Реактивная энергия в электрических сетях. Влияние высших гармоник на измерение реактивной энергии в электрических сетях

Как высшие гармоники влияют на показания счетчиков реактивной энергии. Почему возникают погрешности измерений при наличии искажений напряжения и тока. Какие типы счетчиков реактивной энергии существуют и в чем их различия. Как оценить затраты на передачу реактивной мощности при наличии высших гармоник.

Проблема измерения реактивной энергии при наличии высших гармоник

В современных электрических сетях все чаще возникают высшие гармоники тока и напряжения, вызванные нелинейной нагрузкой. Это приводит к неправильному учету реактивной энергии приборами, входящими в систему автоматизированного контроля и учета электроэнергии. Почему это происходит?

Дело в том, что разные типы электронных счетчиков реактивной энергии основаны на различных принципах измерения. При синусоидальном напряжении и токе эти принципы эквивалентны. Однако при наличии высших гармоник показания счетчиков реактивной энергии разных типов могут значительно различаться.

Это может привести к увеличению или снижению оплаты за электроэнергию предприятием. Поэтому изучение вопроса совершенствования счетчиков и их сравнительный анализ при наличии гармонических искажений весьма актуальны.

Типы счетчиков реактивной энергии и принципы их работы

Существует несколько основных типов электронных счетчиков реактивной энергии, работа которых основана на различных принципах:

• Счетчики, реализующие сдвиг фазы напряжения или тока на 90°
• Счетчики, использующие интегрирование произведения мгновенных значений напряжения и тока
• Счетчики, реализующие более сложные алгоритмы вычисления реактивной мощности

Принцип работы счетчиков первого типа основан на сдвиге фазы напряжения или тока на 90°. Для счетчиков второго типа реализуется интегрирование произведения мгновенных значений напряжения и тока. Счетчики третьего типа используют более сложные математические выражения для вычисления реактивной мощности.

Влияние гармонических искажений на показания счетчиков

Для оценки влияния высших гармоник на показания разных типов счетчиков были проведены теоретические исследования. Рассматривались следующие условия:

1. Величины первой гармоники тока и напряжения оставались неизменными
2. Изменялись амплитуды высших гармоник при постоянстве их произведения
3. При постоянстве действующих значений всех гармоник менялся угол сдвига фаз между напряжением и током на отдельных гармониках

Результаты исследований показали, что наличие гармонических искажений значительно влияет на показания счетчиков реактивной энергии. Погрешность измерения зависит как от амплитуд различных гармоник тока и напряжений, так и от угла сдвига фаз между ними.

Анализ погрешностей измерения реактивной энергии

Расчеты показали, что относительная погрешность измерения различными типами счетчиков при определенном соотношении гармоник может значительно превышать погрешность самого прибора. Максимальные значения погрешностей достигали следующих величин:

• Для счетчиков первого типа — до 1,9%
• Для счетчиков второго типа — до 6,36%
• Для счетчиков третьего типа — до 5,69%

Наибольшее влияние на погрешность измерения оказывают амплитуды гармоник (более 6%). Разность фаз между током и напряжением на отдельных гармониках приводит к ошибке до 2%.

Проблемы использования понятия реактивной мощности при наличии высших гармоник

При наличии высших гармоник в электрической сети использование понятия реактивной мощности как суммы ее значений на каждой гармонике становится некорректным. Почему?

Действующее значение тока при наличии высших гармоник определяется сложной формулой, учитывающей мощности и напряжения на всех гармониках. Это выражение невозможно связать с общепринятой формулой для определения тока через активную и реактивную мощность.

Таким образом, использование понятия реактивной мощности как суммы ее значений на каждой гармонике не несет полезной информации и не позволяет корректно определить ток в сети.

Новый подход к оценке затрат на передачу реактивной мощности

Для корректного учета электроэнергии при наличии высших гармоник предлагается следующий подход:

1. Активная мощность определяется суммой составляющих всех гармоник. Ее корректно измеряет счетчик любой системы.
2. Полная мощность должна определяться как произведение действующих значений напряжения и тока с учетом всех гармоник.
3. Вместо реактивной мощности целесообразно использовать понятие неактивной составляющей тока.

Такой подход позволяет более точно оценить реальные затраты на передачу электроэнергии при наличии высших гармоник в сети.

Рекомендации по выбору и применению счетчиков реактивной энергии

На основе проведенных исследований можно дать следующие рекомендации по выбору и применению счетчиков реактивной энергии:

• При наличии значительных гармонических искажений в сети следует отдавать предпочтение счетчикам, реализующим более сложные алгоритмы вычисления реактивной мощности
• Необходимо учитывать возможные погрешности измерения реактивной энергии при наличии высших гармоник
• Целесообразно проводить периодический анализ гармонического состава напряжения и тока в точке учета
• При больших искажениях рекомендуется использовать специальные счетчики, учитывающие влияние высших гармоник

Применение этих рекомендаций позволит повысить точность учета электроэнергии и корректность оценки затрат на ее передачу в современных электрических сетях с нелинейными нагрузками.

Реактивная мощность в электрической сети: мероприятия по компенсации

Реактивная мощность в электросети возникает в результате использования нагрузки с элементами, составляющими индуктивность и емкость. Это могут быть обмотки электродвигателей, дросселей, трансформаторов, конденсаторы схем электротехнического оборудования. Индуктивная и емкостная нагрузка способствует сдвигу фазы  тока  относительно фазы напряжения энергии, передаваемой от электростанций.

Структура электросети с элементами, где возникает реактивная составляющая в нагрузке

Это явление приводит к генерации нагрузкой части энергии, ток которой направлен в противоположную сторону, в результате этого появляются потери энергии. Протекающий в цепи ток не совершает полезной работы, а расходуется на нагрев элементов сети.

Цели мероприятий по компенсации

При эксплуатации электросетей на бытовом и промышленном уровне большое значение имеет снизить расходы на электроэнергию. Особенно эта проблема актуальна на крупных промышленных предприятиях. Для экономии электроэнергии надо, чтобы электроустановки работали с максимальной эффективностью.

Реактивная энергия оказывает ряд негативных последствий:

• Ухудшение работы электронных приборов в различных режимах по причине падения напряжения;
• Падает статическая устойчивость элементов в нагрузке;
• Приходится принимать меры, требующие затрат для увеличения пропускной способности сети;
• Необходимо повышать мощность генераторов на электростанции.

Цель компенсации заключается в том, чтобы создать такие режимы работы, когда реактивная мощность будет оптимальна на конкретной нагрузке.

Физические принципы компенсации реактивной мощности

Векторная диаграмма показывает компенсацию реактивной мощности при изменении токовой нагрузки

На схеме показана нагрузка, которая имеет активную составляющую Rн и индуктивную Lн, сопротивление в Омах, как пример это может быть электродвигатель с обмоткой на роторе. Чем больше величина индуктивного сопротивления в нагрузке Lн, тем больше угол отставания фазы соsφ полного тока I от фазы напряжения питания U.

С правой стороны показана векторная диаграмма, из которой видно, как уменьшается ток нагрузки после подключения конденсатора с емкостным сопротивлением Сн.

Полный ток нагрузки – это сумма токов реактивной составляющей и активной:

I = Iа + Iр.

Значения угла смещения фаз тока и напряжения выражается отношением величин Lн и Rн. Угол сдвига фаз может выражаться тремя способами:

Формула для вычисления угла сдвига фаз через sin

Формула для вычисления угла сдвига фаз через cos

Формула для вычисления угла сдвига фаз через tg

Зная все эти величины и отношения их зависимости, можно расчитать реактивную и активную составляющие мощности, полную мощность цепи и полную мощность, потребляемую нагрузкой:

• Активная мощность выражается как: Р = U x I cosф кВт;
• Реактивная сотавляющая мощность: Q = U x I sinф кВАр;
• Полная мощность, потребляемая нагрузкой: S = √P2+Q2 kBA.

При включении в цепь параллельно нагрузке конденсатора, который имеет емкостное сопротивление Сн и ток Ic противоположного направления к Ip, так как его фаза опережает фазу напряжения U на 90 ̊, реактивная мощность, потребляемая Lн индуктивным сопротивлением, компенсируется.

Наглядное отображение как происходит компенсация в электросетях

Реактивная составляющая тока с учетом компенсации выражается алгебраической формулой:    

I pk = Iph – Ic.

Когда ток отстает по фазе от напряжения, реактивная мощность потребляется и имеет индуктивный характер, обозначается как положительная знаком «+».

Когда ток опережает по фазе напряжение, реактивная мощность начинает генерироваться, имеет емкостной характер и обозначается знаком «-».

Виды устройств компенсации и места их установки

На промышленных объектах к сетям напряжением менее 1кВ подключается много оборудования, которое потребляет реактивную мощность, коэфициент соsф активной мощности обычно находится в интервале 0.4-0.9.

Трансформаторные подстанции, понижающие напряжение до 04 кВт, расположены на больших растояниях от нагрузки, что приводит к потере передаваемых мощностей. Поэтому приходится прокладывать кабельные линии с проводами большого сечения, наращивать мощность трансформаторов. Мощные понижающие напряжение трансформаторные подстанции стоят дорого. Поэтому компенсация реактивной мощности в электрических сетях производится в местах ее потребления, на низкой стороне трансформаторной подстанции.

Зависимость активных потерь от соsφ

Исследования итальянской компании LOVATO ELECTRIC показывают зависимость активных потерь от значения коэфициента соsφ в элементах сети. При значении 0.7 величина реактивной мощности начинает резко увеличиваться. Пэтому необходимо устанавливать компенсатор реактивной мощности, он оказывает прямое влияние на изменение баланса реактивной мощности в СЭС.

Фазометр для измерения соsφ

Используя фазометр, можно определить заначение соsφ возле каждого элемента нагрузки в сети и принять решение о необходимости компенсации на конкретном участке сети. Обычно измерения делаются на низкой стороне понижающей подстанции, и там же в отдельном отсеке устанавливают конденсаторы, компенсирующие реактивную мощность. Выбирая средства для компенсации реактивной мощности на промышленных объектах, обязательно учитываются характер нагрузки оборудования и режим работы производства.

В зависимости от этих факторов сети делятся на две категории:

• Общего назначения со стабильным режимом эксплуатации, частотой напряжения 50 Герц;
• Специфические сети – с несимметричными и нелинейными резкими изменениями величины и характера токовой нагрузки. К таким объектам можно отнести предприятия, где используется большое количество сварочных аппаратов, электролизные процессы, дуговые печи для плавки металлов, а также любое оборудование, потребляющее большое количество мощности и имеющее индуктивные элементы.

Схема размещения компенсирующих емкостных установок

Элементы для компенсации устанавливаются не только на низкой стороне, но и перед электрооборудованием потребителя.

Распределение устройств копенсации по уровням СЭС

Производители и поставщики электроэнергии тоже заинтересованы в снижении потерь, поэтому, начиная с электростанции, на всех уровнях ставят установки для компенсации реактивной мощности.

Средства компенсации и объекты, на которых они размещаются

На промышленных предприятих для погашения больших величин реактивной мощности ипользуются разные устройства компенсации:

• Синхронные генераторы;
• Асинхронные генераторы;
• Шунтирующие реакторы;
• Батареи статических конденсаторов.

Современные установки компенсации реактивной мощности имеют конструкции с ручной или автоматической регулировкой. Нерегулируемые компенсирующие приборы обычно размещают в распределительных щитах цеха или отдельного участка на производстве. Регулируемые КУ ставят чаще всего на трансформаторных подстанциях. Подключение осуществляется к фазным шинопроводам гибкими многожильными проводами соответствующего сечения.

Пример установки батарей статических конденсаторов в РЩ

Самым распространенным средством компенсации на производственных объектах считаются батареи статических конденсаторов, их устанавливают на подстанциях и в РЩ, РУ или РШ.

Схема установки конденсаторов для компенсации реактивной мощности при эксплуатации бытовых электроприборов

На бытовом уровне достаточно 1-3 конденсаторов не большой емкости более 220В по напряжению.

Установка элементов по компенсации реактивной мощности является энергоэкономичной технологией, значительно снижает потери электроэнергии, эксплуатация электроустановок становится более эффективной.

Видео

Оцените статью:

Влияние высших гармоник на измерение реактивной энергии в электрических сетях Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.3.08

ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА ИЗМЕРЕНИЕ

РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Я.Э. Шклярский, О.С. Васильков, Д.Е. Батуева

Выявлено влияние высших гармоник на показания счетчиков, особенно реактивной энергии. Некорректность показаний счетчиков связана, прежде всего, с различием так называемых «измерительных» уравнений зашитых в микропроцессоры счетчиков. Приводится анализ показаний счетчиков реактивной энергии разных производителей. Выполненные теоретические исследования подтверждают ряд экспериментальных данных, полученных в реальных условиях нагрузки. На основе анализа предлагается иной подход к оценке затрат, обусловленных генерацией, передачей и потреблением реактивной мощности при наличии искажений напряжения и тока в системе электроснабжения.

Ключевые слова: счетчик, активная энергия, реактивная энергия, высшие гармоники.

При оплате за электроэнергию предприятием учитывается как активная, так и реактивная составляющие электрической энергии, при этом необходимо их точное измерение. Все чаще в электрических сетях предприятий возникают высшие гармоники тока и напряжения, вызванные наличием нелинейной нагрузки, что, в свою очередь, приводит к неправильному учету реактивной энергии приборами, входящими в систему автоматизированного контроля и учета электроэнергии [4, 5]. На рынке приборов предлагается несколько типов электронных счетчиков реактивной энергии, работа которых основана на различных принципах, а иначе говоря, на различных видах уравнения. Необходимо отметить, что при синусоидальном напряжении и токе эти принципы эквивалентны, и при измерении в пределах заданных классов точности при одних и тех же рабочих условиях они дают сравнимые результаты.

При наличии же высших гармоник в питающей сети показания счетчиков реактивной энергии разных типов могут быть различны, что ведет к увеличению или снижению оплаты за электроэнергию предприятием. Поэтому изучение вопроса совершенствования счетчиков и их сравнительный анализ при наличии гармонических искажений весьма актуален. Ряд публикаций по этой теме содержит, прежде всего, результаты экспериментальных исследований разных типов счетчиков [1 — 3]. Эксперименты выявили, что расхождения в показаниях различных типов счетчиков значительны (до 4 %). Это в условиях крупных предприятий является существенным фактором, влияющим на затраты потребления электроэнергии.

Однако экспериментальные исследования, ограниченные техническими возможностями, не дают полного представления о закономерностях изменения погрешностей измерений. Поэтому была поставлена цель — дополнить экспериментальные исследования теоретическими для получения

381

более полной картины в области измерения реактивной мощности при наличии искажений. В настоящей работе приведены результаты исследований, позволяющие оценить расхождение показаний разных типов счетчиков при различном составе гармоник в токе и напряжении, включая учет разности фазмежду ними на фиксированных гармониках.i sin(wt + ji) + U2 sin(2wt + 92) + • • -]x

x [/1 sin(wt + 90) +12 sin(2wt +180) +/3 sin(3wt + 270) + …]} =

(1)

= U1/1 sin j1 -U2/2 cos j2 -U3/3 sin93 + U4/4 sin94 = Q1 -P2 -Q3 + P4 +…,

где u(t), i(t) — мгновенные значения напряжения и тока; T — периодпервой гармоники; Uir/- амплитудныезначения напряжения и тока для i-й гармоники; ю — частота первой гармоники; t — текущее время; Qk, P— реактивная и активная мощности соответственно на k-й и j-й гармониках; ф — разность фаз между напряжением и током на i-й гармонике.

