Компенсация реактивной мощности где и когда применяется. Компенсация реактивной мощности: методы, устройства и применение в энергосистемах

Что такое реактивная мощность и почему ее нужно компенсировать. Какие существуют способы компенсации реактивной мощности. Где применяется компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях. Как выбрать оптимальное устройство компенсации.

Что такое реактивная мощность и почему ее нужно компенсировать

Реактивная мощность — это часть полной мощности в электрической сети переменного тока, которая не совершает полезной работы, но циркулирует между источником и потребителем. Она возникает из-за наличия в сети индуктивных и емкостных элементов.

Почему реактивную мощность необходимо компенсировать:

• Она создает дополнительную нагрузку на провода и оборудование
• Увеличивает потери электроэнергии
• Снижает пропускную способность линий электропередачи
• Вызывает падение напряжения в сети
• Приводит к дополнительным затратам на оплату электроэнергии

Компенсация реактивной мощности позволяет устранить эти негативные эффекты и повысить эффективность работы электрической сети.

Основные способы компенсации реактивной мощности

Существует несколько основных методов компенсации реактивной мощности:

1. Использование синхронных компенсаторов
2. Применение конденсаторных батарей
3. Установка статических тиристорных компенсаторов
4. Использование активных фильтров
5. Применение шунтирующих реакторов

Выбор конкретного способа зависит от параметров сети, характера нагрузки и требуемой степени компенсации.

Синхронные компенсаторы

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

• Плавное регулирование реактивной мощности
• Возможность работы в режиме перевозбуждения и недовозбуждения
• Высокая перегрузочная способность

Однако синхронные компенсаторы имеют высокую стоимость и требуют постоянного обслуживания.

Конденсаторные батареи

Конденсаторные батареи — наиболее распространенное средство компенсации реактивной мощности. Их достоинства:

• Низкая стоимость
• Простота монтажа и эксплуатации
• Малые потери активной мощности
• Возможность секционирования для ступенчатого регулирования

Недостатки — невозможность плавного регулирования и генерация высших гармоник при коммутации.

Применение компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях

На промышленных предприятиях компенсация реактивной мощности применяется в следующих случаях:

• Для снижения потерь в силовых трансформаторах и кабельных линиях
• Для разгрузки питающих линий и трансформаторов
• Для поддержания уровня напряжения в допустимых пределах
• Для снижения платы за потребление реактивной энергии

В зависимости от характера нагрузки и конфигурации сети применяют централизованную, групповую или индивидуальную компенсацию.

Централизованная компенсация

Применяется при компенсации реактивной мощности для всего предприятия. Компенсирующие устройства устанавливаются на шинах главной понизительной подстанции. Преимущества:

• Снижение общих затрат на компенсацию
• Упрощение эксплуатации
• Возможность автоматического регулирования

Недостаток — необходимость передачи всей реактивной мощности по сетям предприятия.

Групповая компенсация

Используется для компенсации реактивной мощности группы потребителей, например, отдельного цеха. Компенсирующие устройства устанавливаются на шинах цеховых трансформаторных подстанций. Достоинства:

• Снижение потерь в цеховых сетях
• Разгрузка цеховых трансформаторов
• Улучшение качества напряжения у потребителей

Выбор оптимального устройства компенсации реактивной мощности

При выборе устройства компенсации реактивной мощности необходимо учитывать следующие факторы:

1. Характер нагрузки (постоянная или переменная)
2. Требуемую скорость регулирования
3. Наличие высших гармоник в сети
4. Экономическую эффективность
5. Условия эксплуатации

Для нагрузок с резкопеременным характером оптимальным выбором будут быстродействующие статические тиристорные компенсаторы. Для постоянных нагрузок подойдут нерегулируемые конденсаторные установки.

Автоматические конденсаторные установки

Автоматические конденсаторные установки позволяют плавно регулировать генерируемую реактивную мощность в зависимости от нагрузки. Их преимущества:

• Точное поддержание заданного коэффициента мощности
• Исключение режимов перекомпенсации
• Снижение потерь за счет оптимальной степени компенсации
• Продление срока службы конденсаторов

Автоматические установки рекомендуется применять при переменном характере нагрузки.

