Что такое реактивная мощность и почему ее нужно компенсировать. Какие бывают типы устройств компенсации реактивной мощности. Как работают основные компоненты УКРМ. Где применяются установки компенсации реактивной мощности.
Что такое реактивная мощность и зачем ее компенсировать
Реактивная мощность — это часть полной мощности, которая циркулирует между источником и нагрузкой, не совершая полезной работы. Она необходима для создания электромагнитных полей в электрооборудовании, но при этом создает дополнительную нагрузку на сеть.
Компенсация реактивной мощности необходима по следующим причинам:
- Снижение потерь электроэнергии в сетях
- Уменьшение падения напряжения
- Разгрузка трансформаторов и кабельных линий
- Повышение пропускной способности сети
- Снижение платы за потребляемую электроэнергию
Без компенсации реактивной мощности электросети работают неэффективно, что приводит к дополнительным затратам как для потребителей, так и для электроснабжающих организаций.
Основные типы устройств компенсации реактивной мощности
Существует несколько типов устройств для компенсации реактивной мощности:
1. Статические компенсаторы
Это наиболее распространенный тип УКРМ. Основные виды:
- Конденсаторные установки с контакторным управлением
- Тиристорные компенсаторы
- Статические тиристорные компенсаторы (СТК)
2. Синхронные компенсаторы
Представляют собой специальные синхронные двигатели, работающие в режиме генерации реактивной мощности.
3. Активные фильтры гармоник
Помимо компенсации реактивной мощности, подавляют высшие гармоники тока в сети.
4. Гибридные компенсаторы
Сочетают в себе преимущества пассивных и активных фильтров.
Принцип работы основных компонентов УКРМ
Рассмотрим принцип работы ключевых элементов устройств компенсации реактивной мощности:
Конденсаторные батареи
Конденсаторы являются источником реактивной мощности емкостного характера. Они компенсируют индуктивную составляющую нагрузки. Мощность батарей подбирается в зависимости от характера нагрузки.
Регулятор реактивной мощности
Это микропроцессорное устройство, которое измеряет параметры сети и управляет включением/отключением ступеней конденсаторов. Основные функции:
- Измерение коэффициента мощности
- Расчет требуемой реактивной мощности
- Управление коммутационной аппаратурой
- Защита от перенапряжений и перегрузок
Коммутационная аппаратура
Для коммутации ступеней конденсаторов используются:
- Контакторы — в установках с медленным регулированием
- Тиристорные ключи — для быстродействующей коммутации
Тиристорные ключи обеспечивают включение конденсаторов в момент перехода напряжения через ноль, что исключает броски тока.
Где применяются установки компенсации реактивной мощности
УКРМ находят широкое применение в различных отраслях:
Промышленность
Основные потребители УКРМ — промышленные предприятия с большим количеством электродвигателей, сварочного оборудования, индукционных печей. Например:
- Металлургические заводы
- Машиностроительные предприятия
- Горнодобывающая промышленность
- Деревообрабатывающие производства
Энергетика
УКРМ устанавливаются на подстанциях для повышения пропускной способности ЛЭП и снижения потерь при передаче электроэнергии.
Коммерческий сектор
Компенсаторы применяются в крупных офисных и торговых центрах, где используется большое количество компьютерной техники и систем кондиционирования.
Жилищно-коммунальное хозяйство
УКРМ устанавливаются в многоквартирных домах для снижения нагрузки на внутридомовые сети и экономии на оплате электроэнергии.
Преимущества применения УКРМ
Использование устройств компенсации реактивной мощности дает ряд существенных преимуществ:
- Снижение затрат на электроэнергию до 30%
- Уменьшение нагрузки на кабели и трансформаторы
- Повышение качества электроэнергии
- Увеличение срока службы электрооборудования
- Возможность подключения дополнительных нагрузок без увеличения мощности питающего трансформатора
При правильном подборе и настройке УКРМ окупаются за 1-2 года эксплуатации.
Как выбрать оптимальное устройство компенсации
Выбор УКРМ зависит от многих факторов:
- Характер нагрузки (постоянная, переменная)
- Требуемая скорость регулирования
- Наличие высших гармоник в сети
- Режим работы предприятия
- Параметры питающей сети
Для правильного выбора устройства компенсации необходимо провести энергоаудит и измерения параметров сети. На основе полученных данных специалисты могут подобрать оптимальное решение.