В этом случае проводится сдвиг времени на четверть периода для

тока — /1+T |. Для первого типа счетчиков реализуется сдвиг фазы напря-

жения или тока на 90°.

= U1/1 sin91 + 2 22 Y2 = Q1 + + Q3 + •.

(2)

Для третьего типа счетчиков реализуется следующее математическое выражение:

Q =

— J in (t )(J un (t)dt)dt

12″ 2 ¥

> =■ I

1

-|2

— J /n (wf)(j Un (wt + 9)dt )dt

1

2

= ( q1 + Q22 + Q32 Л 2

(3)

1

0

0

1

где n — номер соответствующей гармоники тока и напряжения.

На основе приведенных уравнений в дальнейшем производились расчеты показаний приборов учета реактивной энергии, которая будет представлена реактивноймощностью. Для получения реальной картины искажений, возникающих при работе частотно-управляемых приводов, были использованы данные экспериментальных исследований АД, прове-

денных авторами совместно со специалистами ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии». Полученные результаты были приняты за исходные данные и представлены в табл. 1.

Таблица 1

Экспериментальные данные о гармониках напряжения и тока на входе частотно-управляемого электропривода

Номер гармоники Напряжение U Ток I Фазовый сдвиг между током и напряжением j, град.

Амплитуда Фаза, град. Амплитуда Фаза, град.

1 532,99 38,01 71,269 -31,52 69,53

5 61,66 -0,82 15,447 -2,25 1,43

7 38,72 60,74 7,129 -10,38 71,12

Для определения закономерности изменения показаний разных типов счетчиков в зависимости от изменения гармонического состава тока и напряжения было принято, что зависимости будут формироваться при следующих условиях:

1) величины первой гармоники тока и напряжения остаются неизменными согласно исходным данным;

2) изменяется произведение U515 при постоянном произведении U 717 либо наоборот. При этом разность фаз между током и напряжением остается неизменной;

3) при постоянстве действующих значений всех гармонических составляющих тока и напряжения поочередно меняется угол сдвига фаз между напряжением и током от 0 до 90° сначала пятой гармоники, затем седьмой.

За базисные величины приняты Q6 = 335000вар, U6lI6l = 2000ВА. Для примера на рисунке приведены зависимости реактивной энергии от угла сдвига фазы на пятой гармонике.

Зависимость показаний трех типов счетчиков: а: 1, 2, 3 -при изменении угла сдвига фаз между напряжением и током на 5-й гармонике; б: 1, 2, 3 — при изменении угла сдвига фаз между напряжением и током на 5-й гармонике

383

Максимальные значения рассчитанных погрешностей в процентах представлены в табл.2.

Таблица 2

Расчетные значения погрешностей трех типов счетчиков реактивной энергии (мощности) от угла сдвига фаз на 5-й и 7-й гармониках

Тип счетчика Максимальная погрешность, %, при изменении

U 515 U 717 j j7

1-й — — 1,9 0,07

2-й 0,84 6,36 0,84 0,84

3-й 0,75 5,69 0,74 0,72

Из полученных результатов можно сделать следующие выводы.

1. Выявлено, что наличие гармонических искажений в токе и напряжении питающей сети значительно сказывается на показаниях счетчиков реактивной энергии и зависит как от амплитуд различных гармоник тока и напряжений, так и от угла сдвига фаз.

2. Определено, что относительная погрешность измерения различными типами счетчиков при определенном соотношении гармоник и величине сдвига фаз между напряжением и током на исходной гармонике может значительно превышать погрешность самого прибора и достигать 6,35 %. Это существенный фактор, который следует учитывать при оплате за электроэнергию.

3. Установлено, что наибольшее влияние на погрешность измерения имеют амплитуды гармоник (более 6 %). Разность фаз приводит к ошибке до 2 %.

Выполненные теоретические исследования подтверждают ряд экспериментальных данных, полученных в реальных условиях нагрузки. Однако теоретические исследования показали, что погрешность может быть и больших значений, чем это было установлено при эксперименте.

На основе полученных данных предлагается иной подход к оценке затрат, обусловленных генерацией, передачей и потреблением реактивной мощности при наличии искажений напряжения и тока в системе электроснабжения.

В дальнейшем речь будет идти о симметричной трехфазной системе. В синусоидальном режиме удобно пользоваться искусственными понятиями полной S и реактивной Q мощности. Величину Q, несмотря на отсутствие физического смысла, можно измерить. Тогда величина S удобна для определения тока нагрузки и коэффициента мощности:

S . K

7 v м°щн

р

S’

При наличии высших гармоник картина кардинально меняется. Допустим, получили значения реактивной мощности на каждой из гармоник: Q1 = P1tgj1; Q2 = P2tgj2 и т.д. В этом случае действующее значение тока определяется согласно выражению

I = 41+I2 +1;+… =

•Вп~,и, V

I ((П7-1,,’ ,fj)р)+1 j JUQ), (4)

i =1

i-1

1

где Ui и Uj — напряжение i-й иj-й гармоники, Pi и Qi — соответственно ак-

тивная и реактивная мощность i-й гармоники.

Выражение (4) никак нельзя связать с общепринятым выражением

I =

‘ 7 \2 ( 7 •

IP + |I Qi

ч i=1 У V i=1 .

3U„

2

(5)

где UH — номинальное напряжение сети.

Выражение (5) даст неправильное значение действующего значения тока. Значит, использовать понятие реактивной мощности как сумму ее значений на каждой гармонике бессмысленно, оно не несет никакой информации. Об этом неоднократно говорилось в ряде публикаций [1,3]. Ниже предлагается обоснованный вариант учета электроэнергии и ее оплаты при наличии высших гармоник в электрической сети.

Отметим, что при использовании любого из упомянутых выше счетчиков оплата производится не за затраченную поставщиком электроэнергию (кроме первого полупериода), а за ее передачу.

Синусоидальный ток, являясь носителем энергии, можно представить как сумму активной и реактивной составляющих:

I = Ia + jI

Р ’

где Ia

— активная; IP — реактивная составляющие тока.

При условии постоянства напряжения для трехфазной сети

-P- • I ’ Р

Q

Su

, или Ia

S

V3u

cos j; Ip

a

S

Su

sin j.

С другой стороны, если левую и правую части выражения

P+jQ = S (6)

разделить на величину V3U (которая в данном случае — постоянный коэффициент), то

S’

S

,— —cos j + j-V3U V3U V3U

Таким образом, при оплате первой составляющей в выражении (6) оплачивается активная мощность в масштабе активной составляющей полного тока. При этом может быть учтены класс точности приборов и погрешность, вызываемая изменением напряжения. Последняя не может превышать ±5 %.

S

-sin j= I a + jIp.

Вторая составляющая в (6) — реактивная мощность, которая прямо пропорциональна реактивной составляющей полного тока.

При наличии реактивной мощности и при ее изменении полный ток меняется не прямо пропорционально реактивной мощности, а значительно

меньше, так как I = I2a + Ip. Прямо пропорционально реактивной

мощности ток меняется только в маловероятном случае чисто реактивной нагрузки.

Если оплата активной мощности прямо пропорционально связана с затратами на выработку электроэнергии, то с чем связана оплата за реактивную энергию? Затраты могут быть связаны только с ее передачей. u(t)'(t)dt = Pi + P2 +… + P¥.

Отсюда следует, что активная мощность, а значит, и электроэнергия определяются суммой составляющих всех гармоник. Ее определяет счетчик любой системы. Подчеркнем, что и в этом случае все соответствует физике процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии.

Очевидно, что полная мощность, определяемая по выражению

Si = UI = ylU1 + U22 +… + U¥ Хд/р2 +122 +… +1¥, (7)

и полная мощностьSii = д/p2 + Q2 не совпадают. Об этом написано достаточно статей [2,3]. Причем величина Q может быть определена любым из счетчиков реактивной электроэнергии. Но какую информацию несет эта величина? Общий ток в линии, пользуясь величиной Q, определить невозможно, так же, как и добавку реактивной или (лучше говорить) неактивной составляющей, тока. Очевидно, что ток в этом случае следует определять только по выражению

I = Jр2 +12 +12 +.только для того, чтобы сравнить с ранее сосчитанной величиной St и определить так называемую мощность искажения T = д/Si — P2 — Q2 не имеет смысла, так как T несет только качественную информацию о наличии высших гармоник. Количественную же информацию, а не только качественную несут коэффициенты несинусоидальности по току и напряжению, а также их спектры. Однако из сказанного следует, что все искусственно вводимые коэффициенты, содержащие мощность искажения, или подразумевающие ее токи не несут полезной информации. К ним относятся:

— коэффициент сдвига

КСДВ

р

р2 + Q2

— коэффициент искажения

К ИСК =

л/P2 + Q2 .

д/р2 + Q2 + T2 ’

— коэффициент гармоник

K

ГАРМ ‘

T

л/р 2 + Q2

( 1

V Kиск J

-1.

Единственно реально используемым коэффициентом следует признать коэффициент мощности

K = P

Л-МОЩН „ ’

S1

причем величина St должна определяться по выражению (7). Этот коэффициент характеризует как в синусоидальном, так и в любом режиме неиспользованный резерв активной мощности.

Очевидно, что если величина S2 -P2 равна нулю, то в этом случае отсутствуют и высшие гармоники, и реактивная мощность. Также очевидно, что если скомпенсировать реактивную мощность на каждой из гармоник в отдельности, эта величина станет равной нулю.

По всей видимости, эту задачу просто так не решить, и можно предположить, что при наличии высших гармоник не удастся получить коэффициент мощности равным единице, кроме случая применения дорогих активных фильтров.

Поскольку реактивная мощность не имеет физического смысла, то и пользоваться этой величиной при оплате в несинусоидальном режиме, вероятно, некорректно.

Исходя из сказанного, можно предложить два варианта оплаты за электроэнергию:

— первый вариант — оплату производить по частям — за активную энергию и полный ток. Оплата за активную энергию не вызывает сомнения и соответствует общепринятой практике и физике процесса передачи энергии. Оплата за полный ток (1) позволит учесть затраты на передачу полной мощности по линии электропередачи. Для реализации этого варианта должны быть использованы счетчики активной энергии и интегральный счетчик тока, показания которого должны определяться выражением

i

| idt;

0

— второй вариант — оплату производить аналогично оплате в синусоидальном режиме. В этом случае определяется полная мощность по выражению (7) и вычисляется неактивная мощность

387

M =л/ у2 — P2.

Тогда составляющая тока, не относящаяся к активной мощности, будет соответствовать неактивной мощности М. Отсюда и вариант оплаты за электроэнергию — за активную и неактивную энергии. Этот вариант соответствует оплате за активную и реактивную электроэнергии в синусоидальном режиме.

Заключение

На основе теоретических и практических исследований была установлена некорректность показаний счетчиков реактивной энергии вследствие отсутствия понятия реактивной мощности при наличии искажений в напряжении и токе. Кроме некорректности показаний, выявлена разница в показаниях счетчиков разных производителей. Учитывая некоторую условность в величине реактивной энергии, предложен способ ее учета посредством полного тока либо неактивной мощности. Причем в первом случае предлагается оплату за потребляемую электроэнергию производить по активной энергии и полному току, во втором случае — по активной и неактивной энергии.

Список литературы

1. Агунов М.В., Агунов А.В., Вербова Н.М. Новый подход к измерению электрической мощности // Промышленная энергетика. 2004. № 2. С. 30 — 33.

2. Новый подход к идентификации нагрузок, создающих помехи, основанные на реактивных мощностях / П.В. Барбаро, А. Каталиотти, В. Ко-зентино, С. Нуксио // Электроснабжение. 2007. Т. 22. № 3. С. 1782 — 1789.

3. Характеристики счетчиков реактивной энергии в системах электроснабжения с искажениями / П.В. Барбаро, А. Каталиотти, В. Козентино, С. Нуксио // XVIII Всемирный конгресс IMECO «Метрология для стабильного развития». Рио-де-Жанейро, Бразилия, 17-22 сентября, 2006.

4. Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н. Проблемы высших гармоник в сетях промышленных предприятий // Электротехника и электромеханика. 2013. № 1. С. 69-71.

5. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 168 с.

Шклярский Ярослав Элиевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный

университет,

Васильков Олег Сергеевич, асп., [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

388

Батуева Дарья Евгеньевна, асп., dasha-batueva4@rambler. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет

INFL UENCE OF HIGHER HARMONICS ON MEASUREMENT OF REA CTIVE ENERGY

IN ELECTRICAL NETWORKS

Ya.E. Shklayrskiy, O.S. Vasilkov, D.E. Batueva

The effect of higher harmonics on the readings of counters, especially reactive energy, is revealed. Incorrectness of meter readings is connected, _ first of all, with the difference of the so-called «measuring» equations of counters sewn into microprocessors. The performed theoretical studies confirm a number of experimental data obtained under real load conditions. The article analyzes the readings of reactive energy meters from different manufacturers. On the basis of the analysis, a different approach is proposed for estimating costs due to the generation, transmission and consumption of reactive power in the presence of voltage and current distortions in the power supply system.

Key words: counter, active energy, reactive energy, higher harmonics.

Shklayrskiy Yaroslav Elievich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, js-10@mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Vasilkov Oleg Sergeevich, postgraduate, coal. mountain94@gmail. com, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Batueva Dariya Evgenievna, postgraduate, dasha-barueva4@rambler. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University

Реактивная мощность — это… Что такое Реактивная мощность?

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность

Мгновенная электрическая мощность P (t), выделяющаяся на элементе электрической цепи — произведение мгновенных значений напряжения U (t) и силы тока I (t) на этом элементе:

Если элемент цепи — резистор c электрическим сопротивлением R, то

Мощность постоянного тока

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то среднюю мощность можно вычислить по формулам:

Мощность переменного тока

Активная мощность

Среднее за период Т значение мгновенной мощности называется активной мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением . Единица активной мощности — ватт (W, Вт). Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом активной мощности является мощность, поглощаемая нагрузкой.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = UI sin φ. Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (var, вар). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: . Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом реактивной мощности является мощность, отраженная от нагрузки.

Необходимо отметить, что величина sinφ для значений φ от 0 до плюс 90 ° является положительной величиной. Величина sinφ для значений φ от 0 до минус 90 ° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sinφ реактивная мощность может быть отрицательной величиной. Но отрицательное значение мощности нагрузки характеризует нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, емкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии. Модуль величины Q = UI sinφ приблизительно описывает реальные процессы преобразования энергии в магнитных полях индуктивностей и в электрических полях емкостей. Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения. Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sinφ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: , где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (VA, ВА).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Измерения

Литература

• Бессонов Л. А. — Теоретические основы электротехники: Электрические цепи — М.: Высш. школа, 1978

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

О природе реактивной энергии / Хабр

Вокруг реактивной энергии сложилось немало легенд, активно способствовала развитию околонаучного фольклора любовь нашего человека к халяве и разнообразным теориям глобального заговора.

В рунете можно найти множество success story о том как простой мужичок из глубинки годами эксплуатирует халявную реактивную энергию (которую бытовой счетчик электроэнергии не регистрирует) и живет себе, не зная бед. Так же можно найти заметки людей, призывающих бросить бесполезное занятие поиска источника халявы в халявной реактивной энергии. Для того чтобы окончательно раставить точки над ‘i’ в этом вопросе, я решил написать этот пост, не мудрствуя лукаво.

Как известно, потребляемая от источника переменного тока энергия складывается из двух составляющих:

1. Активной энергии
2. Реактивной энергии

1. Активная энергия — та часть потребляемой энергии, которая целиком и безвозвратно преобразуется приемником в другие виды энергии.

