующих устройств
4. Выбрать способ компенсации (централизованный, групповой, индивидуальный)
5. Подобрать необходимое оборудование
6. Оценить экономический эффект от внедрения

Правильно спроектированная система компенсации реактивной мощности позволяет значительно повысить энергоэффективность предприятия и снизить затраты на электроэнергию.

Особенности компенсации реактивной мощности в сетях с нелинейной нагрузкой

В современных электрических сетях часто присутствует большое количество нелинейных нагрузок (преобразователи частоты, выпрямители и др.), создающих высшие гармоники тока. При наличии высших гармоник необходимо применять специальные фильтрокомпенсирующие устройства, которые не только компенсируют реактивную мощность, но и подавляют высшие гармоники.

Фильтрокомпенсирующие устройства состоят из:

• Конденсаторных батарей
• Фильтровых реакторов
• Защитной и коммутационной аппаратуры

Они позволяют одновременно решить проблемы компенсации реактивной мощности и улучшения качества электроэнергии в сетях с нелинейными нагрузками.

Заключение

Компенсация реактивной мощности — эффективный способ повышения энергоэффективности промышленных предприятий. Правильно спроектированная система компенсации позволяет снизить потери электроэнергии, разгрузить электрооборудование и повысить качество напряжения. При выборе решения необходимо учитывать особенности конкретного объекта и проводить технико-экономическое обоснование.

Устройства компенсации реактивной мощности Legrand

Устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ) помогают избежать потерь электроэнергии, повысить эффективность и безопасность работы оборудования. Энергоэффективное оборудование Legrand может применяться как индивидуально, так и в формате комплексных решений.

• УКРМ на среднее напряжение 6-35 кВ;
• УКРМ на низкое напряжение 400В
• Анализаторы качества электрической энергии;
• Активные фильтры гармоник.

• УКРМ на низкое напряжение 400В;
  
• Анализаторы качества электрической энергии;
  
• Активные фильтры гармоник. 
  

• В комплекте конденсатор, контактор, предохранители и ошиновка;
• Предложение со стандартными конденсаторами (THDI <10%, THDU <2%) и усиленными (THDI <15%, THDU <4%)
• Мощности от 12,5 до 75 кВАр;
• Варианты со сдвоенными физическими ступенями – 12,5+12,5, 25+25, 25+50;
• Габариты: ШхВхГ – 580х245х400мм
• Предложение с рассогласованными дросселями для сетей с высоким уровнем загрязнения гармоник (THDI <40% и выше)
• Мощности от 12,5 до 75 кВАр;
• Два типа габарита – ШхВхГ – 500х325х458мм и 700х325х458мм.
• Предложение с быстродействующими полупроводниковыми контакторами (время реакции 40мсек.)
• Мощности от 25 до 125 кВАр;
• Габариты – ШхВхГ – 700х325х458мм

Автоматические комплектные конденсаторные установки Alpimatic с электромеханическими контакторами, для сети 400 В

Автоматические комплектные конденсаторные установки Alpistatic с полупроводниковыми контакторами для сети 400 В

Нерегулируемые комплектные конденсаторные установки Alpibloc для сети 400 В

Компенсирующие модули Alpimatic

Анализаторы качества электрической энергии Alptec

Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ)

Применение конденсаторных установок компенсации реактивной мощности позволяет не только снизить расходы на оплату электроэнергии, но и предоставляет возможности для решения целого ряда сопутствующих вопросов, которые могут возникать на производстве в ходе реализации программы, направленной на обеспечение энергосбережения.

Используя конденсаторные установки, значительно снижается установленная мощность силовых трансформаторов, обеспечивается электропитание нагрузки по линиям кабеля, которые имеют меньшее сечение, в результате чего при уменьшении значения тока происходит и уменьшение потерь в кабельных линиях. Подключение дополнительной активной нагрузки, предотвращение разнообразных немалых потерь напряжения, которое происходит в линиях питания, максимальное использование автономных дизельных генераторов – все это возможно при установке автоматической конденсаторной установки.

Преимущества использования конденсаторных установок

• снижение расходов на электроэнергию
• уменьшение тепловых потерь
• снижение загрузки трансформаторов, линий электропередач, распределительных устройств
• снижение влияния высших гармоник
• повышение электромагнитной совместимости, снижение ассиметрии фаз
• снижение расходов на проведение ремонта и обновление электрооборудования уже существующих сетей
• возможность подключения дополнительных нагрузок

В качестве комплектующих мы используем

• контроллеры ABB, EPCOS, LOVATO
• защитное и пускорегулирующее оборудование ABB, EPCOS, Schneider Electric, APATOR
• конденсаторы ABB, EPCOS и др. производителей по согласованию с заказчиком
• отечественные или импортные корпуса навесного или напольного исполнения

Средства компенсации реактивной мощности | Русэлт

В условиях экономического кризиса актуальной проблемой является рациональное использование электроэнергии. Производители предлагают специальное оборудование, которое служит средством для повышения параметров электроэнергии и уменьшает нагрузки на кабельные трассы.

Компенсация реактивной мощности продлевает функционирование электронного оборудования, снижает технические потери активной энергии на распределительных устройствах систем питания и уменьшает перепады напряжения в элементах электросети.

Дефицит реактивной мощности

При недостатке РМ на предприятии наблюдается перегрузка коммутационной аппаратуры и трансформаторов, потеря напряжения и перегрев кабеля. Чтобы решить эти проблемы, используют такое оборудование:

• батареи синхронных конденсаторов (БК) — ёмкостные устройства, которые состоят из ряда конденсаторов и дополнительного оборудования. Они бывают двух видов: БК низковольтные и высоковольтные. К преимуществам использования относят лёгкость монтажа, мобильность и небольшие собственные удельные потери мощности.
• синхронные компенсаторы — устройство большой мощности, предназначенное для потребления или выработки РМ, с номинальным входным напряжением около 6-10 кВ. Они работают без механической нагрузки и имеют положительный регулирующий эффект. Агрегат совмещает возможность конденсатора и реактора.
• синхронные электродвигатели. Используются для привода мощных агрегатов без возможности регулировки частоты вращения. Устройство несёт механические нагрузки.
• компенсационные преобразователи. Устройство генерирует дополнительное напряжение. Генерация компенсирующей мощности происходит за счёт того, что ток поступает раньше на следующую фазу.