Тенденции развития технологий компенсации реактивной мощности
Основные направления развития УКРМ:
- Применение силовой электроники для быстродействующего управления
- Интеграция функций активной фильтрации гармоник
- Использование «умных» регуляторов с функциями анализа и прогнозирования нагрузки
- Разработка гибридных систем компенсации
- Внедрение технологий удаленного мониторинга и управления УКРМ
Развитие этих технологий позволит повысить эффективность компенсации реактивной мощности и улучшить качество электроэнергии в сетях.
Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности
Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока
Эволюция устройств компенсации реактивной мощности. Традиционные устройства компенсации реактивной мощности. Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.
Перетоки реактивной мощности, негативно влияющие на генерацию, транспорт и качество поставляемой электроэнергии, официально признаны проблемой на рубеже XIX – XX веков, а первые практические шаги для компенсации реактивной мощности были сделаны еще в 1914 году путем включения в сеть последовательно с нагрузкой шунтирующих конденсаторов и долгое время статические батареи конденсаторов оставались если и не единственным, то наиболее популярным средством коррекции коэффициента мощности в сетях с индуктивными нагрузками. Со второй половины прошлого века параллельно со статическими релейными (контакторными) установками компенсации реактивной мощности с механическим включением и отключением ступеней батарей шунтирующих силовых конденсаторов начали использовать и другие средства коррекции мощности.
На рубеже нового тысячелетия претерпела изменение сама концепция электрической сети, которая сегодня переведена из категории пассивных устройств транспорта электроэнергии в активную систему, участвующую и влияющую на процесс генерации, передачи и потребления электрической энергии, что определило необходимость разработки технологий, средств и алгоритмов управления сетью, ее элементами, узлами и нагрузками. Так, по сути, сформировалась концепция гибких управляемых систем электропередачи переменного тока FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System), формализованная американским Институтом электроэнергетики EPRI, в которые для контроля и управления генерацией, транспортом и потреблением электроэнергии интегрировались традиционные и новые средства коррекции коэффициента мощности и повышения качества электроэнергии — самокоммутируемые преобразователи напряжения, статические тиристорные компенсаторы (устройства компенсации реактивной мощности с тиристорным переключением TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), реакторы с тиристорным управлением TCR (Thyristor Controlled Reactor), конденсаторные батареи с тиристорным переключением TSC (Thyristor Switched Capacitor), системы статической компенсации реактивной мощности SVC (Static VAR Compensator) — комбинации компонентов TCR и TSC), синхронные статические компенсаторы STATCOM (Static Synchronous Compensator), управляемые устройства (фазоповоротные и продольной емкостной компенсации, регуляторы потока мощности UPFC (Unified Power Flow Controllers), динамические восстановители напряжения DVR (Dynamic Voltage Restorers), интерлайн-регуляторы потока (IPFC), сверхпроводящие электромагнитные запоминающие устройства (SMES), асинхронизированные машины, электромашинновентильные комплексы и т.д.) и управляющие системы – WAMPAC (wide-area monitoring, protection, and control systems — глобального мониторинга, защиты и управления) и глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU) и диспетчерского управления/сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и т.д.
Традиционные устройства компенсации реактивной мощности.
К традиционным устройствам компенсации реактивной мощности сегодня можно отнести:
- механически (вручную) переключаемые типовые релейные (контакторные) установки типа КРМ, УКРМ с фильтрами высших гармоник и без, в основном ориентированные на компенсацию реактивной мощности по централизованной, групповой, индивидуальной или комбинированной схемах на участках сетей и в сетях низкого (или среднего напряжения) с линейными нагрузками.
Довольно ограниченное использование (по типу нагрузки и уровню напряжения) релейных установок с механическим включением/отключением ступеней батарей конденсаторов обусловлено продолжительностью включения/отключения блока (батареи) силовых конденсаторов даже с помощью вакуумных контакторов, что при быстрой динамике потребности нагрузки в реактивной мощности создает существенные риски перенапряжений или провалов напряжения со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.
Более продвинутые, но и значительно более дорогие версии релейных установок компенсации реактивной мощности оборудуются импульсно-модуляционными преобразователями (ИМП) и индуктивностью для компенсации мгновенной реактивной мощности.