Пример: Протекая через резистор, ток совершает активную работу, что выражается в увеличении тепловой энергии резистора. Вне зависимости от фазы протекающего тока, резистор преобразует его энергию в тепловую. Резистору не важно в каком направлении течет по нему ток, важна лишь его величина: чем он больше, тем больше тепла высвободится на резисторе (количество выделенного тепла равно произведению квадрата тока и сопротивления резистора).

2. Реактивная энергия — та часть потребляемой энергии, которая в следующую четверть периода будет целиком отдана обратно источнику.

Пример: Представим себе, что к источнику переменного тока подключен конденсатор. Начальный заряд на обкладках конденсатора равен нулю, начальная фаза напряжения источника так же равна нулю. Одно полное колебание состоит из четырех четвертьпериодов:

1. Напряжение источника растет от 0 до максимального мгновенного значения (при действующем значении U источника 230V оно равно 230 * 1,4142 = 325V) При этом конденсатор потребляет ток, необходимый для его полного заряда
2. Напряжение источника стремительно уменьшается (движется к нулю), при этом, напряжение на заряженном конденсаторе оказывается выше чем на источнике, что вызывает течение тока в обратную сторону (ведь ток течет от большего потенциала к меньшему), то есть конденсатор разряжается, отдавая накопленную энергию обратно источнику!
3. Для следующих двух четвертьпериодов вышеописанная история повторяется с тем лишь различием, что токи заряда и разряда емкости потекут в противоположных направлениях.

   В случае включения вместо конденсатора катушки индуктивности, суть процесса не изменится.

   В этом и состоит главный фокус реактивной энергии — в момент ‘прилива’ мы заполняем свои цистерны, в момент отлива же, мы сливаем их содержимое обратно. Как можно заметить из этой простой аналогии, мы просто туда-сюда переливаем жидкость (или ток в электроцепях). Если же мы соблазнимся слить хоть немного жидкости ‘налево’ (включить последовательно с реактивным конденсатором активный резистор), то мы станем брать ‘несколько больше’ чем возвращать, а это ‘несколько больше’ уже является активной энергией по определению (ведь мы эту часть не возвращаем обратно, не так ли?), за которую как известно, приходится платить.

   Или иной пример: предположим, что мы берем у кредитора некоторую сумму денег взаймы и сразу же возвращаем ему взятый только что кредит. Если мы отдадим ровно столько, сколько взяли (чистая реактивность) — мы придем к исходному состоянию и никто никому не будет ничего должен. В случае же, если мы потратим часть кредита на какую ни будь покупку и вернем то, что осталось от кредита после совершения покупки (добавим в цепь активную нагрузку и часть энергии уйдет из системы) — мы будем все еще должны. Эта потраченная часть является активной составляющей взятого нами кредита.

   Теперь у вас может возникнуть один весьма резонный вопрос — если все так просто, и для того чтобы энергия считалась реактивной, ее просто нужно полностью вернуть обратно источнику, почему предприятия вынуждены платить за потребляемую (и полностью возвращаемую) реактивную энергию?

   Все дело в том, что в случае чисто реактивной нагрузки, момент максимально потребляемого тока (реактивного) приходится на момент минимального значения напряжения, и наоборот, в момент максимума напряжения на клеммах нагрузки, протекающий через нее ток равен нулю.

   Протекающий реактивный ток греет питающие проводники — но это активные потери, вызванные протеканием реактивного тока по проводникам с ограниченной проводимостью, что эквивалентно последовательно включенным с реактивной нагрузкой активным резистором. Так же, поскольку в момент максимума реактивного тока напряжение на полюсах реактивного элемента переходит через ноль, активная мощность подводимая к нему в этот момент (произведение тока и напряжения) равна нулю. Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы. Следует заметить, что эти потери так-же является активными и будут засчитываться бытовым счетчиком активной энергии.

   Большие предприятия сопсобны генерировать достаточно большие реактивные токи, которые отрицательно сказываются на функционировании энергосистемы. По этой причине, для них проводится учет как активной, так и реактивной составляющей потребленной энергии. Для уменьшения генерации реактивных токов (вызывающих вполне реальные активные потери), на предприятиях размещают установки компенсации реактивной мощности.

Вестник Иркутского государственного технического университета

2018 / Том 22, №7 (138) 2018 [ Энергетика ]

ЦЕЛЬ. В данной работе представлен анализ нормативно-правового обеспечения проблемы компенсации реактивной мощности и экономического стимулирования коррекции коэффициента реактивной мощности в России, а также анализ исследований в области управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения. МЕТОДЫ. Проведена аналитическая экспертиза способов компенсации реактивной мощности. Процедура получения оценки проблемы автоматизации управления потоками реактивной мощности основана на мнении экспертов с целью последующего принятия решения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Обоснована необходимость автоматизации управления потоками реактивной мощности с использованием управляющих свойств автоматизированной системы контроля и учета электрической энергии. ВЫВОДЫ. Повышение качества управления режимом реактивной мощности требует перехода к активно-адаптивным системам управления. Высокоадаптивным решением с необходимыми эксплуатационными характеристиками и высокой экономической эффективностью является применение средств СТАТКОМ для управления компенсацией реактивной мощности на стороне 10 кВ в совокупности с управлением РПН трансформаторов в центре питания, что позволит автоматизировать управление потоками реактивной мощности в системах электроснабжения предприятия.

Ключевые слова:

компенсация реактивной мощности, оптимизация, активно-адаптивные элементы, SMART GRID, система электроснабжения, трансформатор, компенсирующее устройство, СТАТКОМ, энергосистема, уровень напряжения, коэффициент мощности

Авторы:

• Петухов Роман Алексеевич
• Сизганова Евгения Юрьевна
• Сизганов Никита Вячеславович
• Филатов Алексей Николаевич

Библиографический список:

1. Кудрин Б.И. История компенсации реактивной мощности: комментарий главного редактора // Электрика. 2001. № 6. С. 26–29.
2. Железко Ю.С. Новые нормативные документы, определяющие взаимоотношения сетевых организаций и покупателей электроэнергии в части условий потребления реактивной мощности // Электрические станции. 2008. № 5. С. 27–31.
3. Экономические стимулы коррекции коэффициента мощности в России [Электронный ресурс] // Elec.ru. Электротехнический интернет-портал. URL: https://www.elec.ru/articles/ekonomicheskie-stimuly-korrekcii-koefficienta-mosh/ (25.04.2018).
4. Арион В.Д., Каратун В.С., Пасинковский П.А. Компенсация реактивной мощности в условиях неопределенности исходной информации // Электричество. 1991. № 2. С. 6–11.
5. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 136 с.
6. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1981. 200 с.
7. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электрической энергии: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009. 456 с.
8. Колибаба В.И., Жабин К.В. Особенности формирования и развития рынка реактивной мощности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки. 2017. Т. 10, № 4. С. 114–125. DOI: 10.18721/JE.10411.
9. Игуменщев В.А., Саламатов И.А., Коваленко Ю.П. Метод оптимального управления реактивной мощностью в системах электроснабжения // Электричество. 1987. № 1. С. 16–21.
10. Карпов Ф.Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях. М.: Энергия, 1975. 184 с.
11. Ковалёв И.Н. Выбор компенсирующих устройств при проектировании электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1990. 200 с.
12. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. 128 с.
13. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М., Федин В.Т. Компенсирующие и регулирующие устройства в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1983. 112 с.
14. Ellithy K., Al-Hinai A., Moosa A. Optimal shunt capacitors allocation in distribution networks using genetic algorithm – practical case study // InIternational Journal of Innovations in Energy Systems and Power. 2008. Vol. 3. No. 1.
15. Гамм А.3., Голуб И.И. Адресность передачи активных и реактивных мощностей в электроэнергетической системе // Электричество. 2003. № 3. С. 9–16.
16. Колесников С.А. Алгоритм расчета оптимального размещения компенсирующих устройств в сложных энергосистемах // Электрические сети и системы. 1967. Вып. 3.
17. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2004. 280 с.
18. Борисов Р.И., Песиголовец Л.Ф. Размещение источников реактивной мощности на основе многоцелевой оптимизации // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1986. № 4. С. 155–159.
19. Арзамасцев Д.А., Скляров Ю.С. Выбор мощности и размещения компенсирующих устройств в электрической сети. Материалы II Республиканской научно-технической конференции по применению вычислительной техники. Минск: Изд-во БПИ. 1968. С. 20–24.
20. Тарабин И.В., Скоков Р.Б., Терехин И.А., Горбачев С.А. Компенсация реактивной мощности как метод повышения качества электрической энергии и сокращения потерь на примере данных «МРСК СИБИРИ» // Фундаментальные исследования. 2015. № 2 (ч. 22). С. 4876–4879.
21. Araujo W.J, Ekel P.Ya., Filho R.P.F., Kokshenev I.V., Schuffner H.S. Multicriteria decision making for reactive power compensation in distribution systems [Электронный ресурс] // Proceedings of the European Computing Conference (ECC ’11). Paris, France, April 28–30, 2011. P. 56–62. URL: http://www.wseas.us/e-library/conferences/201 l/Paris/ECC/ECC-07.pdf (25.04.2018).
22. Liu Yutian, Shi Jiachuan, Qian Xia. Reactive power compensation and voltage control in jinan power distribution system [Электронный ресурс] // 18th International Conference on Electricity Distribution. Turin, 6–9 June 2005. URL: http://www.cired.be/CIRED05/papers/cired2005_0057.pdf (25.04.2018).
23. Araujo W.J., Ekel P.Ya., Filho R.P.F., Kokshenev I.V., Schuffner H.S. Monocriteria and multicriteria based placement of reactive power sources in distribution systems // International journal of applied mathematics and informatics. 2011. Vol. 5. No. 3. P. 240–248.
24. Jerome J. Efficient reactive power compensation algorithm for distribution network // ATSTD. 2003. Vol. 20. P. 373–383.
25. Pourshafie A., Mortazavi S.S., Saniei M., Saidian A. Optimal compensation of reactive power in the restructured distribution network // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2009. No. 54. P. 119–122.
26. Raap M., Raesaar P., Tiigimägi E. Reactive power pricing in distribution networks // Oil Shale. 2011. Vol. 28. P. 223–239.
27. Tenti P., Mattavelli P., Tedeschi E. Compensation techniques based on reactive power conservation // Electrical power quality and utilization. 2007. Vol. 8. No. 1. P. 17–24.
28. Брянцев М.А., Базылев Б.И., Дягилева С.В., Карымов Р.Р., Негрышев А.А. Автоматические системы компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения электрической сети на базе УШР и БСК // Электроэнергетика: сегодня и завтра. 2010. № 3. С. 47–50.
29. Manusov V.Z., Bumtsend U., Tretyakova E.S. Optimization Compensating Devices in the Power supply Systems Using Population Algorithms // 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST-2016) (Novosibirsk, 01–03 июня 2016 г.). Novosibirsk, 2016. Р. 276–280.
30. Веников В.А., Жуков Л.А., Карташев И.И., Рыжов Ю.П. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. 136 с.
31. Тухватуллин М.М., Ивекеев В.С., Ложкин И.А., Урманова Ф.Ф. Анализ современных устройств FACTS, используемых для повышения эффективности функционирования электроэнергетических систем России // Электротехнические системы и компоненты. 2015. № 3 (28). C. 41–46.
32. Готман В.И., Маркман Г.З., Маркман П.Г. Задачи обследования системы компенсации реактивной мощности // Промышленная энергетика. 2006. № 8. С. 50–55.
33. Дьяков А.Ф., Никонец Л.А. Статические компенсаторы реактивной мощности прямого регулирования и их режимы М.: Изд-во МЭИ, 1991. 172 с.
34. Ли В.Н., Шурова Н.К. Особенности выбора компенсирующих устройств в тяговой сети по критериям оптимальности // Известия Транссиба. 2016. № 3 (27). С. 38–44.
35. Ильяшов В.П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. 2-е изд., перабот. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 152 с.
36. Каневский Я.М. Компенсация реактивной мощности на подстанциях насосных тепловых сетей // Промышленная энергетика. 1991. № 7. С. 39.
37. Корнилов Г.П., Николаев А.А., Пястолова Д.Ю. Технико-экономическое сравнение компенсирующих устройств для дуговых сталеплавильных печей широкого класса мощности // Электротехнические системы и компоненты. 2016. № 1 (30). C. 34–38.
38. Кондратенко Д.В., Шиваева Т.А., Виштибеев А.В. Статический компенсатор реактивной мощности на базе УШР как необходимое средство повышения энергоэффективности в электроэнергетике // Электро. 2010. № 2. С. 43–48.
39. Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Храмшин Т.Р., Журавлёв Ю.П., Семёнов Е.А. Управление реактивной мощностью в системах электроснабжения с мощными тиристорными преобразователями прокатных станов // Промышленная энергетика. 2008. № 1. С. 39–44.
40. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: ЭНАС, 2002. 248 с.
41. Кочкин В.И. Новые технологии повышения пропускной способности ЛЭП. Управляемая передача мощности // Новости электротехники. 2007. № 4 (46). С. 2–5.
42. Шаров Ю.В., Пелымский В.Л., Гаджиев М.Г. Снижение потерь электроэнергии при внедрении Smart Grid // Электроэнергия: передача и распределение. 2011. № 6 (9). С. 60–64.
43. Бурман А.П., Розанов Ю.К., Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. 336 с.
44. Вариводов В.Н., Мордкович А.Ш., Остапенко Е.И., Панибратец А.Н., Цфасман Г.М., Чемерис В.С., Шульга Р.Н. Основные направления создания комплекса оборудования для интеллектуальных электрических сетей [Электронный ресурс] // Электротехнический рынок (рекламно-информационный журнал). 2011. № 4 (40). URL: https://market.elec.ru/nomer/37/osnovnye-napravleniya-sozdaniya-kompleksa-oborudov/ (25.04.2018).
45. Черепанов В.В., Басманов В.Г. О необходимости создания регуляторов реактивной мощности с использованием прогнозирования // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2006. № 11-12. С. 38–40.
46. Чистяков Г.Н., Беляев Р.Ю. Применение методов нечеткой логики при оптимизации реактивных нагрузок систем электроснабжения // Электрика. 2006. № 12. С. 20–24.
47. Большаков О.В., Воронин В.В., Пелымский В.В., Шамонов Р.Г., Тульский В.Н., Толстов М.М. Управление качеством электроэнергии в ЕНЭС // Электроэнергия. Передача и распределение. 2012. № 1 (10). С. 96–101.
48. Кронгауз Д.Э. Повышение качества электроэнергии в городских распределительных сетях посредством управления режимами реактивной мощности // Промышленная энергетика. 2010. № 10. С. 39–43.
49. Маслов А.А., Нечаев О.П., Польский М.О., Федотов А.И. Статические компенсирующие устройства для промышленных предприятий // Электрические станции. 2000. № 3.С. 47–52.
50. Попов Ю.П., Дмитриев Ю.А., Кирилина О.И. Управление компенсацией реактивной мощности в узлах промышленной нагрузки // Электрика. 2006. № 12. С. 15–20.
51. Siemens AG. FACTS – Flexible AC Transmission Systems. URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-transmission/facts/ (25.04.2018).
52. V.R. Pandi, A. Al-Hinai, A. Feliachi Adaptive coordinated feeder flow control in distribution system with the support of distributed energy resources IJEPES, (2017), 10.1016/j.ijepes.2016.09.004
53. Qianggang Wang, Jianquan Liao, Yu Su, Chao Lei, Tao Wang, Niancheng Zhou. An optimal reactive power control method for distribution network with soft normally-open points and controlled air-conditioning loads // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. December 2018. Vol. 103. P. 421-430.
54. Soni J., Sen B., Kanakesh V.K., Panda S.K. Performance analysis and evaluation of reactive power compensating electric spring with linear loads(Article) // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. October 2018. Vol. 101. P. 116–126.
55. Тарасов В.Б. От искусственного интеллекта к искусственной жизни: новые направления в науках об искусственном // Новости искусственного интеллекта. 1995. № 4. С. 93–117.
56. Сапронов А.А. К вопросу о создании эффективного механизма контроля и учета энергопотребления в сетях 0,4 кВ // Промышленная энергетика. 2004. № 1. С. 22–28.
57. Пантелеев В.И., Туликов А.Н. Основы нечеткого управления режимами систем электроснабжения предприятий с помощью АСКУЭ // XII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 27–31 марта 2006 г.). В 2 т. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2006. Т. 2. С. 180–182.
58. Абакумов Ю.М., Мартынов А.А., Саламатов О.В., Орехов П.Ф., Бородин В.А., Коновалов Н.А., Матигоров В.А. Опыт проектирования и внедрения АСКУЭ промышленного предприятия на базе КТС «Энергия» // Промышленная энергетика. 2002. № 6. С. 28–33.
59. Алексейчик В.В., Болгов В.Т. Проблемы учета, контроля и управления энергопотреблением на промышленном предприятии и пути их решения // Промышленная энергетика. 2002. № 3. С. 6–14.
60. Ваджилов Ф.Р., Шмыров В.А., Яковлев А.А., Надеина М.С. Автоматизированная система контроля, учета и управления электропотреблением на базе КТС «Энергия» в АО «Архангельский морской торговый порт» // Промышленная энергетика. 2003. № 1. С. 6–11.