Средства компенсации при избытке РМ

Если реактивная мощность превышена, то используют такое оборудование:

• шунтирующие реакторы. Они бывают управляемые и неуправляемые. Принцип неуправляемых ШР состоит в подключении к воздушным линиям и снижение перегрузки коммутационной аппаратуры при включенных линиях электропередач, управляемых — поддержка напряжения без использования высоковольтных выключателей и повышения предела статической устойчивости.
• синхронные компенсаторы. Это машина, которая работает при меняющемся токе возбуждения и поддерживает оптимальный уровень напряжения сети. Они устанавливаются на крупных промышленных предприятиях.

Компенсация реактивной мощности обеспечивает качество электроэнергии, необходимый запас устойчивости в узле электрической сети.

Способы компенсации реактивной мощности | Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок | Архивы

Страница 3 из 20

Рост активных нагрузок электросетей промышленных предприятий сопровождается потреблением реактивной мощности. Ее увеличение в элементах сети приводит к увеличению диапазонов изменения напряжения в различных ее точках; компенсация реактивной мощности должна решаться одновременно с вопросом регулирования напряжения в сети. Для этих целей получили 8 широкое распространение конденсаторные установки, размещаемые в любых точках распределительных сетей напряжением 0,22—10 кВ в непосредственной близости к месту потребления реактивной мощности. При этом можно или полностью отказаться от регулируемых под нагрузкой цеховых трансформаторов, или значительно уменьшить их диапазон регулирования, что приводит к снижению потерь энергии в сетях и улучшению качества напряжения у электроприемников.

Рис 2. Способы компенсации реактивной мощности в сетях промышленных предприятий.
а — централизованная на стороне высшего напряжения; б — централизованная на стороне низшего напряжения; в — групповая; г — индивидуальная
Для покрытия реактивной мощности конденсаторами в сетях промышленных предприятий получили распространение централизованная, групповая и индивидуальная виды компенсации (рис. 2). При централизованной компенсации на стороне высшего напряжения (рис. 2, а), когда конденсаторная установка присоединяется к шинам 6—10 кВ трансформаторной подстанции, получается хорошее использование конденсаторов, их требуется меньше и стоимость 1 кВАр установленной мощности получается минимальной по сравнению с другими способами. При компенсации по этой схеме разгружаются от реактивной мощности только расположенные выше звенья энергосистемы, а внутризаводские
распределительные сети и даже трансформаторы подстанции остаются не разгруженными от реактивной мощности, а следовательно, потери энергии в них не уменьшаются и мощности трансформаторов на подстанции не могут быть уменьшены.
При централизованной компенсации на стороне низшего напряжения (рис. 2, б), когда конденсаторная установка присоединяется к шинам 0,38 кВ трансформаторной подстанции, от реактивной мощности разгружаются не только вышерасположенные сети 6—10 кВ, но и трансформаторы на подстанции, однако внутризаводские распределительные сети 0,38 кВ остаются неразгруженными.     
При групповой компенсации (рис. 2, в), когда конденсаторные установки устанавливаются в цехах и присоединяются непосредственно к цеховым распределительным пунктам (РП) или шинам 0,38 кВ, разгружаются от реактивной мощности и трансформаторы на подстанции и питательные сети 0,38 кВ. Неразгруженными остаются только распределительные сети к отдельным электроприемникам. В целях равномерного распределения компенсирующих устройств целесообразно подключать конденсаторную установку к шинам РП таким образом, чтобы реактивная нагрузка этого РП составляла более половины мощности подключаемой конденсаторной установки.
При индивидуальной компенсации (рис. 2, г), когда конденсаторная установка подключается непосредственно к зажимам потребляющего реактивную мощность электроприемника, что является основным требованием создания реактивной мощности по возможности ближе к месту ее потребления, такой способ будет наиболее эффективным в отношении разгрузки от реактивной мощности питательной и распределительной сетей, трансформаторов и сетей высшего напряжения. При индивидуальной компенсации происходит саморегулирование выработки реактивной мощности, так как конденсаторные установки включаются и отключаются одновременно с приводными электродвигателями машин и механизмов.
Практически распространенными способами компенсации реактивной мощности электроснабжения промышленных предприятий является групповая компенсация, возможны также варианты комбинированного размещения конденсаторных установок. Определение наивыгоднейших решений выбора способа компенсации реактивной мощности производится на основании технико-экономических расчетов тщательных исследований производственных условий, факторов конструктивного характера и т. д. [1]. При выборе места размещения конденсаторной установки в распределительной сети необходимо учитывать ее влияние на режим напряжения и величину потерь энергии в сети. Как правило, компенсация реактивной мощности должна производиться в той же сети (на том же напряжении), где она потребляется, при этом будут минимальные потери энергии, а следовательно, и меньшие мощности трансформаторов.
При компенсации реактивной мощности необходимо также учитывать характер изменения нагрузки предприятия. Если нагрузка предприятия подвергается значительным колебаниям реактивной мощности, необходимо установить конденсаторную установку с автоматическим регулированием ее мощности. При загрузке большей части графика постоянной реактивной нагрузкой возможна установка соответствующей части постоянно включенной нерегулируемой конденсаторной установки, а остальную часть конденсаторной установки предусматривают с автоматическим регулированием ее мощности в зависимости от графика реактивной мощности предприятия.
Кроме установки специальных компенсирующих устройств для выравнивания графика реактивной нагрузки на предприятии необходимо стремиться к уменьшению передачи реактивной мощности по электрическим сетям естественными мерами: упорядочением технологического процесса, улучшением режима работы электроприемников и др. Особое внимание следует обратить на компенсацию реактивной мощности в сетях с резко переменными нагрузками, ртутными выпрямителями или другими преобразователями, которые создают высшие гармонические тока и напряжения, вредно отражающиеся на работе конденсаторов. В этих случаях необходимо предусматривать специальные защиты., которые отключают конденсаторные установки при возникновении высших гармоник, или специальные устройства (фильтры), ограничивающие действие гармоник.

Зачем нужна компенсация реактивной мощности?

Компенсация реактивной мощности на предприятии позволяет существенно сократить расход электроэнергии, снизить нагрузку на кабельные сети и трансформаторы, продлив тем самым их ресурс.

Где необходимы конденсаторные установки?

Как известно Основные потребители электроэнергии на промышленных предприятиях являются такие индуктивные приемники, как асинхронные электродвигатели, трансформаторы, индукционные установки и т. д. Работа этих приемников связана с потреблением реактивной энергии для создания электромагнитных полей.

Реактивная энергия («паразитная» энергия) не производит полезной работы, а, циркулируя между приемником и источником тока, приводит к дополнительной загрузке линий электропередачи и генераторов и, следовательно, снижает коэффициент мощности сети.