Релейные (контакторные) установки для коррекции коэффициента мощности с импульсно-модуляционным преобразователем и емкостным (а) и индуктивным (б) накопителями энергии.
Диаграммы напряжений и токов релейной установки коррекции коэффициента мощности компенсатора с ИМП и нагрузкой сложного характера, где:
а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети;
б) напряжение и токи фазы А: линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн и компенсатора IAк.
Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.
Базовую линейку устройств коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения формируют:
- установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров)
- управляемые тиристорными переключателями, со срабатыванием (переключением между ступенями) от 1/2 до 2 циклов колебаний тока/напряжения (от 0,02 с). Тиристорные установки компенсации реактивной мощности обеспечивают переключение конденсаторных батарей в момент равенства напряжений на конденсаторах и в сети во время, достаточное для коммутации с нелинейной нагрузкой, практически не генерировали высших гармоник и впервые были использованы в 50-х годах прошлого века.
Однако установки компенсации реактивной мощности типа TSC так и оставались дискретными по генерации реактивной мощности из-за ступенчатого переключения батарей, оперативность переключения которых обеспечивалась отдельным дорогим тиристором на каждой ступени. Некоторого снижения материалоемкости и цены установок TSC удалось добиться использованием тиристорно-диодных схем, но это привело к увеличению задержки включения/отключения ступеней, а значит и повышению рисков перенапряжения и провалов напряжения в сети.
Бинарные тиристорно-диодные переключатели (сверху) и диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки(снизу), где:
а — d – токи по В1 – В4; е – результирующая кривая тока установки.
Справка: Установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах по факту – компенсирующие устройства прямой компенсации, в которых ступенчатое регулирование осуществляется с помощью включения и отключения батарей конденсаторов (и фильтров высших гармоник) в зависимости от динамики потребности в реактивной мощности энергопотребляющего устройства (нагрузки). Здесь нивелирование переходных процессов при включении/отключении, вызывающих колебания напряжения, достигается включением конденсаторных батарей тиристорными ключами в момент равенства напряжения в сети и на конденсаторах и по величине, и по полярности.
Устройства TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) прямой компенсации: а – схема; б – принцип работы, где 1-5 – ступени компенсации.
- управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах для управления переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов. Это устройства компенсации реактивной мощности с динамическим (плавным) регулированием индуктивного элемента (реактора) и нерегулируемой (TCR) или регулируемой (TSC-TCR) части – блока конденсаторных батарей (или фильтров высших гармоник). Индуктивность (реактор) в топологии устройства используется для демпфирования излишков генерируемой конденсаторами реактивной мощности, попадающих в сеть при переключении ступеней конденсаторных батарей. Регулируемые с применением управляемых вентилей конденсаторные батареи (TSC-TCR) в определенной степени решают проблему дискретности по генерации реактивной мощности
Справка: По факту управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки TSC-TCR — статические компенсирующие устройства косвенной компенсации с применением управляемых вентилей (тиристоров), где нивелирование перепадов сетевого напряжения достигается за счет потребления генерируемой конденсаторами реактивной мощности управляемым реактором тогда, когда она не востребована нелинейной нагрузкой (и наоборот), причем регулирование и быстродействие устройства должно обеспечивать баланс наброса и сброса реактивной мощности в соответствии с потребностью нагрузки.
Рис. Компенсация реактивной мощности устройством косвенной компенсации TSC-TCR, где: а – схема; б – принцип действия устройства косвенной компенсации реактивной мощности.
Регулирование тока в реакторе, как правило, осуществляется посредством встречно-параллельно включенных тиристоров (время задержки 0.01 с), но ряд зарубежных компаний поставляет устройства с управляемым насыщающимся реактором (время задержки 0.06 с).
- установки синхронной компенсации реактивной мощности — синхронные двигатели разных типов и специальной конструкции, которые при работе на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерируют реактивную мощность. Для устройств синхронной компенсации характерно меньшее быстродействие в сравнении со статическими устройствами компенсации, отсутствие возможности управления по фазам, а также интеграции с FACTS.