Экономический эффект от компенсации реактивной мощности

Внедрение компенсации реактивной мощности позволяет получить следующий экономический эффект:

• Снижение платы за потребленную электроэнергию
• Уменьшение потерь электроэнергии в сетях
• Увеличение пропускной способности линий и трансформаторов
• Продление срока службы электрооборудования

Срок окупаемости устройств компенсации обычно составляет от 6 месяцев до 2 лет в зависимости от исходных параметров сети.

Расчет экономического эффекта

Для оценки экономической эффективности компенсации реактивной мощности проводят следующие расчеты:

1. Определение текущих затрат на оплату реактивной энергии
2. Расчет необходимой мощности компенсирующих устройств
3. Оценка стоимости оборудования и монтажа
4. Расчет снижения потерь электроэнергии после компенсации
5. Определение срока окупаемости проекта

На основании этих расчетов принимается решение о целесообразности внедрения компенсации реактивной мощности.

Новые тенденции в компенсации реактивной мощности

В последние годы наблюдаются следующие тенденции в области компенсации реактивной мощности:

• Применение активных фильтров для подавления высших гармоник
• Использование гибридных компенсаторов на основе конденсаторов и активных фильтров
• Внедрение интеллектуальных систем управления компенсацией
• Разработка компактных модульных установок компенсации

Эти технологии позволяют повысить эффективность компенсации и расширить область ее применения.

Активные фильтры

Активные фильтры обеспечивают следующие преимущества:

• Компенсация реактивной мощности и высших гармоник
• Быстродействие (менее 1 мс)
• Возможность селективной компенсации гармоник
• Отсутствие резонансных явлений

Однако активные фильтры имеют высокую стоимость, что ограничивает их широкое применение.

Заключение

Компенсация реактивной мощности является эффективным способом повышения энергоэффективности электрических сетей. Правильный выбор метода и устройств компенсации позволяет значительно снизить потери электроэнергии и улучшить качество электроснабжения. При внедрении компенсации необходимо учитывать особенности конкретной электроустановки и проводить технико-экономическое обоснование.

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях

Анонс: Условное деление промышленных объектов по сетевому напряжению, коммутации, режиму работы и характеру нагрузки. Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями разного напряжения и способы повышения коэффициента мощности сетей угольных шахт, жилой застройки.

Вне зависимости от формы собственности, географической локализации, специфики деятельности все производственные и производственно-коммерческие объекты корректно разделить по: уровню напряжения входной сети на шинах подстанции электросетевой компании или КТП в балансовой принадлежности предприятия на объекты, подключаемые к сетям 10 (6) кВ и 0.4 кВ. К сетям 10 (6) кВ подключены предприятия с оборудованием, линиями и комплексами, включающими асинхронные электродвигатели, индукционные печи, трансформаторы тока и напряжения, токоограничивающие реакторы, КТП и передвижные участковые подземные подстанции (ПУПП) железорудных, угольных шахт и пр. Низковольтное оборудование, системы инженерно-технического обеспечения, центры обработки данных таких потребителей запитываются от собственных КТП через РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ или ГРЩ. К шинам подстанций 6-10/0,4 кВ электросетевой компании по стороне низшего напряжения подключаются по ТУ промышленные предприятия с трехфазной нагрузкой 380 В и/или однофазными потребителями 220 В; специфике коммутации нагрузки потребителя с ГРЩ, РУ ТП (или КТП) на объекты со стационарными и динамично изменяемыми сетями. К последним относят предприятия, силовые сети которых изменяют конфигурацию в процессе производства – железорудные, угольные шахты с ПУПП и наращиваемыми кабельными линиями (КЛ), строительные компании с площадками на масштабных объектах жилой застройки и подключением нагрузки по воздушным линиям (ВЛ) и пр.; режиму работы и характеру нагрузки (статичная, динамичная, знакопеременная), по факту определяющим наличие или отсутствие стабильной «фоновой» потребности в реактивной мощности и, соответственно, возможность применения сравнительно недорогих неавтоматических (нерегулируемых) конденсаторных установок переменного тока для повышения коэффициента мощности (по формализованной терминологии действующего ГОСТ Р 56744-2015).