Наличие реактивной мощности является неблагоприятным фактором для сети в целом
В результате этого:

• Возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока
• Снижается пропускная способность распределительной сети
• Отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинус угла (ɸ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: COS(ɸ)=Р/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение COS(ɸ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Таким образом, применение Конденсаторных установок остро необходимо на предприятиях, использующих:

1. Асинхронные двигатели (cos(ɸ) ~0.7)
2. Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ɸ) ~0.5)
3. Выпрямительные электролизные установки (cos(ɸ) ~0.6)
4. Электродуговые печи(cos(ɸ) ~0.6)
5. Индукционные печи(cos(ɸ) ~0,2-0.6)
6. Водяные насосы(cos(ɸ) ~0.8)
7. Компрессоры(cos(ɸ) ~0.7)
8. Машины, станки(cos(ɸ) ~0.5)
9. Сварочные трансформаторы(cos(ɸ) ~0.4)
10. Лампы дневного света(cos(ɸ) ~0,5-0.6)

Для повышения коэффициента мощности применяют силовые конденсаторы и конденсаторные установки, являющиеся наиболее выгодными источниками получения реактивной мощности.

Плюсы от внедрения Установок компенсации реактивной мощности:

1. Снижение потребления электроэнергии (от 10-20%, а при cos φ (0,5 и менее) потребность в электроэнергии может сократиться более чем на 30%)и как следствие уменьшение платежей (за счет «исключения» реактивной энергии из сети)
2. Уменьшение нагрузки (до 30%) элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевается их срок службы
3. Увеличение пропускной способности системы электроснабжения потребителя (от 30-40%), что позволит подключить дополнительные мощности без увеличения стоимости сетей.

Увеличение КМ решается подключением к сети конденсаторных батарей, производящих реактивную энергию в количестве, достаточном для компенсации реактивной мощности, возникающей в нагрузке.

Способы компенсации

Наиболее выгодный способ компенсации определяется конкретными условиями данного предприятия, и его выбор производится на основании технико-экономических расчетов и рекомендаций наших специалистов. Как правило, компенсация должна производиться в той же сети (на том же напряжении), к которой подключен потребитель, что обеспечивает минимальные потери.

Какие решения мы предлагаем

Наша Компания предлагает полный спектр услуг:

1. Проведение выездных замеров параметров качества электроэнергии.
2. Подготовка проекта, подбор необходимого оборудования с экономическим обоснованием его внедрения (с конкретными сроками окупаемости установок и денежной экономии).
3. Изготовления оборудования, как серийного исполнения, так и нестандартного (учитывающую специфику конкретного предприятия).
4. Проведение шеф монтажных работ, а также гарантийное и после гарантийное обслуживание.
   Мы можем предложить как типовые решения, так и спроектировать, изготовить и внедрить на предприятии Заказчика уникальную систему компенсации реактивной мощности, учитывающую специфику конкретного предприятия.

В зависимости от потребности Заказчика установки могут изготавливаться как для внутренней, так и для уличной установки. Кроме этого возможен монтаж установок внутри утепленного блок-контейнера.

Для предприятий с резкопеременной нагрузкой (предприятия с большим количеством подъемно-транспортного оборудования, мощного сварочного оборудования и т.д.) мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней конденсаторов с задержкой не более 20 мс.

Виды компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности – процесс, который обеспечивает рациональное распределение электроэнергии. Работа современных электрических агрегатов характеризуется чаще всего повышенным потреблением реактивной энергии, поэтому с целью оптимальной компенсации мощности применяют множество различных устройств, функционирующих на основе синхронных или статических элементов. Их действие основывается на установке дополнительного источника на участке цепи с емкостным или индуктивным током. Благодаря этому обмен потока энергии происходит в области этого источника и устройства, при этом он не проходит по основной сети, тем самым компенсируя нагрузку.

В промышленных электросетях наиболее распространенной нагрузкой считается распределительный трансформатор и электродвигатели асинхронного типа. Для снижения уровня реактивной мощности, которая потребляется оборудованием, используется конденсаторная установка КРМ, которая дает возможность снизить объемы потребляемого тока из сети в среднем на 50%, что позволяет минимизировать уровень оплаты за реактивную энергию, при этом значительно увеличив пропускную способность сети распределения.

Коммутирующим элементом такой установки выступают тиристоры или контакторы (электромеханические реле). Конденсаторная установка релейного типа наиболее востребована благодаря относительно невысокой стоимости и простой схеме реализации. Но при нагрузках с резкопеременным характером рекомендуется применять тиристорную установку, так как она имеет более высокие параметры реагирования.

Виды компенсации:

• индивидуальная;
• групповая;
• централизованная.

Индивидуальный тип используется в процессе компенсации напряжения одной электрической установки. Соответственно, компенсация группового типа предусматривает функционирование нескольких агрегатов, которые находятся рядом и подключены при помощи одного распределительного устройства. Компенсация централизованного вида чаще всего применяется с целью эффективной компенсации мощности сразу нескольких групп электрических систем. Такой комплекс предусматривает наличие специального регулятора, с помощью которого при необходимости изменяется уровень генерируемой мощности в соответствии с изменением режима работы непосредственно всей системы электроснабжения.

Основные преимущества использования конденсаторных установок:

• снижение ток способствует уменьшению возможных потерь электроэнергии, что делает возможным применение проводников с меньшим сечением;
• снижение эффекта самоиндукции всех подключенных устройств, что существенно увеличивает срок службы аппаратуры для коммутации;
• снижение расходов на оплату потребляемой электроэнергии посредством сокращения объема потребления реактивных мощностей;
• улучшение качества и стабильности электроснабжения;
• увеличение срока эксплуатации оборудования.

Таким образом, процесс компенсации реактивной мощности позволяет разгрузить сеть от чрезмерной перегрузки, улучшить качественные показатели используемой электроэнергии, и, соответственно, уменьшить расходы, снизив затраты на оплату энергоносителей.

Качество электроэнергии, БСК, СТК, ФКУ. Компенсация реактивной мощности.

НПЦ «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС» поставил оборудование более чем на 200 российских предприятий и энергосистем, а также СТК 10 и 35 кВ на металлургические комбинаты в городах Ухань, Нанкин и Бао-Тоо (Китай).