Сравнение возможностей быстродействующих синхронных компенсаторов и статических устройств компенсации реактивной мощности с применением управляемых вентилей.
| Параметры сравнения | Специальный быстродействующий синхронный компенсатор | Статические тиристорные компенсирующие устройства | |
|---|---|---|---|
| прямой компенсации | косвенной компенсации | ||
| Скорость регулирования, с | Более 0,06 | Менее 0,02 | Менее 0,01 |
| Регулирование | Плавное | Ступенчатое | Плавное |
| Строительная часть | Массивные фундаменты | Фундаменты не требуются, большая гибкость монтажа | |
| Обслуживание | Смазка, охлаждение и т. д. | Обслуживания практически не требуется | |
| Отношение Qуст к Qmax, отн. ед. | 0,5–0,7, имеется возможность перегрузки до 2-х кратной | 1,0; перегрузка не допускается | 2,0; регулируемая индуктивная часть 1,0; емкостная нерегулируемая часть 1,0 |
| Работа на несимметричную нагрузку | Показное управление практически невозможно | Осуществляется пофазное управление практически без дополнительных затрат | |
| Потери от номинальной мощности, % | 2,5 – 4,0 | 0,5 – 1,0 | 1,0 – 2,0 |
| Искажение питающего напряжения | Нет | Нет | Управляемый тиристорами реактор является источником высших гармоник |
НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?
Устройства компенсации реактивной мощности: основные компоненты
Электроустановки параллельно требуемой мощности, расходуют ещё и реактивную, что потребляется при образовании электромагнитных полей. Данный тип мощности не нужен потребителю. Реактивная мощность помимо того, что снижает качество электроэнергии, ещё и провоцирует потерю мощности, перегрев электропроводки. Потому компенсация реактивной мощности требуется для нормальной работы электроприборов.
Компоненты для устройств
Источник мощности:
- Конденсатор — ставят, когда имеется индуктивная мощность.
- Реактор — ставят, когда мощность ёмкостная.
Регуляторы – измеряют и поддерживают уровень ФИ на установленном значении. Работа поддерживается без участия человека. Обеспечивает отключение при аварии.
Устройство коммутации, подключает и отключает мощность от источника в требуемом объеме, и зависит от команд с регулятора.
Существуют следующие приборы:
- Электромагнитный контактор — выдаёт статический уровень компенсации.
- Тирикон — динамический уровень компенсации.
- Тиристорный контактор — динамический уровень компенсации.
- Вакуумный контактор — напряжение более 1кВ
- Прибор, который может обеспечить выключение всех или часть конденсаторов.
Установка компенсации имеют ряд преимуществ:
- Уменьшаются потери электроэнергии.
- Легка в монтаже и работе.
- Можно подключать в любом месте электросети.
- Можно компенсировать любую реактивную мощность.
- Полная окупаемость за год.
Конденсатор решает следующие проблемы:
- Снижение оплаты за потребляемую реактивную мощность.
- Снижается активная мощность.
- Даёт возможность подавать электроэнергию на кабель с малым диаметром.
- Предотвратить просадку тока по линии электропитания удалённых пользователей.
- Поможет когда запуск и работоспособность электродвигателя трудна.
- Продлевает срок работы электроприборов и коммутационного оборудования.
В каких местах требуется
Компенсировать реактивную мощность требуется потребителям, у которых низкий косинус ФИ. Это касается потребителей с большим количеством рабочих двигателей и подъёмников. Это тоже касается электропечей и различных обогревательных приборов.
Для избегания потери в сети на производственных предприятиях, жилых объектах с большим количеством потребителей, установка регулятора активной мощности – обязательна. Это связано с тем, что производственные объекты потребляют доступное количество энергии. Тем самым, компенсация реактивной мощности может уберечь предприятие от штрафных санкций, так как это приводит к снижению качества электроэнергии, за это предусмотрен штраф.
Динамические устройства компенсации реактивной мощности и гармоник
В настоящее время для компенсации реактивной мощности и высших гармоник тока в сетях 6 -10 кВ 50 Гц, которые питают мощные тиристорные электроприводы шахтных подъемных машин, прокатных станов и другие нелинейные нагрузки с переменным потреблением реактивной мощности, широко используются фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) с резонансными LC фильтрами высших гармоник и тиристорно-реакторным декомпенсатором реактивной мощности. Структурная схема такого ФКУ в сети, питающей электропривод постоянного тока (ПТ), например, шахтной подъемной машины (ШПМ) с 12-ти пульсным тиристорным преобразователем частоты (ТПЧ), показана на рисунке 1.