Файлы:

Влияние реактивной мощности на энергоресурсоэффективность

За последние годы характер потребления электроэнергии сильно изменился. Это обусловлено увеличением мощности нелинейных потребителей, а также опережающим ростом потребления реактивной мощности по отношению к активной вследствие уменьшения загрузки силовых трансформаторов. Это является характерной чертой современной электроэнергетики, отрицательно влияющей на качество и потери электроэнергии.

Поэтому основная задача оптимизации электропотребления, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации системы электроснабжения, состоит в том, чтобы наиболее полно обеспечить компенсацию реактивной мощности в сети.

Основные негативные последствия, вызванные ростом потребления реактивной мощности:

• Общее снижение уровней напряжения в распределительных сетях, на шинах потребителей и снижение качества электрической энергии;
• Увеличение потерь активной мощности в элементах электрической сети;
• Дополнительная загрузка линий электропередач и силовых трансформаторов потоками реактивной мощности, которые увеличивают токовую нагрузку электросети, снижают резерв пропускной способности и устойчивость сети;
• Значительное увеличение потребности в источниках реактивной мощности в энергосистеме.

Первопричины и вызываемые ими помехи в сети	Колебания напряжения в сети	Несимметрия напряжения в сети	Высшие гармоники	Промежуточные гармоники
Мощные регуляторы напряжения			×
Генераторы электроэнергии (ветровые станции, фотоэлектрические установки…)	×		×
Медицинские электроприводы (рентгеновские станции, магнитные диагностические аппараты…)	×
Эксцентриковые приводы (пилорамы…)	×			×
Частотные преобразователи (преобразователи числа фаз, несинхронные преобразователи тока…)			×	×
Газоразрядные лампы (мощные осветительные установки)			×
Пульсирующая нагрузка (напр. от терморегуляторов…)	×
Выпрямители переменного тока (напр. для питания ж/д. транспорта, для узлов связи…)			×
Мощные потребители (переходные процессы при вкл./выкл.)	×
Индукционные нагревательные установки			×
Дуговые сталеплавильные печи	×
Дуговые сварочные агрегаты		×
Светомузыкальные установки			×	×
Среднечастотные индукционные печи	×
Электродвигатели большой мощности (лифты, вентиляторы, насосы…)	×
Индукционные печи промышленной частоты			×	×
Вентильные преобразователи	×
Кузнечные прессы		×
Агрегаты и блоки резервного питания			×
Электропечи для производства электродов	×	×		×
Плавильные электропечи		×
Автоматы контактной сварки	×	×		×

С чего начать? Мониторинг параметров КЭЭ

Чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого необходимо проводить мониторинг параметров электросети, снимая и фиксируя специальными приборами одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды (токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, СosF, гармонический состав сети и т.д.). Полученную информацию необходимо обрабатывать, анализировать, и только после этого можно будет с уверенностью сказать, что за процессы протекают в вашей электросети, самое главное, где, каким образом и сколько нужно компенсировать реактивной мощности, чтобы электроэнергия, получаемая от поставщика, имела бы необходимые показатели качества, и расходовалась самым экономичным образом на нужды предприятия, без потерь, а вы бы еще и экономили эту самую электроэнергию.

Отрицательное влияние реактивной мощности на электрическую сеть несоизмеримо больше, чем положительное

Недаром еще во времена заката СССР в конце 80-х годов директивно на всех промышленных предприятиях были установлены конденсаторные батареи. К сожалению, в дальнейшие 90-е годы многие предприятия-потребители электроэнергии отключали имевшиеся у них компенсирующие устройства, а некоторые — вовсе демонтировали, не занимались поддержанием их работоспособности по причине отсутствия финансирования.

Все изменилось после опубликования Приказа Минпромэнерго от 22 февраля 2007 года № 49, утверждающего :

«Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)» энергосистемам следует начать подготовку к переходу на новый уровень взаимоотношений с потребителями и новую организацию работ по управлению реактивной мощностью.

Многие энергосистемы уже приступили к этой работе, не дожидаясь указания сверху, на особо проблемных участках электрических сетей устанавливая компенсирующие устройства.

Важно, чтобы положительные результаты этой работы в локальных энергосистемах тиражировались на другие регионы.

После выхода в свет новой методики применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию, которая готовится в недрах Минпромэнерго, потребителю будет дана возможность получить скидку за поддержание требуемого коэффициента реактивной мощности за регулирование реактивной мощности у себя в электросети предприятия в часы max/min нагрузок.

Пути решения. Новые подходы

Сегодня проектировщикам и эксплуатационным службам пром. предприятий следует обращать особое внимание решению проблемы качества электроэнергии. Все мощные потребители на предприятии должны оснащаться фильтро-компенсирующими устройствами (ФКУ), а потребители с большой единичной мощностью и резко-переменной нагрузкой (дуговые печи с электропечными трансформаторами 100 МВА и выше) — статическими тиристорными компенсаторами (СТК). Это позволит обеспечить высокую степень стабилизации требуемой реактивной мощности при по-фазном регулировании, а также снизить уровень высших гармоник в сети за счет фильтро-компенсирующих цепей (ФКЦ). Применение СТК даст также дополнительный технологический эффект.

К примеру, их использование в сетях, питающих дуговые сталеплавильные печи (ДСП), поможет повысить стабильность горения дуги и почти на 10% поднять производительность печи. Кроме того, в остальных менее ответственных участках электросети предприятия необходимо устанавливать регулируемые УКМ с электромеханическим переключением ступеней.

В системах промышленного электроснабжения 6-10 кВ устройства компенсации реактивной мощности служат для поддержания напряжения на шинах 6(10) кВ при провалах напряжения, вызванных КЗ в цепях 110(35) кВ. Они ограничивают колебания напряжения на шинах 6(10) кВ, а гармонические составляющие снижаются фильтро-компенсирующими устройствами ФКУ, состоящими из емкостей и реакторов, при этом улучшается и СosF.

На трансформаторных подстанциях рекомендуется применять устройства компенсации реактивной мощности, например такие как управляемые шунтирующие реакторы с вакуумными (элегазовыми) выключателями с повышенным коммутационным ресурсом и устройством синхронной коммутации в сетях до110 кВ включительно.

В электроустановках потребителей 0,4-10 кВ наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение регулируемых конденсаторных установок УКМ непосредственно на шинах РУНН-0,4 кВ трансформаторных подстанций.

Преимущества УКМ перед другими техническими средствами — синхронными компенсаторами и синхронными двигателями, в том, что последние имеют большие потери активной электрической мощности и вращающиеся части, подверженные механическому износу.

В качестве примера снижения электропотребления системы электроснабжения коммунальных однофазных потребителей представляет интерес опыт применения УКРМ в низковольтных городских распределительных сетях при минимальном удалении от потребителей, предприятий, входящих в группу Endesa (Испания). По данным Edeinor S. A.A. [6], установка конденсаторов суммарной мощностью 37 000 кВАр в 114 000 домовладений района Инфантас северной части Лимы (Перу), повысила средневзвешенный CosF распределительной сети с 0,84 до 0,93, что позволило ежегодно экономить примерно 280 кВт/ч на каждый установленный кВАр реактивной мощности или всего около 19 300 МВт/?ч в год.

Конденсаторные установки

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Системный оператор приступил к первому отбору поставщиков услуг по регулированию реактивной мощности

17 июня 2011 года ОАО «СО ЕЭС» направило генерирующим компаниям, владеющим гидростанциями, извещения о проведении отбора поставщиков системных услуг по регулированию реактивной мощности без производства электрической энергии.

Услуги по регулированию реактивной мощности без производства электрической энергии — один из четырех видов услуг по обеспечению системной надежности. Запуск рынка системных услуг состоялся в 2011 году с началом оказания услуг по обеспечению нормированного первичного регулирования частоты (НПРЧ) и автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков активной мощности (АВРЧМ) энергоблоками тепловых станций.

Посредством регулирования реактивной мощности обеспечивается поддержание требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети с целью обеспечения нормативных запасов устойчивости и повышения эффективности использования пропускной способности сетей.

Регулирование реактивной мощности осуществляется в основном генераторами электростанций, работающими в режиме производства электрической энергии, а также источниками реактивной мощности, установленными в электрических сетях и электроустановках потребителей. Однако в некоторых схемно-режимных ситуациях необходимо привлекать к этому виду регулирования генерирующее оборудование, работающее в режиме синхронного компенсатора. Такой режим характеризуется работой генератора без активной нагрузки и предназначен для регулирования напряжения в энергосистеме.

Отбор поставщиков данного вида системных услуг проводится в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 03.03.2010 № 117 «О порядке отбора субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, оказывающих услуги по обеспечению системной надежности, и оказания таких услуг, а также об утверждении изменений, которые вносятся в акты Правительства Российской Федерации по вопросам оказания услуг по обеспечению системной надежности».

Субъекты электроэнергетики, оказывающие услуги по регулированию реактивной мощности без производства электрической энергии, определяются Системным оператором по результатам отбора путем запроса предложений генерирующих компаний о готовности оказывать в 2011 году соответствующие услуги на основании типового договора с ОАО «СО ЕЭС». Первый отбор поставщиков услуг по регулированию реактивной мощности проводится только в отношении гидроагрегатов ГЭС, наиболее часто привлекаемых к работе в режиме синхронного компенсатора. Официальные извещения о проведении отбора направлены пяти компаниям, владеющим соответствующими гидростанциями: ОАО «РусГидро», ОАО «Иркутскэнерго», ОАО «ТГК-1», ОАО «Красноярская ГЭС» и ООО «Лукойл-Экоэнерго». Предложения о готовности оказывать указанную системную услугу должны быть получены от субъектов электроэнергетики до 04.07.2011 г. Проведение отбора поставщиков услуги и формирование реестра поставщиков запланировано на 08.07.2011 г.

Впоследствии Системный оператор планирует провести отбор поставщиков услуг по регулированию реактивной мощности без производства электрической энергии среди объектов тепловой генерации.

Информация о рынке системных услуг

Рынок услуг по обеспечению системной надежности (системных услуг) — один из инструментов поддержания необходимого уровня надежности и качества функционирования Единой энергетической системы России (ЕЭС России) в условиях полной либерализации рынков электроэнергии и мощности, начиная с 2011 года.

Виды услуг по обеспечению системной надежности, порядок отбора субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, оказывающих такие услуги, а также правила их оказания и механизмы ценообразования определены Постановлением Правительства Российской Федерации от 03.03.2010 № 117 «О порядке отбора субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, оказывающих услуги по обеспечению системной надежности, и оказания таких услуг, а также об утверждении изменений, которые вносятся в акты Правительства Российской Федерации по вопросам оказания услуг по обеспечению системной надежности».

Предельный объем средств на оказание системных услуг ежегодно утверждается Федеральной службой по тарифам. Системный оператор осуществляет отбор поставщиков услуг, направленный на минимизацию стоимости оказываемых услуг в рамках установленного предельного объема средств, заключение с отобранными субъектами электроэнергетики договоров, контролирует качество и объем оказанных услуг, производит их оплату, а также координирует действия участников рынка системных услуг.

Зачем нужно управление реактивной энергией?

Часть 1: Принцип управления реактивной энергией

Все электрические сети переменного тока потребляют два типа мощности: активную мощность (кВт) и реактивную мощность (кВАр):

1. Активная мощность P (в кВт) — это реальная мощность, передаваемая таким нагрузкам, как двигатели, лампы, нагреватели, компьютеры и т. Д. Электрическая активная мощность преобразуется в механическую энергию, тепло или свет.

2. Реактивная мощность Q (в кВАр) используется только для питания магнитных цепей машин, двигателей и трансформаторов.

3. Полная мощность S (в кВА) — это векторная комбинация активной и реактивной мощности.

Циркуляция реактивной мощности в электрической сети имеет серьезные технические и экономические последствия.Для той же активной мощности P более высокая реактивная мощность означает более высокую полную мощность, и, следовательно, более высокий ток должен подаваться.

Циркуляция активной мощности во времени приводит к получению активной энергии (в кВтч).

Циркуляция реактивной мощности с течением времени приводит к получению реактивной энергии (кварч).

В электрической цепи реактивная энергия подается в дополнение к активной энергии.

Из-за более высокого подаваемого тока циркуляция реактивной энергии в распределительных сетях приводит к:

1. Перегрузка трансформаторов
2. Повышенное повышение температуры силовых кабелей
3. Дополнительные потери
4. Большие падения напряжения
5. Более высокое потребление энергии и стоимость
6. Менее распределенная активная мощность

Реактивная энергия, поставляемая и оплачиваемая поставщиком энергии

По этим причинам получение реактивной энергии на уровне нагрузки является большим преимуществом, чтобы предотвратить ненужную циркуляцию тока в сети.

Это так называемая «коррекция коэффициента мощности». Это достигается подключением конденсаторов, которые вырабатывают реактивную энергию в отличие от энергии, потребляемой такими нагрузками, как двигатели.

В результате снижается полная мощность и повышается коэффициент мощности P / S ’, как показано на диаграмме напротив.

Сети генерации и передачи электроэнергии частично разряжены, что снижает потери мощности и делает доступной дополнительную пропускную способность.

Реактивная мощность обеспечивается конденсаторами. Отсутствие учета реактивной мощности поставщиком энергии.

Часть 2: Преимущества управления реактивной энергией

Оптимизированное управление реактивной энергией дает следующие экономические и технические преимущества:

Экономия на счетах за коммунальные услуги

Устранение штрафов за реактивную энергию и снижение кВт / кВА.

Снижение потерь мощности, возникающих в трансформаторах и проводниках установки.

Пример:

Снижение потерь в трансформаторе 630 кВА PW = 6500 Вт с начальным коэффициентом мощности = 0,7.

С коррекцией коэффициента мощности мы получаем окончательный коэффициент мощности = 0,98.

Потери составят: 3316 Вт, т. Е. Снижение на 49%.

Повышение сервисной емкости

Высокий коэффициент мощности оптимизирует электрическую установку, позволяя лучше использовать компоненты.