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями 6-10/0,4 кВ.

Для промышленных объектов со стационарными сетями и равномерном графике нагрузки по сегментам своей силовой сети целесообразна компенсация реактивной мощности по централизованной схеме на шинах РУ 6-10 кВ предприятия в рамках подстанции электросетевой компании на стороне низшего напряжения или собственной КТП на стороне высшего напряжения.

Рис. Типовая схема централизованной компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях на шинах РУ 6-10 кВ.

В случае неравномерной нагрузки по сегментам сети предприятия возможно применение групповой схемы компенсации на шинах РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ, причем в обоих случаях при выявлении энергоаудитом наличия стабильной во времени «фоновой» реактивной нагрузки экономически эффективна интеграция в щитовых нерегулируемых или гибридных (смешанных) установок компенсации реактивной мощности.

Рис. Типовая схема групповой компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях на шинах РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ.

Способы повышения коэффициента мощности динамично изменяемых сетей.

Железорудные, угольные шахты, строительные девелоперы с развертываемыми площадками на масштабных объектах жилой застройки в процессе своей деятельности формируют силовые сети, изменяющие свою конфигурацию, потери активной и реактивной мощности в КЛ и ВЛ, параметры своей и питающей магистральной сети. Так, в зависимости от протяженности ВЛ и нагрузки по реактивной мощности падение напряжения сети объекта жилой застройки может достигать более 30%, что становится критическим для оборудования на площадке и крайне негативно влияет на энергобаланс сети электросетевой компании.

Таблица. Падение напряжения при разном потреблении реактивной мощности и протяженности ВЛ развертываемых сетей объектов жилой застройки.

Реактивная мощность	Падение напряжения, % при общей длине воздушной линии
	0. 2 км	0.4 км	0.6 км	0.8 км	1.0 км
50 кВАР	1.875	3.75	5.625	7.5	9.375
100 кВАР	3.75	7.5	11.25	15.0	18.75
150 кВАР	5.625	11.25	16.875	22.5	28.125
200 кВАР	7.5	15.0	22.5	30.0	37.5

В свою очередь железорудные, угольные шахты с ПУПП и наращиваемыми КЛ имеют взаимозависимое влияние потерь мощности, напряжения от длины, сечения кабелей и загрузки передвижных участковых подземных подстанций, что определяет необходимость компенсации реактивной мощности по смешанной (централизованной, групповой, индивидуальной) схеме, автоматическими установками и при регулярном мониторинге динамики изменения нагрузки.

Рис. Зависимости потерь напряжения (ΔU), активной (ΔP) и реактивной (ΔQ) мощности от сечения f типового кабеля КГЭШ длиной 1 км при номинальной нагрузке.

Рис. Зависимости потерь активной (ΔP) и реактивной (ΔQ) мощности от напряжения силовой сети при разных коэффициентах загрузки передвижных участковых подземных подстанций.

Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях с сетями 0,4 кВ.

Промышленные предприятия с оборудованием, включающим асинхронные электродвигатели, в том числе в конструкциях мотор-редукторов, насосных агрегатов, электродуговые печи, сварочные трансформаторы и пр. напряжением 0.4 кВ обычно используют смешанную схему компенсации реактивной мощности – групповую и индивидуальную, что позволяет оптимизировать энергопотребление и стабилизировать качество электроэнергии в силовой сети.

Рис. Типовая схема групповой компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях на шинах первичных цеховых РП 0. 4 кВ (слева) и типовая схема индивидуальной компенсации реактивной мощности на шинах вторичных РП в щитовых (справа).

В целом любые способы повышения коэффициента мощности должны использоваться: только после проведения профессионального энергоаудита сети промышленного объекта, что исключит риски перекомпенсации и даст возможность выбора оптимальной по цене и функциям установки; обосновываться, разрабатываться и реализоваться исключительно профильной компанией с собственными производственными мощностями для изготовления установок, батарей и большим опытом работы в этой сфере деятельности.