Рисунок 1. ФКУ с резонансными LC фильтрами и ТРД в электроприводе ПТ ШПМ
В электроприводе постоянного тока ШПМ с идеальным 12-ти пульсным тиристорным преобразователем в питающую сеть генерируются наиболее заметные 11-я и 13-я гармоники тока. За счет неидеальности управления ТПЧ и при работе тиристорно-реакторного декомпенсатора (ТРД) в сеть также генерируются заметные 5-я и 7-я гармоники тока. Таким образом в тиристорном электроприводе ШПМ необходимо подавлять резонансными LC фильтрами не менее четырех нечетных высших гармоник с 5-ой по 13-ю.
Потребляемая из сети тиристорным преобразователем реактивная мощность при работе ШПМ имеет импульсный характер изменения: в начале разгона ДПТ ориентировочно составляет величину, близкую к удвоенной номинальной мощности электродвигателя, затем спадает до 0,6-0,8 номинальной при номинальной скорости и спадает почти до нуля при торможении ДПТ.
Для полной динамической компенсации реактивной мощности в сети на частоте 50 Гц в электроприводе ПТ ШПМ суммарная реактивная мощность конденсаторов резонансных LC фильтров выбирается равной максимальной реактивной мощности. Такой же величины выбирается реактивная мощность реакторов ТРД. Компенсация реактивной мощности в сети обеспечивается регулированием потребления реактивной мощности с помощью тиристоров ТРД.
ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и предлагает к поставке более современный вариант динамического фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) с резонансными LC фильтрами (для подавления высших гармоник тока в сети) и устройствами компенсации реактивной мощности (УКРМ) на базе высоковольтных многоуровневых инверторов напряжения на IGBT транзисторах. Динамические УКРМ разработаны на базе высоковольтных ПЧ типа «ЭРАТОН-В», которые изготавливаются ЗАО «ЭРАСИБ» по техническим условиям ИКПН3.211.25ТУ.
На рисунке 2 показана структурная схема ФКУ разработки и производства ЗАО «ЭРАСИБ» с резонансными LC фильтрами для подавления шести высших гармоник тока (5, 7, 11, 13, 23, 25) и быстродействующего УКРМ на базе высоковольтного ПЧ типа «ЭРАТОН-В». ФКУ с такой структурой разработано и изготовлено по заданию ПАО «УЗТМ» (г. Екатеринбург) для двух тиристорных электроприводов постоянного тока мощностью 1000 кВт и 3000 кВт, которые разработаны и изготовлены также ЗАО «ЭРАСИБ» для двух шахтных подъемных машин в АО «Сибирь-Полиметаллы» (г. Рубцовск). Перечень подавляемых высших гармоник и состав LC фильтров определялся Техническим заданием ПАО «УЗТМ».
Рисунок 2. ФКУ с УКРМ «ЭРАТОН-В» от ЗАО «ЭРАСИБ» в электроприводе ПТ ШПМ
Быстродействующее УКРМ на базе высоковольтного ПЧ типа «ЭРАТОН-В» представляет собой многоуровневый инвертор напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией, который содержит в каждой фазе ряд последовательно соединенных транзисторных Н-мостов с конденсаторами, суммарная реактивная мощность которых определяет величину регулируемой реактивной мощности. На входе каждой фазы УКРМ установлен силовой фильтр (СФ) для подавления несущей высокой частоты, на которой работают транзисторы в Н-мостах. Для управления «ЭРАТОН-В» используется цифровая система регулирования.
УКРМ «ЭРАТОН-В» может как потреблять реактивную мощность из сети, так и генерировать в сеть реактивную мощность. С учетом этого свойства УКРМ «ЭРАТОН-В» суммарная реактивная мощность конденсаторов резонансных LC фильтров выбирается равной только половине максимальной реактивной мощности нелинейной нагрузки, которую необходимо компенсировать. Недостающую половину максимальной реактивной мощности нелинейной нагрузки компенсирует УКРМ «ЭРАТОН-В». Таким образом, конденсаторы LC фильтров и УКРМ «ЭРАТОН-В» отдельно рассчитываются только на половину максимальной реактивной мощности нелинейной нагрузки. Также УКРМ «ЭРАТОН-В» в отличие от ТРД (рисунок 1) не «засоряет» сеть высшими гармониками тока, а наоборот участвует в подавлении относительно низкочастотных гармоник, которые могут генерироваться нелинейной нагрузкой.