Таким образом, мощность, доступная на вторичной обмотке трансформатора СН / НН, может быть увеличена путем установки оборудования коррекции коэффициента мощности на стороне низкого напряжения.

В таблице напротив показано увеличение доступной мощности на выходе трансформатора за счет улучшения коэффициента мощности с 0,7 до 1.

Снижение стоимости установки

Установка оборудования для коррекции коэффициента мощности позволяет уменьшить поперечное сечение проводника, поскольку компенсированная установка потребляет меньший ток при той же активной мощности.

В таблице напротив показан коэффициент умножения для поперечного сечения проводника при различных значениях коэффициента мощности.

Улучшенное регулирование напряжения

Установка конденсаторов позволяет снизить падение напряжения перед точкой подключения устройства коррекции коэффициента мощности.

Это предотвращает перегрузку сети и снижает уровень гармоник, так что вам не придется переоценивать установку.

Часть 3 Метод определения компенсации
Выбор оборудования для коррекции коэффициента мощности должен осуществляться в соответствии со следующим трехэтапным процессом и должен выполняться любыми людьми, имеющими соответствующие навыки:

Перед выполнением 3 шагов следует рассчитать необходимую реактивную мощность.

Шаг 1: Выбор режима компенсации:

1. Центральный, для полной установки
2. По секторам
3. Для отдельных нагрузок, например, для больших двигателей.

Шаг 2: Выбор типа компенсации:

1. Фиксированный, путем подключения конденсаторной батареи фиксированной емкости;
2. Автоматический, путем подключения разного количества ступеней, позволяющий регулировать реактивную энергию до необходимого значения;
3. Динамический, для компенсации сильно колеблющихся нагрузок.

Шаг 3: Учет рабочих условий и гармоник

мощность, электрическая: Реактивная мощность | Infoplease

Реактивная мощность — это понятие, используемое инженерами для описания потери мощности в системе, возникающей в результате создания электрических и магнитных полей.Хотя реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, не рассеивают мощность, они падают напряжение и потребляют ток, что создает впечатление, что они действительно это делают. Эта мнимая мощность или фантомная мощность называется реактивной мощностью . Он измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивными (ВАР). Фактическое количество используемой или рассеиваемой мощности называется истинной мощностью, и измеряется в ваттах. Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется полной мощностью , и является произведением напряжения и тока цепи.Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Говорят, что устройства, которые накапливают энергию за счет магнитного поля, создаваемого протеканием тока, поглощают реактивную мощность; те, которые накапливают энергию за счет электрических полей, как говорят, генерируют реактивную мощность. Реактивная мощность имеет большое значение, поскольку она должна подаваться и поддерживаться для обеспечения непрерывного стабильного напряжения в передающих сетях. Таким образом, реактивная мощность производится для обслуживания системы, а не для конечного потребления.Потери мощности, возникающие при передаче тепла и электромагнитных излучений, включаются в общую потребность в реактивной мощности, как и потребности энергоемких устройств, таких как электродвигатели, электромагнитные генераторы и генераторы переменного тока. Эта энергия подается для многих целей конденсаторами, конденсаторами и аналогичными устройствами, которые могут реагировать на изменения тока, высвобождая энергию для нормализации потока. Если элементы энергосистемы не могут получить необходимую им реактивную мощность от близлежащих источников, они потянут ее через линии электропередачи и дестабилизируют сеть.Таким образом, плохое управление реактивной мощностью может вызвать серьезные отключения электроэнергии.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи в энциклопедии по: Электротехника

Реальная, реактивная комплексная и полная мощность

Полная мощность — это векторная сумма реальной и реактивной мощности

Инженеры используют следующие термины для описания потока энергии в системе (и назначают каждому из них разные единицы, чтобы различать их):

• Реальная мощность ( P ) [Единица: Вт]
• Реактивная мощность ( Q ) [Единица: ВАр]
• Комплексная мощность ( S )
• Полная мощность (| S |) [Единица: ВА]: i.е. абсолютное значение комплексной мощности S .

P — активная мощность, Q — реактивная мощность (в данном случае отрицательная), S — комплексная мощность, а длина S — полная мощность.

Единица измерения для всех форм мощности — Вт (обозначение: Вт) . Однако этот блок обычно зарезервирован для компонента реальной мощности. Полная мощность обычно выражается в вольт-амперах (ВА), поскольку это простое произведение среднеквадратичного напряжения и действующего тока.Блоку реактивной мощности присвоено специальное название «VAR» , что означает реактивная мощность в вольт-амперах (поскольку поток реактивной мощности не передает полезную энергию нагрузке, ее иногда называют «безватной» мощностью). Обратите внимание, что нет смысла назначать одну единицу комплексной мощности, потому что это комплексное число, и поэтому оно определяется как пара из двух единиц: Вт и VAR.

Понимание взаимосвязи между этими тремя величинами лежит в основе понимания энергетики.Математические отношения между ними могут быть представлены векторами или выражены с помощью комплексных чисел
(где j — мнимая единица).

Комплексное значение

S называется комплексной степенью.

Рассмотрим идеальную цепь переменного тока, состоящую из источника и обобщенной нагрузки, в которой и ток, и напряжение синусоидальны. Если нагрузка является чисто резистивной, две величины меняют полярность одновременно, направление потока энергии не меняется, и течет только реальная мощность.Если нагрузка чисто реактивная, то напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 градусов и нет полезного потока мощности. Эта энергия, текущая вперед и назад, известна как реактивная мощность.

Если конденсатор и катушка индуктивности размещены параллельно, тогда токи, протекающие через катушку индуктивности и конденсатор, противоположны и имеют тенденцию уравновешиваться, а не складываться. Обычно считается, что конденсаторы генерируют реактивную мощность, а катушки индуктивности — ее потребляют. Это основной механизм управления коэффициентом мощности при передаче электроэнергии; конденсаторы (или катушки индуктивности) вставляются в цепь для частичного гашения реактивной мощности нагрузки.Практическая нагрузка будет иметь резистивную, индуктивную и емкостную части, поэтому в нагрузку будет поступать как реальная, так и реактивная мощность.
Полная мощность — это произведение напряжения и тока. Полная мощность удобна для определения размеров оборудования или проводки. Однако сложение полной мощности для двух нагрузок не даст точной полной полной мощности, если они не имеют одинакового смещения между током и напряжением.

Коэффициент мощности:

Коэффициент мощности измеряет эффективность системы питания переменного тока.Коэффициент мощности — это реальная мощность на единицу полной мощности. (pf = Wh / VAh) Коэффициент мощности, равный единице, является идеальным, а 99% — хорошим. Если формы сигналов являются чисто синусоидальными, коэффициент мощности представляет собой косинус фазового угла (f) между формами синусоидальных сигналов тока и напряжения. По этой причине в технических паспортах оборудования и паспортных табличках коэффициент мощности часто сокращается до «cosf».
Коэффициент мощности равен 1, когда напряжение и ток совпадают по фазе, и равен нулю, когда ток опережает или отстает от напряжения на 90 градусов.Коэффициенты мощности обычно указываются как «опережающие» или «запаздывающие», чтобы показать знак фазового угла, где опережение указывает на отрицательный знак. Для двух систем, передающих одинаковое количество реальной мощности, система с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокие циркулирующие токи из-за энергии, которая возвращается к источнику из накопителя энергии в нагрузке. Эти более высокие токи в практической системе приведут к более высоким потерям и уменьшат общую эффективность передачи. Схема с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокую кажущуюся мощность и более высокие потери при том же количестве передаваемой активной мощности.
Чисто емкостные цепи вызывают реактивную мощность, при этом форма волны тока опережает волну напряжения на 90 градусов, в то время как чисто индуктивные цепи вызывают реактивную мощность, форма кривой тока отстает от формы волны напряжения на 90 градусов. В результате емкостные и индуктивные элементы схемы имеют тенденцию компенсировать друг друга.

Поток реактивной мощности:

При передаче и распределении энергии значительные усилия прилагаются для управления потоком реактивной мощности. Обычно это делается автоматически путем включения и выключения катушек индуктивности или конденсаторных батарей, регулировки возбуждения генератора и другими способами.Розничные продавцы электроэнергии могут использовать счетчики электроэнергии, измеряющие реактивную мощность, для финансового наказания потребителей с нагрузками с низким коэффициентом мощности. Это особенно актуально для клиентов, работающих с высокоиндуктивными нагрузками, такими как двигатели на водонасосных станциях.

Интеллектуальная батарея:

Выходной ток зависит от состояния батареи. Интеллектуальное зарядное устройство может контролировать напряжение, температуру и / или время зарядки аккумулятора, чтобы определить оптимальный ток заряда в этот момент.Заряд прекращается, когда сочетание напряжения, температуры и / или времени указывает на то, что аккумулятор полностью заряжен.

Для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов напряжение на аккумуляторе медленно увеличивается во время процесса зарядки, пока аккумулятор не будет полностью заряжен. После этого напряжение уменьшается до , что указывает интеллектуальному зарядному устройству, что аккумулятор полностью заряжен. Такие зарядные устройства часто обозначаются как зарядное устройство? V или «дельта-V», что указывает на то, что они контролируют изменение напряжения.

Типичное интеллектуальное зарядное устройство быстро заряжает аккумулятор примерно до 85% от его максимальной емкости менее чем за час, а затем переключается на непрерывную зарядку, которая занимает несколько часов, чтобы полностью зарядить аккумулятор.

Вольт-ампер:

Вольт-ампер в электрических терминах означает количество кажущейся мощности в цепи переменного тока, равное току в один ампер при ЭДС одного вольт. Это эквивалент ватт для безреактивных цепей.

• 10 кВ · A = мощность 10 000 ватт (где префикс SI k равняется килограммам)
• 10 MV · A = мощность 10 000 000 ватт (где M равняется мега)

В то время как вольт-ампер и ватт эквивалентны по размерам могут найти продукты, рассчитанные как в ВА, так и в ваттах с разными числами.Это обычная практика для ИБП (источников бесперебойного питания). Номинальная мощность в ВА — это кажущаяся мощность, которую ИБП способен производить, а номинальная мощность в ваттах — это реальная мощность (или истинная мощность), которую он способен производить, в отличие от реактивной мощности. Реактивная мощность возникает из-за влияния емкости и индуктивности компонентов нагрузки, питаемой от цепи переменного тока. В чисто резистивной нагрузке (например, лампы накаливания) кажущаяся мощность равна истинной мощности, а количество используемых ВА и ватт будет эквивалентным.Однако в более сложных нагрузках, таких как компьютеры (для питания которых предназначены ИБП), полная потребляемая мощность (ВА) будет больше, чем истинная потребляемая мощность (Вт). Отношение этих двух величин называется коэффициентом мощности.

Источники реактивной мощности в электрических сетях. Реактивная мощность в электрической сети

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью.Активная мощность, потребляемая электрическими приемниками, преобразуется в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность. Характеризует электрическую энергию, преобразованную в энергию электрического и магнитного полей. В электрической сети и ее приемниках происходит процесс обмена энергией между электрическим и магнитным полями. Устройства, которые целенаправленно задействованы в этом процессе, называются источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электростанций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивная мощность которых регулируется по определенному закону управления с помощью специальных средств.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторов, линий электропередач, трансформаторов, электроприемников и т. Д.) Определяется его суммарной мощностью. Полная мощность S с синусоидальным напряжением и током, связанными с активным R и реактивным Q квадратичная зависимость мощности S 2 = R 2 + Q 2 Где полная мощность S = Ui активный R = Ui cosj и реактивное Q = Ui sinj где U и I — действующие значения синусоидального напряжения и тока; j — угол между векторами напряжения и тока.

В конденсаторах, кабелях, и других типах электрооборудования, которое характеризуется емкостью X C реактивной мощностью Q = U 2/ X C определяется приложенным напряжением U создается электрических полей .

В индуктивных элементах системы, например в реакторах, трансформаторах, электродвигателях создается магнитных полей . В этом случае реактивная мощность Q = I 2 X L определяется током I и индуктивным сопротивлением элемента X L .

Емкостной ток в идеальном конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90 э. град. Тогда мощность этого конденсатора Q C = Ui sin (–j) = — Ui имеет отрицательный знак. В этом случае говорят, что конденсатор генерирует реактивную мощность.

Индуктивный ток в идеальном реакторе отстает от приложенного к нему напряжения на 90 эл. град. Мощность реактора Q L = Ui sinj имеет положительный знак.В этом случае говорят, что реактор потребляет реактивную мощность.

Очевидно, что в терминах «генерации» и «потребления» реактивной мощности заложена определенная условность, но при этом подчеркивается, что взаимодействие емкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект QS = QL — QC. Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым уменьшая падение напряжения в сети, потери электроэнергии.Приведенные выше значения S, P, Q используются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих значений приняты не зависящими от времени, что позволяет значительно упростить расчеты. Фактически по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = Im sin (wt — j). Под действием этого тока напряжение на элементах схемы устанавливается равным ua = Um cosj sin (wt — j) — активная составляющая и up = Um sinj sin (wt — j ± p / 2) — реактивная составляющая.Здесь Um и Im — амплитуды синусоидального напряжения и тока. При этом мощность, потребляемая электрической цепью активных элементов, определяется как функция времени выражением pa = iuа = UI cosj, а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, –qp = iup = ± UI sinj sin2 (wt — j). Графики, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующую мощность, показаны на рис. 8.1. Амплитуды активной и реактивной мощности, изменяющиеся по синусоидальному закону с удвоенной частотой (2w), равны соответственно P = UI cosj и Q = UI sinj, i.е. это значения мощности, используемые при расчетах режимов и выборе оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и ​​«генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности в каждый момент времени имеют противоположный знак, в котором, как отмечалось выше, проявляется их взаимно компенсирующий эффект.

Литература:

1. Электрические системы. Электрические сети / Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А. и др .; Эд.Строев

В.А. — 2-е изд., Перераб. и добавить. М .: Высшая школа, 1998.

.

2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематический сб. рабочий

группа ЦИ-38 СИГРЭ / Под ред. Карташева И.И. М .: Энергоатомиздат, 1990.

.

3. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях / Веников В.А., Жуков Л.А., Карташев

И.И., Рыжов Ю.П. М .: Энергия, 1975.

.

Источниками реактивной мощности могут быть не только генераторы, но и другие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно от потребителей электроэнергии.

К таким устройствам относятся синхронные компенсаторы — вращающиеся машины с одноополюсным ротором, на котором расположена обмотка возбуждения. Режим синхронного компенсатора аналогичен режиму синхронного двигателя, который работает в режиме холостого хода.

Рисунок 5.12

На рисунке 5.12 показаны эквивалентная схема и векторная диаграмма синхронного компенсатора, на основании которой определяется ток синхронного компенсатора

следовательно, мощность на его выводах

S с.к = Q с.к = √3U с.к I с.к = (5.1)

Выражение (5.1) показывает, что величина и знак мощности синхронного компенсатора зависят от соотношения между ЭДС. компенсатор и напряжение в точке включения его в сеть. Электродвижущая сила определяется величиной тока возбуждения, и увеличение тока ЭДС соответствует увеличению тока возбуждения.

В качестве тока возбуждения можно взять значение, при котором E q = U sk.В этом случае мощность синхронного компенсатора Q с.к = 0. При некотором увеличении тока компенсатор будет вырабатывать определенную реактивную мощность Q с.к> 0. Такой режим синхронного компенсатора называется самовозбуждением. -режим возбуждения. Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения , в котором E q

Номинальная мощность синхронного компенсатора указана для режима перевозбуждения, при котором компенсатор подает в сеть реактивную мощность.В режиме недовозбуждения компенсатор потребляет реактивную мощность от сети. Его максимальная мощность определяется

.