Автоматизация производства неуклонно растет, количество высокоточных механизмов, которые обладают восприимчивостью к качеству потребляемой электроэнергии, увеличивается с каждым годом. Сбои в работе технологического оборудования часто приводят к неоправданным потерям, связанным с уменьшением объема выпускаемой продукции. Часты случаи выхода сложного и дорогого оборудования из строя в результате подачи некачественной электроэнергии. Выход ценного оборудования из строя, снижение норм выработки, падение эффективности работы предприятия в целом или же постоянные сбои и отказы — это характерные симптомы производства, на котором используется сеть, не обеспечивающая надлежащее качество электроэнергии.

Качество электроэнергии — технический термин, который был закреплен в одном из государственных стандартов. В перечень характеристик, которые определяют качество электроэнергии, входит более десяти параметров, среди которых — коэффициент искажения синусоидальности, отклонение частоты, коэффициент временного перенапряжения и так далее. В результате снижения качества электроэнергии чаще всего возникают следующие проблемы: изменение мощности, кратковременные перепады, резкие снижения напряжения.

Обращение в НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС» даёт вам возможность модернизировать производство, улучшить качественные показатели электросети и как следствие получить более высокую эффективность производственных процессов, а также добиться повышениях стабильности работы предприятия. Решения, предоставляемые нашей организацией, успешно доказывают своё качество и высокий уровень по всей нашей стране, а также в Китае и других регионах. Надёжная и точная работа всех систем — это совершенно нормально и естественно, если электрооборудование поставлялось нами.
Качество электроэнергии — приоритетное направление нашей деятельности.

Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности — ключевой способ решения вопроса энергосбережения, даже если речь идет не о крупных производственных предприятиях, а о малых организациях. Ведь устройстваминелинейной нагрузкой, системами кондиционирования, вытяжки, лампами освещения генерируется немалое количество реактивной энергии. Устройства компенсации реактивной мощности способны помочь решить проблему экономии энергии.

Для компенсации реактивной мощности используется оборудование, которое снижает величину полной мощности; различают индуктивные и емкостные устройства компенсации реактивной мощности. Использование подобного оборудования приводит к тому, что электроэнергия используется более рационально.

Компенсация реактивной мощности призвана разгрузить распределительные линии, генераторы и трансформаторы от реактивного тока, а также уменьшить потери мощности в элементах электроснабжающей системы. Кроме того, компенсация реактивной мощности позволяет:

• Уменьшить снижение напряжения и потери мощности в системе электроснабжения, ее элементах;
• Существенно уменьшить расходы на электроэнергию;
• Снизить влияние сетевых помех;
• Снизить асимметрию фаз.

БСК относится к более широкому классу устройств УКРМ. Комплексы на основе БСК обычно содержат управляющее устройство и могут также содержать фильтры высших гармоник. Учитывая принцип действия конденсаторов, составляющих БСК, зачастую комплексы оснащаются специальным устройством, обеспечивающим снятие напряжения за счёт разряда после отключения батарей от основного контура.

БСК может быть спроектирована и смонтирована достаточно быстро: практически за считанные дни после принятия решения о необходимости её установки на обычном производственном контуре.
подробнее в статье >>

Преимущества использования БСК

Известно, что использование батарей статических конденсаторов дает значительный положительный эффект, способствует существенной экономии…
подробнее в статье >>

Оптимальная компенсация реактивной мощности для распределительной системы с использованием алгоритма дельфина с учетом различных моделей нагрузки | Шакир Аль-Джубори

Оптимальная компенсация реактивной мощности для распределительной системы с использованием алгоритма дельфина с учетом различных моделей нагрузки

Валид Халид Шакир Аль-Джубори, Али Насер Хуссейн

Абстрактные

Распределительная система представляет собой соединение между потребителями и всей электросетью.Радиальная конструкция предпочтительнее для распределительной системы из-за ее простой конструкции и низкой стоимости. Система распределения электроэнергии страдает от проблем, связанных с ростом потерь мощности выше, чем в системе передачи, и падением напряжения. Одним из важных решений для улучшения профиля напряжения и снижения потерь в системе распределения электроэнергии является компенсация реактивной мощности, которая основана на оптимальном выборе положения и размера конденсатора в сети. В этой статье реализованы различные модели электрических нагрузок, такие как постоянная мощность (P), постоянный ток (I), постоянное сопротивление (Z) и составная (ZIP) модель со сравнениями между ними, чтобы определить наиболее эффективный тип нагрузки. который обеспечивает оптимальное урегулирование предполагаемого снижения потерь, улучшения профиля напряжения и экономии затрат.Чтобы уменьшить пространство поиска, применяется алгоритм оптимизации дельфинов (DOA) для выбора размера и расположения конденсаторов. Два тематических исследования (шина IEEE 16 и шина 33) используются для оценки различных моделей нагрузки с оптимальной компенсацией реактивной мощности. Результаты сравнения между различными моделями нагрузки показывают, что модель ZIP лучше всего подходит для получения оптимального решения для расположения и размера конденсатора. Кроме того, проведено сравнение результатов с литературными работами и показано, что DOA является наиболее надежным среди других алгоритмов для достижения оптимального решения для улучшения профиля напряжения, значительного снижения потерь и экономии затрат.

Ключевые слова

Компенсация реактивной мощности; Оптимальное размещение конденсатора; Различные модели нагрузки; Алгоритм оптимизации дельфинов; Снижение потерь мощности; Улучшение профиля напряжения

DOI: http://doi.org/10.11591/ijece.v10i5.pp5032-5047

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Международный журнал электротехники и вычислительной техники (IJECE)
p-ISSN 2088-8708, e-ISSN 2722-2578

| Компенсация реактивной мощности

Потребность в активной мощности выражается в киловаттах (кВт) или мегаваттах (МВт).Эта мощность должна подаваться от электростанции. Все устройства в системе электрических ящиков выполнены для удовлетворения этого основного требования. Хотя в системе переменного тока всегда важна реактивная мощность. Эта реактивная мощность выражается в киловольт-вар или мега-вар.

Потребность в этой реактивной мощности в основном возникает из-за индуктивной нагрузки, подключенной к системе. Эти индуктивные нагрузки обычно представляют собой электромагнитные цепи электродвигателей, электрические трансформаторы, индуктивность передающих и распределительных сетей, индукционные печи, люминесцентные лампы и т. Д.Эта реактивная мощность должна быть надлежащим образом скомпенсирована, в противном случае отношение фактической мощности, потребляемой нагрузкой, к полной мощности, то есть векторной сумме активной и реактивной мощности системы, станет значительно меньше.