Информация о компенсации реактивной мощности

Наиболее эффективным методом, позволяющим рационально использовать электроэнергию, является компенсация реактивной мощности. Работа современных электроустановок, бытовых и промышленных потребителей требует повышенного использования реактивных составляющих энергии. Связано это с большим количеством приборов и оборудования, функционирование которых основано на электромагнитных принципах работы. Потребляя реактивную мощность, реактивные токи в системах электроснабжения начинают циркулировать, не выполняя полезной работы, но при этом увеличивая потери энергии в проводниках. Именно для борьбы с этим вредным явлением и применяется компенсация. На сегодняшний день возможны следующие виды компенсации реактивной мощности:

1. Индивидуальная. Такая компенсация реактивной мощности подразумевает помещение конденсаторных установок непосредственно в электроприемники.
2. Групповая. Применяется при компенсации реактивной мощности сразу нескольких индуктивных нагрузок, присоединенных к одному распределительному устройству с общей конденсаторной установкой.
3. Централизованная. Данная компенсация применяется для нагрузки с широким диапазоном изменения потребления мощности с установкой на подстанции.

Компенсация реактивной мощности имеет свои преимущества. С ее помощью уменьшаются потери в проводниках, что позволяет использовать их с меньшим сечением. Применение компенсации реактивной мощности снижает эффект самоиндукции подключенных устройств и аппаратов, тем самым увеличивая срок службы коммутационной аппаратуры. Но главным достоинством компенсации реактивной мощности является уменьшение затрат, идущих на оплату электроэнергии. Также она увеличивает срок эксплуатации электронного оборудования за счет снижения динамических токовых нагрузок. Иными словами, использование компенсации реактивной мощности – это экономия энергоресурсов и их эффективное использование.

К устройствам компенсации реактивной мощности относятся различные виды оборудования, такие как шунтирующие реакторы, фильтры высших гармоник, статические тиристорные компенсаторы и конденсаторные батареи. Всех их объединяет одна задача, а именно уменьшение нагрузки на кабельные трассы и снижение риска возникновения аварийной ситуации.

Для предприятий, на которых задействовано большое количество электроэнергии, вопрос компенсации реактивной мощности очень важен, так как она является главным методом снижения расходов. Кроме того, устройства, понижающие затраты реактивной мощности, безопасны для окружающей среды.

Данный метод также известен как коррекция коэффициента реактивной мощности, которая в наши дни становится все более востребованной. Возросшие цены на электроэнергию заставляют вспомнить о существовании такого явления, как реактивная мощность, а также задумываться над тем, стоит ли за нее платить.

Для осуществления компенсации реактивной мощности необходимо правильно выбрать комплектующие. Основным функциональным узлом любой энергосистемы является блок конденсаторов. Они должны обладать хорошим качеством, так как предназначены для длительной работы. Вторым немаловажным функциональным узлом компенсации реактивной энергии является блок контакторов, которые подключают конденсаторы непосредственно к электросети.

Для включения секций конденсаторов в устройствах для снижения реактивной мощности также используются тиристорные ключи. Они дороже приборов с контакторами, но отличаются большим быстродействием.

Кроме комплектующих, немаловажным является и выбранная мощность компенсаторов. Для этого следует произвести комплексную проверку параметров производственного электроснабжения с помощью специальной аппаратуры. По результатам мониторинга электросети выбирается оптимальное решение для устройств коррекции коэффициента реактивной мощности. Если установленная мощность преобразователей частоты и различных устройств с выпрямительно-емкостной нагрузкой будет соизмерима с мощностью трансформатора, то к вопросу компенсации реактивных составляющих энергии нужно подходить комплексно. Это подразумевает предварительное улучшение формы потребляемого тока с помощью входных фильтров гармоник.