Q s.k (ndv) = — (5.2)

Реактивное сопротивление компенсаторов в относительных единицах X d = 1,7-2,0%, поэтому с учетом номинальной мощности и номинального напряжения компенсатора получаем

Q s.k (ndv) ≈

Синхронный компенсатор, работающий в режиме перевозбуждения, способен увеличивать реактивную мощность, подаваемую в сеть, при понижении сетевого напряжения.Выражение (5.1) показывает, что это увеличение будет большим в том случае, когда при уменьшении напряжения U c одновременно увеличивается ЭДС. E q. Этот эффект возникает при автоматическом регулировании тока возбуждения компенсатора. Эта особенность синхронных компенсаторов, иногда называемая положительным регулирующим эффектом , позволяет при их применении значительно улучшить характеристики электрической сети и системы в целом.

На рисунке 5.13 показана схема конца сети.На шинах потребителя установлена ​​батарея статических конденсаторов с реактивным сопротивлением X c, мощность которой определена

.

Векторная диаграмма этой схемы (рисунок 8.3) показывает, что под действием батареи конденсаторов реактивная мощность в линии при постоянной мощности нагрузки снижается.

Рисунок 5.13 Рисунок 5.14

Батарея конденсаторов, в отличие от синхронного компенсатора, может вырабатывать только реактивную мощность. Еще одна отличительная особенность конденсаторной батареи — резкая зависимость выходной реактивной мощности от напряжения в точке включения батареи.Формула (5.3) показывает, что уменьшение этого напряжения приводит к уменьшению Q k. Следовательно, в отличие от синхронного компенсатора, конденсаторная батарея имеет отрицательный регулирующий эффект. Измените степень снижения заряда батареи резким снижением напряжения или даже добейтесь некоторого положительного регулирующего эффекта за счет уменьшения сопротивления X k. Этого можно добиться включением дополнительных конденсаторов. Резкое изменение мощности батареи также может быть достигнуто с помощью так называемого повышения заряда батареи, реализуемого посредством переключения, что приводит к увеличению напряжения на отдельных конденсаторах.Например, переключившись на треугольную трехфазную батарею статических конденсаторов (см. Рисунок 8.4), подключенную по схеме, можно в разы увеличить напряжение на каждой фазе батареи.

Страница 52 из 130

8. ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
8.1. Реактивная мощность в электрической сети

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электрическими приемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие формы энергии.Реактивная мощность характеризует электричество, преобразованное в энергию электрического и магнитного полей. В электрической сети и ее потребителях происходит обмен энергией между электрическим и магнитным полями. Устройства, которые целенаправленно задействованы в этом процессе, называются источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электростанций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивная мощность которых регулируется по определенному закону управления с помощью специальных средств.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторов, линий электропередач, трансформаторов, электроприемников и т. Д.) Определяется его суммарной мощностью. Полная мощность S с синусоидальной формой напряжения и тока связана с активным P и реактивным Q с мощностями квадратичной зависимости S 2 = P 2 + Q 2. При этом полная мощность S = UI, active P = UI cosj и реактивный Q = UI sinj, где U и I — действующие значения синусоидального напряжения и тока; j — угол между векторами напряжения и тока.

В конденсаторах, кабелях и других типах электрооборудования, которое характеризуется емкостью X C, реактивной мощностью Q = U 2 / X C, определяемой приложенным напряжением U, создаются электрические поля.

В индуктивных элементах системы, например в реакторах, трансформаторах, электродвигателях, создаются магнитные поля. В этом случае реактивная мощность Q = I 2 X L определяется током I и индуктивным сопротивлением элемента X L.

Емкостной ток в идеальном конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90 э.град. Тогда мощность этого конденсатора Q C = UI sin (–j) = –UI отрицательна. В этом случае говорят, что конденсатор генерирует реактивную мощность.

Индуктивный ток в идеальном реакторе отстает от приложенного к нему напряжения на 90 эл. град. Мощность реактора Q L = UI sinj имеет положительный знак. В этом случае говорят, что реактор потребляет реактивную мощность.

Очевидно, что в терминах «генерации» и «потребления» реактивной мощности заложена определенная условность, но тем самым подчеркивается, что взаимодействие емкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект Q S = Q L — Q C.Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым уменьшая падение напряжения в сети, потери электроэнергии.

Приведенные выше значения S, P, Q используются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих значений приняты не зависящими от времени, что позволяет значительно упростить расчеты.

Фактически по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = I m sin (wt — j).Под действием этого тока напряжение на элементах схемы устанавливается равным ua = Um cosj sin (wt — j) — активная составляющая и up = Um sinj sin (wt — j ± p / 2) — реактивная составляющая. Здесь U m и I m — амплитуды синусоидальных напряжений и токов. Мощность, потребляемая активными элементами электрической цепи, определяется как функция времени выражением pa = iu a = UI cosj, а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, равна –qp = iu p = ± UI sinj sin2 (вес — j).Линейные диаграммы, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующую мощность, показаны на рис. 8.1.

Амплитуды активной и реактивной мощности, изменяющиеся по синусоидальному закону с удвоенной частотой (2w), равны соответственно P = UI cosj и Q = UI sinj, т.е. это значения мощности, используемые в расчетах режимы и выбор оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и ​​«генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности имеют противоположный знак в каждый момент времени, в котором, как отмечалось выше, проявляется их взаимный компенсирующий эффект. .

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы

Реактивная мощность

На практике мы всегда на практике снижаем реактивную мощность для повышения эффективности системы. Это приемлемо на некотором уровне, если система является чисто резистивной или емкостной, это вызывает некоторые проблемы в электрической системе. Системы переменного тока питают или потребляют два вида мощности: активную и реактивную.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы (на фото: Панель коррекции коэффициента мощности среднего напряжения; кредит: tepco-group.com)

Реальная мощность выполняет полезную работу, а реактивная мощность поддерживает напряжение, которое необходимо контролировать для обеспечения надежности системы. Реактивная мощность оказывает сильное влияние на безопасность энергосистем, поскольку влияет на напряжения во всей системе.

Найдите важное обсуждение, касающееся важности реактивной мощности и того, как полезно поддерживать напряжение в системе в нормальном состоянии.

ОСНОВНЫЕ ТЕМЫ:

Потребность в реактивной мощности

• Контроль напряжения в системе электроснабжения важен для правильной работы силового оборудования, чтобы предотвратить такие повреждения, как перегрев генераторов и двигателей, снизить потери при передаче и сохранить работоспособность. системы, чтобы выдерживать и предотвращать падение напряжения.В общем, уменьшение реактивной мощности вызывает падение напряжения, а увеличение вызывает повышение напряжения. Падение напряжения происходит, когда система пытается обслуживать гораздо большую нагрузку, чем может выдержать напряжение.
  .
• Когда подает реактивную мощность, понижает напряжение, при падении напряжения ток должен увеличиваться для поддержания подаваемой мощности, в результате чего система потребляет больше реактивной мощности, и напряжение падает дальше. Если ток увеличивается слишком сильно, линии передачи отключаются, вызывая перегрузку других линий и потенциально вызывая каскадные отказы.
  .
• Если напряжение падает слишком низко, некоторые генераторы отключаются автоматически для защиты. Коллапс напряжения происходит, когда увеличение нагрузки или уменьшение мощности генерирующих или передающих мощностей вызывает падение напряжения, что вызывает дальнейшее снижение реактивной мощности от заряда конденсаторов и линии, и, тем не менее, дальнейшее снижение напряжения. Если снижение напряжения продолжается, это вызовет срабатывание дополнительных элементов, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и потере нагрузки.Результатом всего этого постепенного и неконтролируемого падения напряжения является то, что система не может обеспечить реактивную мощность, необходимую для удовлетворения требований реактивной мощности.

Важность присутствующей реактивной мощности

• Управление напряжением и управление реактивной мощностью — это два аспекта одной деятельности, которая поддерживает надежность и облегчает коммерческие транзакции в сетях передачи.
  .
• В системе переменного тока (AC) напряжение регулируется путем управления производством и потреблением реактивной мощности.Есть три причины, по которым необходимо управлять реактивной мощностью и управляющим напряжением.
  .
• Во-первых, оборудование потребителя и энергосистемы рассчитано на работу в диапазоне напряжений, обычно в пределах ± 5% от номинального напряжения. При низких напряжениях многие типы оборудования плохо работают; лампы накаливания обеспечивают меньшую освещенность, асинхронные двигатели могут перегреться и выйти из строя, а некоторое электронное оборудование не будет работать при. Высокое напряжение может повредить оборудование и сократить срок его службы.
  .
• Во-вторых, реактивная мощность потребляет ресурсы передачи и генерации. Чтобы максимизировать количество реальной мощности, которая может быть передана через перегруженный интерфейс передачи, потоки реактивной мощности должны быть минимизированы. Точно так же производство реактивной мощности может ограничивать реальную мощность генератора.
  .
• В-третьих, при перемещении реактивной мощности в системе передачи возникают потери реальной мощности. Чтобы восполнить эти потери, необходимо обеспечить как мощность, так и энергию.
  .
• Контроль напряжения усложняется двумя дополнительными факторами.
  .
• Во-первых, сама система передачи является нелинейным потребителем реактивной мощности в зависимости от загрузки системы. При очень небольшой нагрузке система генерирует реактивную мощность, которую необходимо поглотить, тогда как при большой нагрузке система потребляет большое количество реактивной мощности, которую необходимо заменить. Требования к реактивной мощности системы также зависят от конфигурации генерации и передачи.
  .
• Следовательно, требования к реактивности системы меняются во времени по мере изменения уровней нагрузки и моделей нагрузки и генерации.Система объемного питания состоит из множества единиц оборудования, любое из которых может выйти из строя в любой момент. Таким образом, система спроектирована так, чтобы выдерживать потерю любого отдельного оборудования и продолжать работу, не затрагивая клиентов. То есть система рассчитана на то, чтобы противостоять единственному непредвиденному обстоятельству. Взятые вместе, эти два фактора приводят к динамической потребности в реактивной мощности. Потеря генератора или основной линии электропередачи может иметь комплексный эффект, заключающийся в уменьшении реактивного питания и, в то же время, перенастройке потоков, так что система потребляет дополнительную реактивную мощность.
  .
• По крайней мере, часть реактивного источника питания должна быть способна быстро реагировать на изменение требований реактивной мощности и поддерживать приемлемые напряжения во всей системе. Таким образом, как электрическая система требует резервов реальной мощности для реагирования на непредвиденные обстоятельства, так и она должна поддерживать резервы реактивной мощности.
  .
• Нагрузки также могут быть как действительными, так и реактивными. Реактивная часть нагрузки может обслуживаться от системы передачи. Реактивные нагрузки вызывают большее падение напряжения и реактивные потери в системе передачи, чем реальные нагрузки аналогичного размера (MVA).
  .
• Вертикально интегрированные коммунальные предприятия часто включают в свои тарифы плату за предоставление реактивной мощности нагрузкам. При реструктуризации наблюдается тенденция к ограничению нагрузок работой при почти нулевом потреблении реактивной мощности (коэффициент мощности 1,0). Предложение системного оператора ограничивает нагрузки коэффициентами мощности от 0,97 (потребляемая реактивная мощность) до 0,99 с опережением. Это поможет поддерживать надежность системы и избежать проблем рыночной власти, когда компания может использовать свои линии передачи для ограничения конкуренции за производство электроэнергии и повышения цен.

Назначение реактивной мощности

• Синхронные генераторы, SVC и различные типы другого оборудования DER (распределенного энергоресурса) используются для поддержания напряжения во всей системе передачи. Подача реактивной мощности в систему повышает напряжение, а поглощение реактивной мощности снижает напряжение.
  .
• Требования к поддержке напряжения зависят от расположения и величины выходных сигналов генератора и нагрузок потребителей, а также от конфигурации системы передачи DER.
  .
• Эти требования могут существенно различаться от места к месту и могут быстро меняться по мере изменения места и величины генерации и нагрузки. При очень низких уровнях нагрузки системы линии передачи действуют как конденсаторы и повышают напряжение. Однако при высоких уровнях нагрузки линии передачи поглощают реактивную мощность и тем самым снижают напряжение. Большая часть оборудования системы передачи (например, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы с переключением ответвлений) статична, но может переключаться в ответ на изменения требований к поддержке напряжения
  .
• При управлении реактивной мощностью и напряжением работа системы преследует три цели.
  .
• Во-первых, он должен поддерживать адекватное напряжение во всей системе передачи и распределения как для текущих, так и для непредвиденных условий.
  .
• Во-вторых, он стремится минимизировать перегрузку потоков реальной мощности.
  .
• В-третьих, он стремится минимизировать потери реальной мощности.
  .
• Однако механизмы, которые системные операторы используют для приобретения и развертывания ресурсов реактивной мощности, меняются.Эти механизмы должны быть справедливыми по отношению ко всем сторонам, а также быть эффективными. Кроме того, они должны быть явно справедливыми.

Что такое реактивная мощность?

• В то время как активная мощность — это энергия, подаваемая для запуска двигателя, обогрева дома или освещения электрической лампочки, реактивная мощность обеспечивает важную функцию регулирования напряжения.
• Если напряжение в системе недостаточно высокое, активная мощность не может быть подана.
• Реактивная мощность используется для обеспечения уровней напряжения, необходимых для того, чтобы активная мощность выполняла полезную работу.
• Реактивная мощность необходима для передачи активной мощности по системе передачи и распределения к потребителю.

Зачем нам реактивная мощность?

• Реактивная мощность (ВАР) требуется для поддержания напряжения для передачи активной мощности (ватт) по линиям передачи.
• Двигательные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности для преобразования потока электронов в полезную работу.
• Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно передать мощность, требуемую нагрузкой, по линиям.

Реактивная мощность является побочным продуктом систем переменного тока (AC)

• Трансформаторам, линиям передачи и двигателям требуется реактивная мощность
• Трансформаторы и линии передачи вносят индуктивность, а также сопротивление:
  1. Оба противостоят протеканию тока
  2. Необходимо поднять напряжение выше, чтобы пропустить мощность через индуктивность линий
  3. Если не вводится емкость для компенсации индуктивности
• Чем дальше передается мощность, тем выше напряжение должно быть повышено.
• Электродвигатели нуждаются в реактивном режиме. мощность для создания магнитных полей для их работы

Как контролируются напряжения?

• Напряжения контролируются путем обеспечения достаточного запаса регулирования реактивной мощности для «модуляции» и потребностей в питании посредством:
  1. Компенсация шунтирующего конденсатора и реактора
  2. Динамическая компенсация
  3. Правильный график напряжения генерации.
• Напряжениями управляют, прогнозируя и корректируя потребляемую реактивную мощность от нагрузок

Напряжение должно поддерживаться в пределах допустимых уровней

• В нормальных условиях системы, как при пиковой, так и при непиковой нагрузке, напряжения должны поддерживаться в пределах 95 % и 105% от номинала.
• Низкое напряжение может привести к сбоям в работе оборудования:
  1. Двигатель остановится, перегреется или повредит
  2. Реактивная мощность на выходе конденсаторов будет экспоненциально снижена
  3. Генераторы могут отключиться.
• Условия высокого напряжения могут:
  1. Повреждение основного оборудования — нарушение изоляции
  2. Автоматическое отключение основного передающего оборудования

Напряжение и реактивная мощность

• Напряжение и реактивная мощность должны управляться и контролироваться надлежащим образом:
  1. Обеспечьте надлежащее качество обслуживания
  2. Поддерживайте надлежащую стабильность энергосистемы.