Это соотношение также известно как коэффициент электрической мощности, а более низкое соотношение указывает на плохой коэффициент мощности системы. Если коэффициент мощности системы низкий, нагрузка в амперах на передающую, распределительную сеть, трансформаторы, генераторы переменного тока и другое оборудование, подключенное к системе, становится высокой для требуемой активной мощности.И поэтому компенсация реактивной мощности становится очень важной. Обычно это делается с помощью конденсаторной батареи.

Давайте объясним подробно: мы знаем, что активная мощность выражается = vIcosθ

Где cosθ — коэффициент мощности системы. Следовательно, если этот коэффициент мощности имеет меньше клапана, соответствующий ток (I) увеличивается при той же активной мощности P.

По мере увеличения тока системы возрастают омические потери системы. Омические потери означают, что генерируемая электрическая мощность теряется из-за нежелательного тепла, возникающего в системе.Поперечное сечение токопроводящих частей системы также может потребоваться для увеличения нагрузки в амперах, что также неэкономично с коммерческой точки зрения. Еще один серьезный недостаток — плохое регулирование напряжения в системе, которое в основном вызвано низким коэффициентом мощности.

В основном используются два типа оборудования для компенсации реактивной мощности с этой целью, а именно:

1. Синхронные конденсаторы
2. Статические конденсаторы или батареи конденсаторов

Синхронные конденсаторы могут вырабатывать реактивную мощность, а выработка реактивной мощности может быть регулируется.Благодаря этому преимуществу регулирования синхронные конденсаторы очень подходят для корректировки коэффициента мощности системы, но это оборудование довольно дорогое по сравнению со статическими конденсаторами. Вот почему синхронные конденсаторы оправдано использовать только для регулирования напряжения в системе передачи очень высокого напряжения.

Регулирование статических конденсаторов также может быть достигнуто в некоторой степени путем разделения всей конденсаторной батареи на 3 сектора с соотношением 1: 2: 2. Это деление позволяет конденсатору работать в 1, 2, 1 + 2 = 3, 2. + 2 = 4, 1 + 2 + 2 = 5 шагов.Если требуются дальнейшие шаги, деление может быть выполнено в соотношении 1: 2: 3 или 1: 2: 4. Эти деления делают батарею статических конденсаторов более дорогой, но все же стоимость намного ниже, чем у синхронных конденсаторов.

Установлено, что максимальная выгода от компенсирующего оборудования может быть достигнута при его подключении к отдельной стороне нагрузки. Это практически и экономически возможно только при использовании конденсаторов небольшого номинала с индивидуальной нагрузкой, а не при использовании синхронных конденсаторов.

Блок статических конденсаторов

Статические конденсаторы можно подразделить на две категории:

1. Шунтирующие конденсаторы
2. Конденсатор серии

Эти категории в основном основаны на методах подключения конденсаторной батареи к системе. Среди этих двух категорий шунтирующие конденсаторы чаще используются в энергосистемах всех уровней напряжения.

Использование шунтирующих конденсаторов дает некоторые особые преимущества, например,

1. Он снижает линейный ток системы.
2. Повышает уровень напряжения нагрузки.
3. Это также снижает системные потери.
4. Улучшает коэффициент мощности источника тока.
5. Уменьшает нагрузку на генератор.
6. Это снижает капитальные вложения на мегаватт нагрузки.

Все вышеупомянутые преимущества проистекают из того факта, что действие конденсатора снижает реактивный ток, протекающий через всю систему.

Шунтирующий конденсатор потребляет почти фиксированную величину опережающего тока, который накладывается на ток нагрузки и, следовательно, уменьшает реактивные компоненты нагрузки и, следовательно, улучшает коэффициент мощности системы.С другой стороны, конденсаторы серии

не контролируют протекание тока. Поскольку они подключены последовательно с нагрузкой, ток нагрузки всегда проходит через последовательную батарею конденсаторов. Фактически, емкостное реактивное сопротивление последовательного конденсатора нейтрализует индуктивное реактивное сопротивление линии, следовательно, снижает эффективное реактивное сопротивление линии.

Тем самым улучшается регулирование напряжения системы. Но у последовательной конденсаторной батареи есть серьезный недостаток. При возникновении неисправности напряжение на конденсаторе может быть повышено до 15 раз по сравнению с его номинальным значением.Таким образом, последовательный конденсатор должен иметь сложное и продуманное защитное оборудование. Из-за этого использование последовательно включенных конденсаторов ограничивается только системой сверхвысокого напряжения.

Шунтирующий конденсатор

Конструкция шунтирующего конденсатора

Активные части конденсаторного блока состоят из двух алюминиевых фольг, разделенных пропитанной бумагой. Толщина бумаги может варьироваться от 8 микрон до 24 микрон в зависимости от уровня напряжения системы. Толщина алюминиевой фольги составляет порядка 7 микрон.Для приложений с низким напряжением между фольгой может быть один слой пропитанной бумаги подходящей толщины, но для приложений с более высоким напряжением между алюминиевой фольгой помещается более одного слоя пропитанной бумаги, чтобы избежать нежелательной циркуляции тока короткого замыкания между фольгой из-за наличие в бумагах ведущих дел.

Секции конденсатора скручиваются в рулоны после того, как они расплющиваются, сжимаются в пакеты, заключаются в несколько слоев плотной бумажной изоляции и вставляются в контейнеры.Когда крышка была приварена к контейнеру, конденсаторный блок сушат и интегрируют в большие автоклавы с помощью комбинации тепла и вакуума. После полного высыхания бумаги и удаления всех газов из изоляции емкость конденсатора заполняется пропиткой, дегазированной при том же вакууме.

На ранних этапах разработки в качестве пропитки использовалось, как правило, минеральное изоляционное масло. В настоящее время большинство производителей заменяет это синтетическими жидкостями с хлорированной дифенильной группой, имеющими другие торговые марки.Минеральное изоляционное масло имеет очень низкую электропроводность и очень высокую диэлектрическую прочность. Но у него, однако, есть некоторые недостатки, например,

1. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость.
2. Распределение напряжения в минеральном масле неравномерно.
3. Очень легко воспламеняется.
4. Подвержен окислению.

С синтетической пропиткой вполне возможно изготавливать конденсаторный блок меньшего размера с более высоким номинальным напряжением. Номинальное напряжение конденсаторного блока ограничено в определенных пределах, так как из-за низкого напряжения стоимость килограмма вар.В приложениях с высоким напряжением несколько конденсаторных блоков подключаются последовательно и параллельно, чтобы сформировать конденсаторную батарею для требуемого напряжения и номинальных значений Кило VAR. Например, когда конденсаторная батарея 5,1 мегавар должна быть введена в эксплуатацию в системе 11 кВ, каждая единица батареи сделана на номинальное напряжение 11 кВ. В этой установке требования к фазе для Mega VAR составляют 5,1 / 3 = 1,7.