При использовании компенсаторов снижается реактивная мощность, кроме того, эти устройства обладают и другими преимуществами:

1. Так как в них отсутствуют движущиеся элементы, приборы механически не изнашиваются.
2. Простота изменения подключения компенсирующей мощности.
3. Уменьшаются затраты на обслуживание.
4. Подключение компенсаторов значительно понижает реактивные токи в сети, тем самым повышая технико-экономические показатели ее работы.
5. Не нарушается баланс между активной и реактивной энергией, благодаря чему сохраняется стабильная мощность электричества.

Повышенное качество работы сети – это высокое качество функционирования всего оборудования и экономия средств на оплату электроэнергии. Всего этого можно достичь, установив компенсирующие реактивную мощность приборы и правильно используя их.

Что такое реактивная мощность? Что такое компенсация?

Я не хочу объяснять десятки определений, которые вы можете найти в Интернете. Позвольте мне объяснить это кратко. Когда вы хотите выпить чашку кофе, вы видите, что на дне чашки есть молотый кофе. К сожалению, невозможно представить себе чашку кофе без молотого. Хотя никто из нас не употребляет использованную кофейную гущу, она есть, занимая место в чашке.

Точно так же, когда мы требуем энергии от сети, энергия строит свои собственные основания. Мы называем их «реактивной мощностью». А сам кофе – это действующая сила. Метод, который мы используем для устранения кофейной гущи из потребляемой нами энергии, называется компенсацией реактивной мощности.

Вы можете найти много технических объяснений того, почему генерируется реактивная мощность. Однако я предпочитаю более полезные ответы. Потому что чем больше люди понимают компенсацию и реактивную мощность, тем быстрее наша страна наступит лучшие времена. Проще говоря, почти все продукты (нагрузки), подключенные к сети, используют реактивную мощность.

Представьте, что проволока намотана на цилиндр: это называется катушкой. Двигатели и генераторы (а также трансформаторы) на самом деле представляют собой большие катушки. Когда мы пропускаем ток через катушку, катушка действует как магнит. Предположим, мы поместили магнит в центр генератора. Вращение магнита с постоянной скоростью перемещает нагрузки на другие катушки вокруг генератора. В результате вы генерируете ток на проводах вне изделия, потому что вращаете магнит внутри него. Принцип работы двигателей прямо противоположный. Трансформатор в основном представляет собой генератор, центр и окружность которого состоят из неподвижных катушек. Катушки также называют индукторами, а энергию, которую они используют, называют индуктивной реактивной мощностью. Например, лифты, автоматические двери, насосы и даже балласты люминесцентных ламп являются индуктивными нагрузками. Шунтирующие реакторы используются для подачи индуктивной энергии в систему.

Держите два проводника очень близко друг к другу и используйте изолятор, чтобы предотвратить их контакт друг с другом. Этот механизм называется конденсатором (конденсатором). Этот компонент, который повсеместно известен как «конденсатор», в энергетике называется конденсатором. Я думаю, причина этого в том, чтобы отличить его от компонента, используемого в электронных схемах. Популярные в последнее время электронные устройства (например, ИБП) и светодиодные системы освещения генерируют емкостную реактивную мощность. Конденсаторы используются для того, чтобы система потребляла емкостную мощность.

Упомянутая выше реактивная мощность не потребляется нагрузками. Он непрерывно вытягивается и отправляется обратно на завод-изготовитель. Поскольку мощность передается по физическим линиям передачи, это вызывает нагрузку на линии. По этой причине, если реактивная мощность превышает определенный предел, основанный на активной мощности, используемой потребителем, потраченные впустую национальные ресурсы компенсируются потребителем в качестве штрафа.

Поскольку слово «штраф» звучит не очень хорошо, в отрасли его называют «ценой реактивной мощности». Если вы видите цену в индуктивных и емкостных столбцах, кроме активного столбца в вашем счете за электроэнергию, это штраф, наложенный на вас. В конце концов, штраф отражается в счете за электроэнергию, и это потребление означает растрату наших национальных ресурсов, в то время как потребитель несет дополнительные убытки.

Мы уже говорили, что не бывает кофе без остатков молотого кофе. Но сеть не хочет, чтобы мы рисовали здесь землю. По этой причине мы компенсируем землю, интегрируя в систему конденсаторы. Когда мы это делаем, мы не вызываем нагрузку на линии, что позволяет избежать штрафов. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности (коррекцией коэффициента мощности).