Реактивная мощность и коэффициент мощности

• Реактивная мощность присутствует, когда напряжение и ток не совпадают по фазе:
  1. Один сигнал опережает другой
  2. Фазовый угол не равен 0o
  3. Коэффициент мощности меньше единицы
• Измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАр)
• Производится, когда форма волны тока опережает форму волны напряжения (опережающий коэффициент мощности)
• И наоборот, потребляется, когда форма волны тока отстает от напряжения (отстающий коэффициент мощности)

Ограничения реактивной мощности

• Реактивная мощность не распространяется очень далеко.
• Обычно необходимо производить его близко к месту, где это необходимо
• Поставщик / источник, расположенный близко к месту потребности, находится в гораздо лучшем положении для обеспечения реактивной мощности по сравнению с источником, расположенным далеко от места потребности
• Источники реактивной мощности тесно связаны со способностью выдавать реальную или активную мощность.

Реактивная мощность привела к отсутствию электроснабжения в стране-А отключение электроэнергии

Треугольник мощности

• Качество электроснабжения можно оценить по ряду параметров.Однако самым важным всегда будет наличие электрической энергии, а также количество и продолжительность прерываний.
  .
• Если в розетке нет напряжения, то никого не волнуют гармоники, провалы или скачки напряжения.
  .
• Длительное прерывание с большим размахом — отключение электроэнергии обычно приводит к катастрофическим потерям. Сложно представить, что во всей стране нет электроснабжения.
  .
• На самом деле такое уже происходило неоднократно.Одна из причин, приводящих к отключению электроэнергии, — выходящая из-под контроля реактивная мощность.
  .
• При высоком потреблении электроэнергии потребность в индуктивной реактивной мощности обычно увеличивается в той же пропорции. В этот момент линии передачи (которые хорошо загружены) вносят дополнительную индуктивную реактивную мощность.
  .
• Местные источники емкостной реактивной мощности становятся недостаточными. Необходимо доставлять больше реактивной мощности от генераторов на электростанциях.
  .
• Может случиться так, что они уже полностью загружены, и реактивную мощность придется доставлять из более отдаленных мест или из-за границы. Передача реактивной мощности приведет к большей нагрузке на линии, что, в свою очередь, приведет к увеличению реактивной мощности. Напряжение на стороне потребителя будет снижаться дальше. Местное управление напряжением с помощью автотрансформаторов приведет к увеличению тока (для получения той же мощности), что, в свою очередь, увеличит падение напряжения в линиях. В один момент этот процесс может пойти лавинообразно, сведя напряжение к нулю.Между тем, большинство генераторов на электростанциях отключатся из-за недопустимо низкого напряжения, что, конечно, ухудшит ситуацию.
  .
• В континентальной Европе большинство электростанций построено на тепловых и паровых турбинах. Если энергоблок на такой электростанции останавливается и остывает, ему требуется время и электроэнергия, чтобы снова начать работу. Если другие электростанции также отключены — отключение электроэнергии будет постоянным.
  .
• Недостаточная реактивная мощность, приводящая к падению напряжения, была причинным фактором крупных отключений электроэнергии во всем мире.Обвал напряжения произошел в Соединенных Штатах во время отключения электроэнергии 2 июля 1996 г. и 10 августа 1996 г. на Западном побережье.
  .
• В то время как 14 августа 2003 г. отключение электроэнергии в США и Канаде не было связано с падением напряжения, как этот термин традиционно используется инженерами энергосистем, в итоговом отчете целевой группы говорилось, что «Недостаточная реактивная мощность была проблемой в системе. отключение электроэнергии » и отчет также« переоценка динамики реактивного выхода системы генерации »как общий фактор среди крупных отключений в США.
  .
• Спрос на реактивную мощность был необычно высоким из-за большого объема потоковых передач на большие расстояния, проходящих через Огайо в районы, включая Канаду, чем было необходимо для импорта энергии для удовлетворения местного спроса. Но подача реактивной мощности была низкой, потому что некоторые станции не работали и, возможно, потому, что другие станции не производили ее в достаточном количестве.

Проблемы с реактивной мощностью

• Хотя реактивная мощность необходима для работы многих электрических устройств, она может оказывать вредное воздействие на ваши приборы и другие моторизованные нагрузки, а также на вашу электрическую инфраструктуру.Поскольку ток, протекающий через вашу электрическую систему, превышает ток, необходимый для выполнения требуемой работы, избыточная мощность рассеивается в виде тепла, поскольку реактивный ток течет через резистивные компоненты, такие как провода, переключатели и трансформаторы. Имейте в виду, что всякий раз, когда расходуется энергия, вы платите. Не имеет значения, в виде тепла или полезной работы расходуется энергия.
  .
• Мы можем определить, сколько реактивной мощности потребляют ваши электрические устройства, измерив их коэффициент мощности, соотношение между реальной и реальной мощностью.Коэффициент мощности 1 (т.е. 100%) в идеале означает, что вся электрическая мощность используется для реальной работы. Дома обычно имеют общий коэффициент мощности в диапазоне от 70% до 85%, в зависимости от того, какие приборы могут работать. Более новые дома с новейшими энергоэффективными приборами могут иметь общий коэффициент мощности 90-х годов.
  .
• Типичный счетчик электроэнергии для жилых помещений считывает только реальную мощность, то есть то, что вы получили бы при коэффициенте мощности 100%. В то время как большинство электроэнергетических компаний не взимают плату за реактивную мощность с жилых домов напрямую, распространенным заблуждением является утверждение, что коррекция реактивной мощности не имеет экономической выгоды.Для начала электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, либо потребуют от нарушившего правила потребителя сделать это за его счет, либо будут взимать дополнительную плату за реактивную мощность. Очевидно, что электрические компании выигрывают от коррекции коэффициента мощности, поскольку линии электропередачи, по которым проходит дополнительный (реактивный) ток в промышленно развитые районы, стоят им денег. Многие люди упускают из виду преимущества, которые коррекция коэффициента мощности может предложить для типичного дома по сравнению с экономией и другими преимуществами, которые могут ожидать предприятия с большими индуктивными нагрузками.
  .
• Самое главное, что вы платите за реактивную мощность в виде потерь энергии, создаваемых реактивным током, протекающим в вашем доме. Эти потери имеют вид тепла и не могут быть возвращены в сеть. Следовательно, вы платите. Чем меньше киловатт расходуется в доме за счет рассеивания тепла или нет, тем ниже счет за электричество. Поскольку коррекция коэффициента мощности снижает потери энергии, вы экономите.
  .
• Как указывалось ранее, электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, или они потребуют этого от нарушителя, или они будут взимать плату за реактивную мощность.Их не беспокоит обслуживание жилых домов, потому что влияние на их распределительную сеть не такое серьезное, как в промышленно развитых регионах. Однако верно то, что коррекция коэффициента мощности помогает электроэнергетической компании за счет снижения спроса на электроэнергию, тем самым позволяя им удовлетворять потребности в обслуживании в других местах. Но кого это волнует? Коррекция коэффициента мощности снижает ваши счета за электроэнергию за счет уменьшения количества израсходованных киловатт, и без нее ваш счет за электроэнергию будет гарантированно выше.
  .
• Мы сталкивались с этим с другими электрическими компаниями, и нам удалось убедить каждую из них оформить опровержение.Электроэнергетические компании сильно различаются, и многие не проявляют интереса к отклонению от своей стандартной маркетинговой стратегии, признавая зарекомендовавшие себя энергосберегающие продукты. Имейте в виду, что продвижение РЕАЛЬНОЙ экономии энергии для всех своих клиентов опустошит их прибыль.
  .
• Коррекция коэффициента мощности не приведет к увеличению счета за электроэнергию и не нанесет вреда вашим электрическим устройствам. Эта технология уже много лет успешно применяется в промышленности. При правильном размере коррекция коэффициента мощности повысит электрический КПД и долговечность индуктивных нагрузок.Коррекция коэффициента мощности может иметь неблагоприятные побочные эффекты (например, гармоники) на чувствительном промышленном оборудовании, если с ней не будут работать знающие и опытные специалисты. Коррекция коэффициента мощности в жилых домах ограничена мощностью электрической панели (макс. 200 А) и не обеспечивает чрезмерной компенсации индуктивных нагрузок в домах. Повышение эффективности электрических систем снижает потребность в энергии и ее воздействие на окружающую среду.

Глубокое влияние реактивной мощности на различные элементы энергосистемы:

Генерация

• Основная функция генератора электроэнергии — преобразовывать топливо (или другой энергетический ресурс) в электроэнергию.Почти все генераторы * также имеют значительный контроль над напряжением на клеммах и выходной реактивной мощностью.
  .
• Плата за использование этого ресурса является специфическим направлением управления напряжением от службы генерации. Способность генератора обеспечивать реактивную поддержку зависит от его реальной выработки электроэнергии. Как и у большинства электрического оборудования, генераторы ограничены своей пропускной способностью по току. При напряжении, близком к номинальному, эта способность становится пределом в МВА для якоря генератора, а не ограничением в МВт.
  .
• Производство реактивной мощности связано с увеличением магнитного поля для повышения напряжения на клеммах генератора. Увеличение магнитного поля требует увеличения тока во вращающейся обмотке возбуждения. Поглощение реактивной мощности ограничивается структурой магнитного потока в статоре, что приводит к чрезмерному нагреву железа на конце статора, что является пределом нагрева сердечника.
  .
• Синхронизирующий момент также уменьшается при поглощении большого количества реактивной мощности, что также может ограничивать возможности генератора, чтобы снизить вероятность потери синхронизма с системой.
  .
• Первичный двигатель генератора (например, паровая турбина) обычно проектируется с меньшей мощностью, чем электрический генератор, что приводит к ограничению первичного двигателя. Разработчики понимают, что большую часть времени генератор будет вырабатывать реактивную мощность и поддерживать напряжение в системе. Наличие первичного двигателя, способного выдавать всю механическую мощность, которую генератор может преобразовывать в электричество, когда он не производит и не поглощает реактивную мощность, приведет к недоиспользованию первичного двигателя.
  .
• Для производства или поглощения дополнительных VAR сверх этих пределов потребуется снижение реальной выходной мощности устройства. Управление реактивным выходом и напряжением на клеммах генератора обеспечивается регулировкой постоянного тока во вращающемся поле генератора. Управление может быть автоматическим, непрерывным и быстрым.
  .
• Характеристики, присущие генератору, помогают поддерживать напряжение в системе. При любой данной настройке поля генератор имеет определенное напряжение на клеммах, которое он пытается удерживать.Если напряжение в системе падает, генератор подает в энергосистему реактивную мощность, стремясь повысить напряжение в системе. Если напряжение в системе возрастает, реактивная мощность генератора упадет, и в конечном итоге реактивная мощность будет поступать в генератор, стремясь к снижению напряжения системы. Регулятор напряжения усиливает это поведение, направляя ток возбуждения в нужном направлении для получения желаемого напряжения системы.

Синхронные конденсаторы

• Каждая синхронная машина (двигатель или генератор) с управляемым полем имеет характеристики реактивной мощности, описанные выше.
  .
• Синхронные двигатели иногда используются для обеспечения динамической поддержки напряжения в энергосистеме, поскольку они обеспечивают механическую мощность для своей нагрузки. Некоторые турбины внутреннего сгорания и гидроагрегаты спроектированы таким образом, чтобы генератор мог работать без механического источника энергии просто для обеспечения реактивной мощности энергосистемы, когда выработка реальной энергии недоступна или не требуется.
  .
• Синхронные машины, которые предназначены исключительно для обеспечения реактивной поддержки, называются синхронными конденсаторами.
  .
• Синхронные конденсаторы обладают всеми преимуществами генераторов по быстродействию и управляемости без необходимости строительства остальной части электростанции (например, оборудования для перекачки топлива и котлов). Поскольку это вращающиеся машины с движущимися частями и вспомогательными системами, они могут потребовать значительно большего обслуживания, чем статические альтернативы. Они также потребляют активную мощность, равную примерно 3% от номинальной реактивной мощности машины.

Конденсаторы и катушки индуктивности

• Конденсаторы и катушки индуктивности (иногда называемые реакторами) — это пассивные устройства, которые генерируют или поглощают реактивную мощность.Они достигают этого без значительных потерь реальной мощности или эксплуатационных расходов. Выход конденсаторов и катушек индуктивности пропорционален квадрату напряжения. Таким образом, конденсаторная батарея (или катушка индуктивности) на 100 МВАр будет производить (или поглощать) только 90 МВАр, когда напряжение падает до 0,95 о.е., но она будет производить (или поглощать) 110 МВАр, когда напряжение повышается до 1,05 о.е. Это соотношение полезно, когда для удержания напряжения используются катушки индуктивности.
  .
• Катушка индуктивности поглощает больше при самых высоких напряжениях и при наибольшей потребности в устройстве.Эта взаимосвязь неудачна для более распространенного случая, когда конденсаторы используются для поддержания напряжения. В крайнем случае напряжение падает, и конденсаторы вносят меньший вклад, что приводит к дальнейшему снижению напряжения и еще меньшей поддержке со стороны конденсаторов; в конечном итоге происходит падение напряжения и отключение питания.
  .
• Катушки индуктивности — это дискретные устройства, предназначенные для поглощения определенного количества реактивной мощности при определенном напряжении. Они могут быть включены или выключены, но не имеют переменного управления.
  .
• Конденсаторные батареи состоят из отдельных емкостей конденсаторов, обычно на 200 кВАр или меньше каждая. Банки подключаются последовательно и параллельно, чтобы получить желаемое напряжение конденсаторной батареи и номинальную емкость. Как и катушки индуктивности, конденсаторные батареи представляют собой дискретные устройства, но они часто имеют несколько ступеней, чтобы обеспечить ограниченный объем регулируемого управления, что делает их недостатком по сравнению с синхронным двигателем.

Статические компенсаторы VAR (SVC)

• SVC сочетает в себе обычные конденсаторы и катушки индуктивности с возможностью быстрого переключения.Переключение происходит во временном интервале субцикла (т.е. менее чем за 1/60 секунды), обеспечивая непрерывный диапазон управления. Диапазон может быть изменен от поглощения до выработки реактивной мощности. Следовательно, элементы управления могут быть спроектированы так, чтобы обеспечивать очень быструю и эффективную реактивную поддержку и управление напряжением. Поскольку в SVC используются конденсаторы, их реактивная способность снижается так же, как и при падении напряжения. Они также не способны выдерживать кратковременную перегрузку генераторов и синхронных конденсаторов.Для приложений SVC обычно требуются фильтры гармоник, чтобы уменьшить количество гармоник, вводимых в энергосистему.

Статические синхронные компенсаторы (STATCOM)

• STATCOM — это твердотельное шунтирующее устройство, которое генерирует или поглощает реактивную мощность и является одним из членов семейства устройств, известных как гибкая система передачи переменного тока (FACTS).
• STATCOM похож на SVC по скорости отклика, возможностям управления и использованию силовой электроники. Однако вместо использования обычных конденсаторов и катушек индуктивности в сочетании с быстродействующими переключателями, STATCOM использует силовую электронику для синтеза выходной реактивной мощности.Следовательно, производительность обычно симметрична, обеспечивая столько же возможностей для производства, сколько и для поглощения.
• Твердотельный характер STATCOM означает, что, как и в SVC, элементы управления могут быть спроектированы для обеспечения очень быстрого и эффективного управления напряжением. Несмотря на отсутствие кратковременной перегрузочной способности генераторов и синхронных конденсаторов, емкость STATCOM не страдает так серьезно, как SVC и конденсаторы, от пониженного напряжения.
• STATCOM ограничены по току, поэтому их способность MVAR линейно реагирует на напряжение, в отличие от отношения квадрата напряжения SVC и конденсаторов.Этот атрибут значительно увеличивает полезность СТАТКОМов для предотвращения падения напряжения.