В этой установке должен быть только один конденсаторный блок, подключенный последовательно, и 17 таких блоков должны быть подключены параллельно, чтобы удовлетворить требование мегавар для одной фазы.Для трехфазной системы три такие группы конденсаторных блоков соединены вместе по схеме звезды или треугольника. Для лучшего понимания покажем еще один пример. Когда блок 5,4 мегавар должен быть установлен в 3-фазной системе 33 кВ.

Должны быть три конденсаторных блока, подключенных последовательно, и шесть таких последовательных комбинаций должны быть подключены параллельно, чтобы удовлетворить потребность 1,8 мегавар на фазу. Такие же конденсаторные блоки можно использовать и для систем на 132 кВ. Для этого будут собраны последовательные и параллельные комбинации основных конденсаторных блоков в соответствии с требованиями мегавар.

Границы | Оценка нарушений напряжения с учетом компенсации реактивной мощности, обеспечиваемой интеллектуальными инверторами в распределительной сети

1 Введение

Развитие силовой электроники в распределительных сетях (DN) приносит процветание распределенным фотоэлектрическим (PV), зарядным устройствам для электромобилей и т. Д. устройства с инверторами AC-DC. Однако в настоящее время DN более подвержены проблемам нарушения напряжения из-за неопределенности выходных сигналов фотоэлектрических модулей и влияния нагрузки на зарядку электромобилей (Kekatos et al., 2015). Традиционные средства компенсации реактивной мощности, такие как устройства РПН (РПН) и переключающие конденсаторы (SC), могут обеспечивать только ступенчатую и с большой задержкой реактивную мощность на головке фидера, что ограничивает эффект регулирования (Kekatos et al. , 2015), в то время как высокая стоимость статических синхронных компенсаторов распределения (D-STATCOM) ограничивает их применение в DN (Chen et al., 2018). Следовательно, жизненно важно реализовать на фидерном терминале средства бесступенчатой ​​компенсации.

Между тем, возможность двусторонней реактивной мощности интеллектуальных инверторов (т. Е. Фотоэлектрических и электрических зарядных устройств в этой статье) позволяет этой силовой электронике на оконечном конце в DN участвовать в регулировании напряжения. Уже были проведены некоторые исследования по обеспечению отдачи реактивной мощности от интеллектуальных инверторов. Шарма и Дас (2020) и Фенг и др. (2018) расширяют обмен реактивной мощностью для фотоэлектрических инверторов и помогают сбалансировать передачу активной и реактивной мощности каждой фазы. Buja et al. (2017) анализируют и подтверждают возможности компенсации реактивной мощности зарядных устройств для электромобилей теоретически и экспериментально.Кроме того, Варма и Сиаваши (2018), Абейвардана и др. (2018) и Kesler et al. (2014) отмечают, что процесс компенсации реактивной мощности фотоэлектрических и зарядных устройств для электромобилей не влияет на подачу активной мощности и не приводит к повреждению батарей электромобилей, что в значительной степени расширяет возможности использования зарядных устройств для электромобилей. Для интеграции этой гибкой силовой электроники Варма и Сиаваши (2018) представляют новый интеллектуальный инвертор PV-STATCOM, который управляет фотоэлектрическими инверторами в качестве динамического компенсатора реактивной мощности. Кроме того, Singh et al.(2019) добиться регулирования напряжения с помощью интеллектуальных инверторов фотоэлектрических и зарядных станций для электромобилей как в глобальном, так и в местном масштабе. Интеллектуальные инверторы были хорошо изучены и разработаны для компенсации реактивной мощности (Устун и др., 2020; Гуш и др., 2021). Таким образом, можно использовать интеллектуальные инверторы для точного и быстрого регулирования напряжения в DN.

Было исследовано применение интеллектуальных инверторов для регулирования качества напряжения. Zeraati et al. (2019) разработали схему распределенного регулирования напряжения для использования реактивной мощности фотоэлектрических инверторов.Quirós-Tortós et al. (2016) и Singh et al. (2019) достичь контроля реактивной мощности в DN с помощью зарядных устройств EV и фотоэлектрических модулей. Однако методы регулирования напряжения с помощью интеллектуальных инверторов все еще исследуются и нуждаются в практической реализации. Следовательно, очень важно оценить эффекты регулирования напряжения интеллектуальных инверторов, чтобы получить справочные данные о рыночной цене их компенсации реактивной мощности.

Для оценки надежности энергосистем обычно используется моделирование Монте-Карло для выборки из целевого распределения при рассмотрении неопределенности возобновляемых источников энергии или требований к мощности (Zhou et al., 2016). Он применим для обычных методов Монте-Карло, таких как выборка по важности (Tómasson и Sö) и выборка для принятия-отклонения (Hu et al., 2017), для выборки из стандартного целевого распределения. Однако нерегулярные выходы PV и нагрузки EV требуют непараметрических методов оценки для получения функций плотности вероятности (PDF) и более универсальных методов выборки, подходящих для любых нестандартных PDF (Huang et al., 2020). Выборка срезов — это усовершенствованный метод моделирования цепей Маркова Монте-Карло (MCMC) (Neal, 2003).Это возможно для выходов PV и нагрузок EV благодаря его способности эффективно отбирать образцы из нерегулярных PDF-файлов.

На основе приведенного выше анализа в данной статье предлагается модель оценки нарушения напряжения с учетом участия интеллектуальных инверторов. Образцы выходов PV и нагрузок EV генерируются. Оценка нарушения напряжения проводится для оценки производительности интеллектуальных инверторов. Основные результаты этого документа можно резюмировать как два:

1. Предлагается количественная оценка компенсационной способности интеллектуальных инверторов с доступной реактивной мощностью при ограничениях по активной мощности.Модель оптимизации для регулирования напряжения разработана с учетом как традиционных средств компенсации реактивной мощности, так и интеллектуальных инверторов.

2. Оценка нарушения напряжения в условиях неопределенности выходных сигналов PV и поведения EV достигается на основе предложенных индексов отклонения напряжения, непараметрической оценки плотности ядра (KDE) и выборки срезов. Нестандартные PDF-файлы PV и EV точно подогнаны KDE. Кроме того, автоматический выбор ширины шага для выборки срезов используется для эффективного создания выборок из полученных PDF-файлов.Результаты демонстрируют, что интеллектуальные инверторы обладают лучшим эффектом регулирования напряжения и способны снизить эксплуатационные расходы РПН и SC.