На рисунке 3 показан внешний вид динамического УКРМ типа «ЭРАТОН-В» для компенсации реактивной мощности в электроприводе постоянного тока ШПМ мощностью 3000 кВт, который изготовлен ЗАО «ЭРАСИБ» для АО «Сибирь-Полиметаллы».
На рисунке 4 показан внешний вид шкафов с LC фильтрами высших гармоник для электропривода ПТ ШПМ мощностью 3000 кВт в АО «Сибирь-Полиметаллы».
Рисунок 3. Динамическое УКРМ типа «ЭРАТОН-В» для электропривода ПТ ШПМ 3000 кВт
Рисунок 4. Шкафы с LC фильтрами высших гармоник (ФКУ для АО «Сибирь-Полиметаллы»)
ЗАО «ЭРАСИБ» проектирует ФКУ с динамическим УКРМ «ЭРАТОН-В» и LC фильтрами высших гармоник индивидуально для каждого конкретного случая их применения, что обеспечивает достижение наилучшей фильтрации высших гармоник и быстродействующей компенсации реактивной мощности с минимизацией затрат на оборудование.
Для заказа устройства компенсации реактивной мощности и гармоник обратитесь к нашим специалистам по телефону (383) 383 07 96 либо по электронной почте [email protected] и Вы получите предложение с учетом специфики вашего предприятия и с учетом расходов на доставку, проектные работы, шефмонтаж и пуско-наладочные работы.
Устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ)
Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) предназначены для повышения коэффициента мощности cosφ электроустановок и его автоматического поддержания на требуемом уровне (не ниже 0,9).
Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) предназначены для повышения коэффициента мощности cosφ электроустановок и его автоматического поддержания на требуемом уровне (не ниже 0,9). Они получили широкое распространение на промышленных предприятиях благодаря преимуществам перед синхронными двигателями и компенсаторами.
Назначение и принцип действия
Чтобы понять принцип действия УКРМ, рассмотрим электрическую цепь с комбинированным сопротивлением: активным (лампы накаливания, электронагреватели) и индуктивным (асинхронные машины, распределительные трансформаторы, люминесцентные лампы, сварочное оборудование).
Активная нагрузка преобразует электрическую энергию в другие виды: механическую, тепловую, световую и др. Индуктивные приемники потребляют и вырабатывают реактивную электроэнергию, которая не связана с выполнением полезной работы, но необходима для создания электромагнитного поля (без него невозможно функционирование трансформаторов и двигателей).
Из-за потребителей с индуктивным характером возрастает полная мощность, что требует увеличения мощности генераторов, трансформаторов, сечения проводников. Также есть и другие негативные факторы:
-
падение напряжения,
-
рост активных потерь.
Чтобы избежать этих отрицательных явлений, применяют УКРМ, основными элементами которых являются конденсаторы. Они также производят реактивную мощность, но с противоположным знаком. В результате происходит компенсация.
Особенности применения УКРМ
Современные конденсаторные установки обеспечивают автоматическое регулирование мощности по одному или нескольким показателям:
-
суточному графику нагрузки,
-
величине и знаку реактивной мощности,
-
уровню напряжения.
Для компенсации реактивной мощности в сетях, от которых питаются приемники с резкопеременной нагрузкой (цеха с большим количеством подъемно-транспортных механизмов, прессов, штамповочных установок, сварочных аппаратов и пр.), все чаще применяют тиристорные конденсаторные установки.
В отличие от аналогов с контакторами, варианты с тиристорами способны выполнять компенсацию в короткие сроки, так как для них отсутствует необходимость в выдержке времени для разрядки конденсаторов. На такие УКРМ цена немного выше.
Установки компенсации реактивной мощности серии УКРМ-МЭТЗ-10
Установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) серии УКРМ-МЭТЗ-10 предназначены для повышения значения коэффициента мощности в электрических распределительных сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц на номинальное напряжение 6(10) кВ.