Распределенная генерация

• Распределение ресурсов генерации по энергосистеме может иметь положительный эффект, если генерация имеет возможность поставлять реактивную мощность. Без этой возможности управления выходной реактивной мощностью производительность системы передачи и распределения может ухудшиться. Индукционные генераторы были привлекательным выбором для небольшой, подключенной к сети генерации, прежде всего потому, что они относительно недороги.Они не требуют синхронизации и обладают механическими характеристиками, которые подходят для некоторых приложений (например, ветра). Они также поглощают реактивную мощность, а не генерируют ее, и не поддаются контролю. Если мощность генератора колеблется (как ветер), реактивная нагрузка генератора также колеблется, что усугубляет проблемы управления напряжением для системы передачи. Индукционные генераторы можно компенсировать статическими конденсаторами, но эта стратегия не решает проблему флуктуаций и не обеспечивает контролируемое поддержание напряжения.Многие ресурсы распределенной генерации теперь подключаются к сети через твердотельную силовую электронику, что позволяет изменять скорость первичного двигателя независимо от частоты энергосистемы. Что касается ветра, то использование твердотельной электроники может улучшить захват энергии.
  .
• Для микротурбин, работающих на газе, оборудование силовой электроники позволяет им работать на очень высоких скоростях. Фотоэлектрические установки генерируют постоянный ток и требуют инверторов для подключения к энергосистеме. Устройства накопления энергии (например,(например, батареи, маховики и сверхпроводящие магнитные накопители энергии) также часто бывают распределенными и требуют, чтобы твердотельные инверторы взаимодействовали с сетью. Это более широкое использование твердотельного интерфейса между устройствами и энергосистемой дает дополнительное преимущество, обеспечивая полный контроль реактивной мощности, аналогичный таковому у STATCOM.
  .
• Фактически, большинству устройств не обязательно обеспечивать активную мощность, чтобы был доступен полный диапазон реактивного управления. Первичный двигатель поколения, e.грамм. турбина, может выйти из строя, пока реактивный компонент полностью исправен. Эта технологическая разработка (твердотельная силовая электроника) превратила потенциальную проблему в преимущество, позволив распределенным ресурсам внести свой вклад в управление напряжением.

Передающая сторона

• Неизбежным следствием работы нагрузки является наличие реактивной мощности, связанной с фазовым сдвигом между напряжением и током.
  .
• Некоторая часть этой мощности компенсируется на стороне клиента, а остальная часть загружает сеть.Контракты на поставку не требуют, чтобы cosφ был равен единице. Реактивная мощность также используется владельцем линии электропередачи для управления напряжением.
  .
• Реактивная составляющая тока добавляет к току нагрузки и увеличивает падение напряжения на полном сопротивлении сети. Регулируя поток реактивной мощности, оператор изменяет падения напряжения в линиях и, таким образом, напряжение в точке подключения потребителя. Напряжение на стороне потребителя зависит от всего, что происходит на пути от генератора до нагрузки потребителя.Все узлы, точки подключения других линий передачи, распределительные станции и другое оборудование вносят свой вклад в поток реактивной мощности.
  .
• Сама линия передачи также является источником реактивной мощности. Открытая на другом конце линия (без нагрузки) похожа на конденсатор и является источником емкостной (опережающей) реактивной мощности. Продольные индуктивности без тока не намагничиваются и не вносят никаких реактивных составляющих.
  .
• С другой стороны, когда линия проводит большой ток, преобладает вклад продольных индуктивностей, и сама линия становится источником индуктивной (запаздывающей) реактивной мощности.Для каждой строки может быть вычислено характерное значение потока мощности Sk .
  .
• Если передаваемая мощность выше Sk, линия будет вводить дополнительную индуктивную реактивную мощность, а если она ниже Sk, линия будет вводить емкостную реактивную мощность. Значение Sk зависит от напряжения: для линии 400 кВ составляет около 32% от номинальной мощности передачи, для линии 220 кВ — около 28%, для линии 110 кВ — около 22%. Процент будет меняться в зависимости от параметров строительства.
  .
• Реактивная мощность, вносимая самими линиями, действительно мешает оператору системы передачи. Ночью, когда спрос невелик, необходимо подключать параллельные реакторы для потребления дополнительной емкостной реактивной мощности линий. Иногда возникает необходимость отключить малонагруженную линию (что однозначно сказывается на надежности системы). В часы пик не только нагрузки потребителей вызывают большие падения напряжения, но и индуктивная реактивная мощность линий увеличивает общий поток мощности и вызывает дальнейшие падения напряжения.
  .
• Регулирование напряжения и реактивной мощности имеет некоторые ограничения. Большая часть реактивной мощности вырабатывается в агрегатах электростанции. Генераторы могут обеспечивать плавно регулируемую опережающую и запаздывающую реактивную мощность без каких-либо затрат на топливо.
  .
• Однако реактивная мощность занимает генерирующую мощность и снижает выработку активной мощности. Кроме того, не стоит передавать реактивную мощность на большие расстояния (из-за потерь активной мощности). Контроль, обеспечиваемый «в пути» в линии передачи, узлах связи, распределительной станции и других точках, требует установки конденсаторов или \ и реакторов.
  .
• Часто используются с системой переключения ответвлений трансформатора. Диапазон регулирования напряжения зависит от их размера. Контроль может состоять, например, в повышении напряжения трансформатора и последующем уменьшении его за счет протекания реактивных токов.
  .
• Если напряжение трансформатора достигает максимального значения и все конденсаторы находятся в рабочем состоянии, то дальнейшее повышение напряжения на стороне потребителя невозможно. С другой стороны, когда требуется уменьшение, предел устанавливается максимальной реактивной мощностью реакторов и самым низким ответвлением трансформатора.

Практика планирования и оценки напряжения и реактивной мощности

(1) Основные принципы:

• Реактивная мощность не может передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за чрезмерных потерь реактивной мощности.
• Источник реактивной мощности должен располагаться в непосредственной близости от места его потребления.
• Необходима достаточная поддержка статического и динамического напряжения для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне.
• Должны быть доступны достаточные резервы реактивной мощности для постоянного регулирования напряжения.

(2) Ключевые последствия:

• Должны быть установлены и поддерживаться измерения, чтобы фиксировать фактическое реактивное потребление в различных точках.
• Планировщики передачи и распределения должны заранее определить требуемый тип и место реактивной коррекции.
• Устройства реактивной мощности должны обслуживаться и функционировать должным образом, чтобы обеспечить правильную величину компенсации реактивной мощности.
• Реактивные нагрузки распределения должны быть полностью скомпенсированы, прежде чем будет рассматриваться компенсация реактивной мощности передачи.

(3) Передача реактивной мощности

• Реактивная мощность не может эффективно передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за высоких потерь I2X.
• Реактивная мощность должна располагаться в непосредственной близости от места ее потребления.

(4) Поддержка статического и динамического напряжения

• Тип требуемой компенсации реактивной мощности зависит от времени, необходимого для восстановления напряжения.
• Статическая компенсация идеально подходит для секундных и минутных ответов. (Конденсаторы, реакторы, переключатели).
• Динамическая компенсация идеально подходит для мгновенных откликов. (конденсаторы, генераторы)
• Для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне необходим правильный баланс статического и динамического напряжения.

(5) Реактивные резервы при различных условиях эксплуатации

• В идеале конденсаторы системы, реакторы и конденсаторы должны работать для обеспечения нормальной реактивной нагрузки.
• По мере увеличения нагрузки или после возникновения непредвиденных обстоятельств следует включать дополнительные конденсаторы или снимать реакторы для поддержания приемлемого напряжения в системе.
• Реактивная способность генераторов должна быть в основном зарезервирована на случай непредвиденных обстоятельств в системе сверхвысокого напряжения или для поддержки напряжений в экстремальных условиях эксплуатации системы.
• Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы, если желаемое напряжение недостижимо из-за резервов реактивной мощности.

(6) Координация напряжения

• Реактивные источники должны быть скоординированы, чтобы гарантировать, что соответствующие напряжения поддерживаются повсюду в соединенной системе во всех возможных состояниях системы.
• Поддержание приемлемого напряжения системы включает в себя координацию источников и приемников, которые включают:
  1. Графики напряжения на заводе
  2. Настройки ответвлений трансформатора
  3. Настройки реактивного устройства
  4. Схемы отключения нагрузки.
• Последствия несогласованных операций будут включать:
  1. Повышенные потери реактивной мощности
  2. Снижение реактивного запаса для непредвиденных обстоятельств и условий экстремальной легкой нагрузки
  3. Чрезмерное переключение шунтирующих конденсаторов или реакторов
  4. Повышенная вероятность условий падения напряжения .

(7) График напряжения

• Каждой электростанции требуется поддерживать определенное напряжение на системной шине, к которой она подключена.
• Назначенный график позволит генерирующему блоку работать обычно:
  1. В середине диапазона реактивной мощности в нормальных условиях
  2. В верхней части диапазона реактивной способности во время непредвиденных обстоятельств
  3. «Недостаточное возбуждение» или поглощение реактивной мощности в условиях экстремальных легких нагрузок.

(8) Настройки ответвлений трансформатора

• Отводы трансформатора должны быть согласованы друг с другом и с графиками напряжения ближайшей генерирующей станции.
• Отводы трансформатора следует выбирать так, чтобы вторичные напряжения оставались ниже пределов оборудования в условиях небольшой нагрузки.

(9) Настройки реактивного устройства

• Конденсаторы в низковольтных сетях должны быть настроены на включение, чтобы поддерживать напряжение во время пиковых и нештатных ситуаций. И
• «Выкл.», Когда больше не требуются поддерживающие уровни напряжения.

(10) Схемы отключения нагрузки

• Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы как «последнее средство» для поддержания приемлемого напряжения.

(11) Управление напряжением и реактивной мощностью

• Требуется координация всех дисциплин по передаче и распределению.
• Передача требует:
  1. Прогнозировать реактивный спрос и требуемый запас запаса
  2. Спланировать, спроектировать и установить требуемый тип и место реактивной коррекции
  3. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
  4. Поддерживать счетчики для обеспечения точности данных
  5. При необходимости порекомендуйте правильную схему сброса нагрузки.
• Распределению необходимо:
  1. Полностью компенсировать распределительные нагрузки до того, как будет учтена компенсация реактивной мощности передачи
  2. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
  3. Поддерживать счетчики для обеспечения точности данных
  4. Установить и протестировать схемы автоматического отключения нагрузки при пониженном напряжении

Ссылки:

1. Samir Aganoviş,
2. Zoran Gajiş,
3. Grzegorz Blajszczak- Варшава, Польша,
4. Gianfranco Chicco
5. Robert P.O’Connell-Williams Power Company
6. Harry L. Terhune-American Transmission Company,
7. Абрахам Ломи, Фернандо Альварадо, Благой Борисов, Лоуренс Д. Кирш
8. Роберт Томас,
9. НАЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ OAK RIDGE

контент с рекламными ссылками

Что такое реактивная мощность и почему это важно? | Дракс | Drax

Откройте для себя бесшумную силу, которая «качает» электричество по сети

Электричество, которое включает лампочки и заряжает телефоны , называется «активной мощностью».Однако для эффективного, экономичного и безопасного перемещения активной мощности по стране требуется так называемая «реактивная мощность».

Электроэнергия для насоса

Реактивная мощность генерируется так же, как активная мощность, на больших электростанциях, но подается в систему немного другим способом.

Далеко не уедет. Так сеть региональных распределителей реактивной мощности обслуживает локальных участков на кв.

Электростанции — не единственный источник реактивной мощности.Электронные устройства, такие как ноутбуки и телевизоры, также вырабатывают и возвращают небольшие количества реактивной мощности обратно в сеть. Это может увеличить количество реактивной мощности в сети, поэтому электростанции должны поглощать избыток.

Это потому, что, хотя реактивная мощность важна, более важно иметь правильную величину в сети. Если их слишком много, линии электропередач могут оказаться перегруженными, что приведет к нестабильности в сети. Слишком мало — снижает эффективность.

Управление реактивной мощностью обеспечивает подачу активной мощности в нужные места.Но это также означает контроль напряжения в сети.

Как контроль напряжения сдерживает волатильность

По всей Великобритании вся электроэнергия в национальной сети должна работать при одинаковом напряжении (400 кВ или 275 кВ). Отклонение всего на 5% в любую сторону может привести к повреждению оборудования или крупномасштабным отключениям электроэнергии.

National Grid ESO, системный оператор, контролирует и управляет общенациональным уровнем напряжения, чтобы гарантировать, что он остается в безопасных пределах, и это зависит от управления реактивной мощностью.

Ян Фой, руководитель вспомогательных служб Drax, объясняет: «Когда кабели« слабо загружены », например, ночью, когда спрос на электроэнергию ниже, они начинают излучать реактивную мощность, вызывая повышение напряжения».

Реактивная мощность — Continental Control Systems, LLC

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) — это мнимая (не действительная) мощность от индуктивных нагрузок, таких как двигатель или емкостные нагрузки (реже). Обычно он измеряется в единицах VAR (реактивные вольт-амперы).Иногда реактивная мощность указывается в ваттах; это не совсем так, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указывается в ваттах, преобразование из ватт в переменные происходит однозначно. Реактивная мощность НЕ включается в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Измерители WattNode, которые сообщают о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

• Положительная реактивная мощность вызвана индуктивными нагрузками, такими как двигатели и трансформаторы (особенно при низких нагрузках).
• Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Сюда могут входить пускорегулирующие аппараты, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).

Примечание: некоторые производители используют противоположные знаки и рассматривают отрицательную реактивную мощность как индуктивную.

См. Также

Определения

«… в научном сообществе нет единого мнения о концепции реактивной мощности в несинусоидальных условиях.Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и / или токах обычное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”—Антонио Каталиотти, Транзакции IEEE о доставке электроэнергии, т. 23, нет. 3 июля 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, включая следующие (названные в честь первоначальных авторов):

• Будяну
• Фрайз
• Кастерс и Мур
• Пастух и Закихани
• Шарон / Чарнецкий
• Рабочая группа IEEE
• (из статьи в Википедии о вольт-амперной реактивности) VAR — это произведение среднеквадратичного напряжения и тока или полной мощности, умноженное на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

• Двигатель (без VSD): реактивная мощность будет положительной и будет варьироваться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью нагруженного двигателя, до нескольких значений реальной мощности для слегка нагруженного двигателя. Коэффициент мощности асинхронного двигателя варьируется в зависимости от нагрузки:

Нагрузка двигателя,%	Коэффициент мощности
0	0.17
25	0,55
50	0,73
75	0,80
100	0,85

• Двигатель (с VSD): реактивная мощность будет небольшой и обычно отрицательной. Коэффициент смещения мощности обычно составляет 0,9 или выше.
• Люминесцентные лампы: коэффициент мощности старых светильников с магнитными балластами может варьироваться от 0.38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,98.
• Газоразрядные лампы: с магнитными балластами могут иметь диапазон от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
• Лампы накаливания: реактивная мощность составляет примерно –10% от реальной мощности, в результате чего коэффициент мощности составляет около 0,995. Мы полагаем, что это происходит из-за нагрева и охлаждения нити во время цикла переменного тока.
• Лампы накаливания с диммером: реактивная мощность изменяется от почти нуля до положительного значения, почти равного реальной мощности.Коэффициент мощности варьируется от 1,0 до 0,74.

---

Ключевые слова: кВАр

.