Остальная часть этого документа организована следующим образом. В разделе 2 описаны основные модели и индексы отклонения напряжения для регулирования напряжения. KDE и выборка срезов представлены в разделе 3. Раздел 4 иллюстрирует процесс оценки риска нарушений напряжения. Численные исследования представлены в разделе 5. Наконец, раздел 6 завершает эту статью.

2 Базовые модели

2.1 Механизм компенсации реактивной мощности интеллектуальных инверторов

Инверторы постоянного и переменного тока зарядных устройств и фотоэлектрических модулей состоят из управляемой силовой электроники с трехфазной шестиимпульсной топологией. Эквивалентные модели интеллектуальных инверторов изображены на рисунке 1. Такая структура обеспечивает этим интеллектуальным инверторам гибкость при работе с их выходными напряжениями. Изменяя амплитуду и фазовый угол выходного напряжения, инвертор может регулировать передачу активной и реактивной мощности.Чтобы проиллюстрировать механизм компенсации реактивной мощности интеллектуальных инверторов, на рисунке 2 показаны два типичных режима работы, которые обеспечивают чистую емкостную или индуктивную реактивную мощность в сеть.

РИСУНОК 1 . Топология и диапазон работы интеллектуальных инверторов.

РИСУНОК 2 . Векторные диаграммы напряжения двух типичных режимов работы. (A), — емкостный режим, (B), — индуктивный режим.

Как показано на рисунке 2, режимы компенсации реактивной мощности определяются напряжением интеллектуальных инверторов.Диапазон желтого круга на рисунке 2 основан на ограничении номинального тока, который защищает инвертор от перегрузки. Поскольку напряжение инвертора изменяется в пределах этого желтого круга, соответственно изменяется и ток. Затем инвертор выдает как активную мощность P , так и реактивную мощность Q в соответствии с током и напряжением сети. Таким образом, рабочий диапазон интеллектуальных инверторов P и Q дополнительно определяется, как показано на рисунке 1 (Kisacikoglu et al., 2013; Su et al., 2014). Однако зарядные устройства для электромобилей и фотоэлектрические устройства имеют разные рабочие диапазоны. Зарядные устройства для электромобилей могут работать в четырех квадрантах, которые могут поглощать или выдавать как P , так и Q , в то время как фотоэлектрические устройства не потребляют никакой активной мощности. Следовательно, рабочий диапазон может быть выражен как:

, где Smax — максимальное значение мощности инвертора; PEV и P ^PV — активная мощность зарядных устройств для электромобилей и фотоэлектрических модулей соответственно; PmaxEV и P ^EV _min обозначают максимальную и минимальную допустимую активную мощность зарядки для зарядных устройств EV соответственно; PoutputPV — это активная мощность, генерируемая фотоэлектрическими модулями.

Ур. 1 указывает на то, что при простое зарядных устройств и фотоэлектрических модулей эти интеллектуальные инверторы способны обеспечить значительную компенсацию реактивной мощности. Это преимущество иллюстрируется оранжевым прямоугольником на рисунке 1, где инвертор имеет широкий рабочий диапазон при низком уровне активной мощности.

2.2 Модели переключателей ответвлений под нагрузкой и переключающих конденсаторов

РПН и SC являются основными средствами регулирования напряжения в DN, которые обычно устанавливаются на трансформаторной подстанции.Механизм компенсации реактивной мощности для устройств РПН заключается в изменении передаточного числа путем регулировки положения РПН. Модель РПН может быть выражена как (Wu et al., 2017)

где kij — коэффициент трансформации трансформатора между узлами и . и узел j ; kijmin — минимальное передаточное число; tapij — положение РПН; tapij¯ — максимальное значение положения РПН; Δkij — изменение соотношения на одно нажатие.

SC обеспечивают емкостную реактивную мощность для поддержания уровня напряжения.В зависимости от мощности каждого SC, подключенного к сети, модель SC может быть описана как

где QSC — полная реактивная мощность предоставляется SC; NSC — общее количество типов SC; QiSC и niSC — емкость и количество SC, принадлежащих типу i ; niSC¯ — максимальное значение niSC.

2.3 Сравнение различных стратегий компенсации

Поскольку устройства РПН и SC обычно расположены на трансформаторной подстанции, традиционные методы компенсации регулируют уровни напряжения путем подачи реактивной мощности на головку фидеров, что затрудняет балансировку напряжения питающей сети. вся фидерная линия.На рисунке 3 показано влияние различных стратегий компенсации. Когда происходит нарушение напряжения, профиль напряжения без принятой компенсации серьезно падает на выводе фидера. Хотя устройства РПН и SC могут повышать профиль напряжения, как показано синей линией, они вызывают перенапряжение на головке фидеров из-за слишком большого количества вводимой реактивной мощности.

РИСУНОК 3 . Диаграммы напряжений различных стратегий компенсации.

Интеллектуальные инверторы могут регулировать напряжения на стороне спроса локально, поскольку они распределяются близко к конечным пользователям в DN.Следовательно, интеллектуальные инверторы способны локально компенсировать реактивную мощность, как показано оранжевой линией на рисунке 3. Однако при серьезных нарушениях напряжения интеллектуальные инверторы могут быть не в состоянии поднять все напряжения выше безопасного уровня из-за ограниченных возможностей силовой электроники со стороны спроса.

Зеленая линия на рисунке 3 показывает, что при использовании как традиционных ресурсов компенсации, так и интеллектуальных инверторов можно достичь удовлетворительного эффекта компенсации, не вызывая чрезмерной компенсации и не ограничиваясь емкостью, что возможно для регулирования напряжения в DN.

2.4 Индексы отклонения напряжения

Для дальнейшей оценки отклонения напряжения в этой статье предлагаются вероятность нарушения напряжения Pvio и ожидаемое полное отклонение нарушений напряжения Edev. Определение нарушений напряжения в этой статье — это сценарий, при котором любое узловое напряжение превышает безопасный диапазон, который установлен как 0,95 p. u. до 1,05 п. u. В симуляционном анализе MCMC Pvio можно выразить как долю сценариев нарушения напряжения во всех моделируемых сценариях:

где Nsim — количество всех смоделированных сценариев, а Livio отмечает результат моделирования в i-м сценарии.