Установки компенсации реактивной мощности серии УКРМ-МЭТЗ-10 обладают следующими преимуществами:
- Высокая надежность;
- Длительный срок службы
- Относительно малые размеры и масса;
- Стойкость к воздействиям окружающей среды.
УКРМ-МЭТЗ-10 состоит из отдельных шкафов с коммутационными аппаратами и другой высоковольтной комплектующей аппаратурой, с приборами измерения, устройствами автоматики и защиты, а также аппаратурой управления, сигнализации и другими вспомогательными устройствами.
Шкаф УКРМ-МЭТЗ-10 представляет собой металлоконструкцию, изготовленную из высококачественной оцинкованной стали, детали которой изготовлены на высокоточном оборудовании методом холодной штамповки. Соединения выполнены на усиленных стальных вытяжных заклепках и резьбовых соединениях. Наружные элементы конструкции – двери фасада, боковые панели крайних в ряду шкафов и т.д. окрашены методом порошкового напыления (цвет RAL 9016).
Установка компенсации реактивной мощности УКРМ-МЭТЗ-10 состоит из шкафа ввода и шкафов фиксированной и регулируемой ступени, количество которых зависит от мощности установки.
Цепи напряжения и тока для устройства управления компенсацией могут использоваться как с РУ 6 … 10кВ, так и от измерительных трансформаторов высокой стороны, например, 35 и 110 кВ.
Шкаф ввода УКРМ-МЭТЗ может быть выполнен с глухим присоединением кабеля, с разъединителем, с вакуумным выключателем, либо по индивидуальным требованиям заказчика. При выполнении ячейки с глухим присоединением или разъединителем все команды на отключение УКРМ-МЭТЗ-10 воздействуют на питающую ячейку в РУ 6 … 10кВ.
В части воздействия факторов внешней среды шкафы УКРМ-МЭТЗ-10 соответствуют климатическому исполнению У3 по ГОСТ 15150-69 и по ГОСТ 15543.1-89, при этом рабочий диапазон температуры окружающего воздуха от минус 25 °С до плюс 40 °С. УКРМ-МЭТЗ климатического исполнения У1 поставляется в блочно-модульном здании.
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 – IP31, IP54*.
Номинальные значения климатических факторов:
- Высота над уровнем моря не более 1000 м.
- При температуре -25°С и ниже необходимо осуществлять подогрев помещения, в котором находится установка компенсации реактивной мощности. Для обеспечения нормальной работы аппаратуры в релейном шкафу может быть предусмотрен обогрев.
- Окружающая среда невзрывоопасная; не содержащая газов, насыщенных токопроводящей пылью; паров и химических отложений, вредных для изоляции токоведущих частей, которые бы ухудшали параметры шкафов УКРМ в недопустимых пределах (атмосфера II по ГОСТ 15150-69).
- В части воздействия механических факторов внешней среды шкафы УКРМ соответствуют группе М39 по ГОСТ 17516.1-90.
- Шкафы УКРМ сейсмостойки для видов климатического исполнения У3 ГОСТ 15150-69, при воздействии землетрясений интенсивностью 7 баллов по MSK-64 при уровне установки над нулевой отметкой до 29 м и соответствуют требованиям НП-031-01 «Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций» для категории сейсмостойкости II.
- Уровень изоляции УКРМ соответствует требованиям ГОСТ 1516.3-96.
Низковольтные установки компенсации реактивной мощности
Низковольтные конденсаторные автоматические установки компенсации реактивной мощности с пошаговым (ступенчатым) регулированием реактивной мощности выпускаются по ТУ 3430-002-52159081-2005 и предназначены для повышения коэффициента мощности в автоматическом режиме работы при подключении к питающей сети на трансформаторной подстанции или непосредственно у потребителя.
Каждая КРМ комплектуется регулятором (контроллером), подключенным к компенсируемой сети и отслеживающим изменение потребления нагрузкой реактивной мощности, который подключает требуемое количество конденсаторных батарей для набора необходимой мощности компенсации.
Безопасность эксплуатации КРМ производства АО «Электронмаш» обеспечивается наличием автоматического выключателя для защиты шкафа КРМ, размыкателей с плавкими предохранителями для модуля каждой ступени КРМ, устройств разряда и защиты конденсаторов. Для КРМ при необходимости может быть предусмотрена установка принудительной вентиляции и устройства подогрева воздуха внутри шкафа.