Когда бы вы ни фотографировали свою систему, соотношение кофе и молотого всегда кажется другим. Причина этого в том, что широкий диапазон нагрузок включается и отключается в течение дня. Реле контроля реактивной мощности (регуляторы коэффициента мощности) постоянно проверяют соотношение молотого кофе и кофе на всех трех фазах, чтобы убедиться, что молотый кофе компенсируется конденсаторами или, наоборот, компенсируется шунтирующими реакторами.

 

Автор: Берке Эрем

Компания: Entes Elektronik

Должность: Менеджер по стратегическому планированию

Компенсация реактивной мощности для возобновляемых генераторов – на плахе?

18 ноября 2021 г. FERC выпустила уведомление о запросе (NOI) с запросом комментариев по компенсации реактивной мощности и структуре рынка. (ссылка на NOI здесь). Реактивная мощность является критическим компонентом объемной электрической системы. Практически вся электроэнергия в больших объемах вырабатывается, транспортируется и потребляется в сетях переменного тока. Эти системы переменного тока потребляют как активную, так и реактивную мощность. Реактивная мощность поддерживает напряжения, необходимые для надежности системы, чтобы обеспечить подачу реальной мощности от генерации к нагрузке. Все балансирующие органы должны закупать достаточное количество источников реактивной мощности для безопасного управления сетью, а соглашения о присоединении генераторов содержат положения, требующие, чтобы генераторы работали в определенных пределах реактивной мощности. Реактивная мощность является вспомогательной услугой, и затраты возмещаются отдельно от стоимости стандартных услуг по передаче.

В 1999 г. в Мнении № 440 Комиссия одобрила метод, предложенный Американской электроэнергетической сервисной корпорацией, для распределения затрат на синхронный генератор между реальной и реактивной мощностью. Эта методология AEP теперь рекомендуется Комиссией, когда организация стремится возместить затраты на реактивную мощность. Методология AEP работает, сначала определяя затраты на строительство оборудования реальной и реактивной мощности. Затем оборудование реактивной мощности изолируется с помощью распределителей, одобренных FERC. Наконец, эти затраты умножаются на текущие расходы для расчета годовой потребности в доходах от реактивной мощности.

За последнее десятилетие компенсация реактивной мощности стала ключевым компонентом возмещения затрат на возобновляемые ресурсы, и методология AEP была применена к асинхронным генераторам, таким как солнечные и ветряные установки. NOI признает этот сдвиг в отрасли. Компенсация реактивной мощности является самой высокой в ​​Midcontinent Independent System Operator («MISO») и PJM Interconnection, L.L.C. («PJM»), где реактивная мощность компенсируется фиксированной оплатой. В NOI Комиссия отметила, что она обработала 260 разбирательств по реактивной мощности в PJM и 125 разбирательств по реактивной мощности в MISO. Большинство этих разбирательств касаются производителей возобновляемых ресурсов.

В NOI Комиссия ищет комментарии относительно применимости методологии AEP к возобновляемым ресурсам. Первоначально методология AEP была разработана для синхронных генераторов, и Комиссия стремится изучить целесообразность ее применения к асинхронным генераторам. В частности, Комиссия ищет комментарии по:

1. неспособность методологии AEP учесть ухудшение реактивной мощности ресурсов с течением времени;
2. применимость принципов расчета стоимости обслуживания в методологии AEP к категориям оборудования, уникальным для несинхронных генераторов;
3. отсутствие отдельных счетов в Единой системе учета негидродинамических несинхронных ресурсов;
4. отсутствие поддающихся проверке данных, лежащих в основе ставок стоимости обслуживания. Большинству заявителей на реактивную мощность было предоставлено освобождение от требований Комиссии к бухгалтерскому учету и отчетности, поэтому у этих заявителей нет бухгалтерских проводок, указанных в форме № 1 FERC, для поддержки реактивных тарифов;
5. Следует ли пересмотреть модель компенсации PJM для реактивной мощности из-за сверхкомпенсации.