Edev описывает степень отклонения нарушения напряжения. Выражение Edev:

, где Di — полное отклонение напряжения i ^th сценарий; N _узел — количество узлов в DN; В _j ( i ) — узловое напряжение узла j в i-м сценарии; Vref — опорное узловое напряжение, которое устанавливается равным 1 p.u. В этом документе.

3 Методы моделирования для оценки нарушения напряжения

3.1 Оценка плотности ядра нагрузок электромобилей и выходов фотоэлектрических элементов

Метод KDE используется для моделирования PDF-файлов нагрузок электромобилей и выходов фотоэлектрических элементов. Его основная идея состоит в том, чтобы рассматривать каждый образец как функцию ядра и суммировать эти функции, чтобы сформировать общий PDF-файл. На рисунке 4 выбраны несколько примеров загрузки и функция ядра с нормальным распределением, чтобы проиллюстрировать механизм KDE.

РИСУНОК 4 .Механизм оценки плотности ядра.

Различные функции ядра создают разные PDF-файлы образцов данных. С функцией ядра, определенной как K (⋅), PDF, оцененный KDE, составляет (Bowman and Azzalini, 1997)

, где Nsam — число выборочных данных; ч — полоса пропускания; X1, X2,…, Xn — выборочные данные из целевого распределения.

В данной статье принята стандартная функция ядра нормального распределения. Следовательно, уравнение.9 можно указать как

Чтобы избежать чрезмерного или недостаточного сглаживания в KDE, полоса пропускания h определяется в соответствии с формула, предоставленная Сильверманом (2018).

, где σ — стандартное отклонение выборочных данных.

3.2 Выборка срезов для оценки нарушения напряжения

Очень важно точно выполнить выборку из PDF, полученного KDE, чтобы сгенерировать адекватные данные для моделирования MCMC. Выборка срезов — это эффективный метод обработки непрерывного PDF-файла неправильной формы, который в основном состоит из двух процедур, как показано на рисунке 5 (Neal, 2003).

РИСУНОК 5 . Процедура отбора образцов срезов (A), — это ступенчатый процесс, (B), — процесс усадки.

Первая процедура определена как поэтапный процесс на рисунке 5A. Предположим, что xk — это предыдущий результат выборки, а yk — вспомогательная переменная, случайно взятая из U [0, f˜ (xk)]. Постепенный процесс заключается в расширении диапазона среза от начальной точки xk шаг за шагом с шириной шага ω до тех пор, пока все плотности вероятности на обоих концах не станут ниже yk.Следовательно, возможный диапазон срезов полностью содержит диапазон PDF, превышающий yk.

Затем выполняется процесс усадки для получения следующего образца xk + 1, который удовлетворяет условию f˜ (xk + 1) ≥yk. На рисунке 5B L0max и R0max — это начальные значения левого и правого конца диапазона среза соответственно. Первый образец взят из U [L0max, R0max] с вычисленным соответствующим ему значением PDF. Если значение ниже yk, новая граница диапазона среза будет обновлена, и следующая выборка будет отрисована в соответствии с новым диапазоном, пока выборка не будет удовлетворять условию f˜ (xk + 1) ≥yk.Процедуры шага-выхода и усадки продолжают предоставлять образцы до тех пор, пока моделирование не сойдется.

3.3 Автоматический выбор ширины шага для выборки срезов

Несоответствующее значение ширины шага ω может значительно снизить эффективность выборки. Поэтому в этой статье вводится механизм автоматического выбора для поиска оптимального ω (Tibbits et al., 2014).

Алгоритм выбора показан на рисунке 6. Этот алгоритм помогает свести к минимуму усилия, связанные с операциями перехода и сжатия с помощью нескольких итераций перед выборкой.На каждой итерации записывается количество операций увеличения и сжатия для оптимизации ω , пока итерация настройки не сойдется. После этого оптимальное значение ω используется в выборке среза для ускорения моделирования MCMC.

РИСУНОК 6 . Блок-схема выбора ширины шага.

4 Оценка риска нарушения напряжения

В этом разделе положение РПН и реактивная мощность от интеллектуальных инверторов и SC рассматриваются как переменные, которыми управляют для регулирования нарушений напряжения в DN.Поскольку различные нагрузки EV и выходы PV выбираются из методов выборки срезов, эти управляемые переменные оптимизируются, чтобы минимизировать отклонения напряжения в каждом моделировании. Pvio и E _dev также вычисляются во время моделирования. Когда P _vio и Edev сходятся, моделирование MCMC останавливается и выводит окончательные результаты оценки рисков.

4.1 Модели регулирования напряжения

Модели регулирования напряжения, предложенные в этой статье, используют только оставшуюся мощность реактивной мощности интеллектуальных инверторов.Полная компенсация реактивной мощности, обеспечиваемая узлом i , составляет

, где Qij — реактивная мощность j-го интеллектуального инвертора узла i , а NiSI — количество интеллектуальных инверторов в узле i .

Кроме того, при регулировании напряжения также контролируются положение РПН и niSC SC. Их модели выражены в формуле. 3 и уравнение. 4. На основе приведенных выше уравнений модель потока мощности (Saadat, 2011)

, где Piload и Qiload — активная и реактивная мощность, потребляемая нагрузкой в ​​узле и соответственно; Vi — узловое напряжение узла и ; θij — разность фаз напряжения узла i и узла j ; Gij и Bij — проводимость и восприимчивость элементов матрицы узловой проводимости в строке i и столбце j соответственно.

4.2 Ограничения регулирования напряжения

Ур. 3 и уравнение. 4 показаны эксплуатационные ограничения РПН и SC. Рабочий диапазон интеллектуальных инверторов составляет

 Мощность (P) = [В × I × cos ()].......... (1) 

 Ток, (I) = [P / (V × cos (∅))]… ....... (2) 

 Активная мощность, P = [В × I × cos (1)]

                         = [S1 × cos (∅1)] 

 Реактивная мощность, Q1 = [S1 × sin (∅1)] 

 Реактивная мощность, Q1 = [P × tan (∅1)] 

 Реактивная мощность, Q2 = [P × tan (2)] 

 Реактивная мощность, Qc = (Q1 - Q2)

                               = [P × tan (∅1) - P × tan (∅2)]

                               = P [загар (∅1) - загар (∅2)] 

 Реактивная мощность, Qc = (V²rms / Xc) 

 Импеданс, Xc = [1 / (ω × C)] 

 Конденсатор, C = [Qc / (ω × V²rms)]