КРМ номинальной мощностью от 5 до 100 кВар (включительно) на номинальное напряжение 0,4; и 0,69кВ выполняются в навесном исполнении. КРМ номинальной мощностью от 100 до 2000 кВар на номинальное напряжение 0,4 и 0,69кВ, выполняются в напольном исполнении. КРМ более 250 кВар для шкафов одностороннего обслуживания и более 600кВар для шкафов двухстороннего обслуживания комплектуются за счет последовательного соединения шкафов.
Конденсаторная установка может быть изготовлена как в составе щита НКУ, и как отдельностоящая. Кабельный ввод возможен как сверху, так и снизу шкафа. Шаг (точность) ступени регулирования укаывается под конкретный заказ. Есть возможность изготовить конденсаторные установки с шагом регулирования 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 40; 50 кВар. По запросу Заказчика шаг ступеней регулирования КРМ может быть изменен кратно номинальным мощностям стандартного ряда конденсаторов для компенсации реактивной мощности.
При необходимости, КРМ может быть поставлена в отдельном блочно-модульном здании.
Скачать опросный лист
Технические характеристики низковольтных КРМ
Параметр | Значение |
Номинальная мощность | 50-2000кВар |
Шаг регулирования мощности | 5-50кВар |
Номинальное напряжение сети | 0,4; 0,69кВ |
Частота | 50Гц |
Поддерживаемый cos(ф) | 0,8-0,99 |
Максимальная перегрузка по напряжению | 1,1 Uном |
Максимальная перегрузка по току | 1,3 Iном |
Температура окружающего воздуха | от минус 10 до плюс 25°С |
Расположение отсека сборных шин | сверху/ сзади |
Обслуживание | односторонее/двухсторонее |
Степень защиты шкафа КРМ | IP31, IP54 |
Стойкость к воздействию механических факторов по ГОСТ 17516.1 | M39 |
Высота установки над уровнем моря | не более 2000 м |
Варианты исполнения | бездроссельные/дроссельные I -5,67% (210Гц), II -7% (189Гц), III -14% (135Гц) |
| с/без блока с разъединителем/авт. выключателем для отключения распределительной шины от сборной шины |
| в составе щита НКУ/отдельностоящие |
Компенсация реактивной мощности
Зачем нужна компенсация реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности на предприятии позволяет существенно сократить расход электроэнергии, снизить нагрузку на кабельные сети и трансформаторы, продлив тем самым их ресурс.
Установка оборудования компенсации реактивной мощности позволяет сократить расход электроэнергии примерно на 10-20%, а при низких значениях cos φ (0,5 и менее) потребность в электроэнергии может сократиться более чем на 30%.
Внедрение систем компенсации реактивной мощности актуально практически на любом предприятии. На крупных промышленных предприятиях потребителями реактивной мощности в основном являются недогруженные асинхронные двигатели. Такие двигатели входят состав станков, подъемно-транспортного оборудования, основного технологического оборудования предприятий химической промышленности, нефтепеработки и т.д. На небольших предприятиях, в офисных зданиях и торговых центрах реактивная мощность может генерироваться нелинейной нагрузкой, системами приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования, электроприводами насосов систем водоснабжения и теплоснабжения, источниками освещения с люминесцентными лампами.
Какие решения мы предлагаем
Наша Компания производит все типы оборудования для компенсации реактивной мощности: низковольтные и высоковольтные конденсаторные установки, батареи статических конденсаторов (БСК), фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).
Мы можем предложить как типовые решения, так и спроектировать, изготовить и внедрить на предприятии Заказчика уникальную систему компенсации реактивной мощности, учитывающую специфику конкретного предприятия.
В зависимости от потребности Заказчика установки могут изготавливаться как для внутренней, так и для уличной установки. Кроме этого возможен монтаж установок внутри утепленного блок-контейнера.
Для предприятий с резкопеременной нагрузкой (предприятия с большим количеством подъемно-транспортного оборудования, мощного сварочного оборудования и т.д.) мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней конденсаторов с задержкой не более 20 мс.
Для выработки оптимального технического решения мы предлагаем выездные замеры параметров качества электроэнергии в сети предприятия. При необходимости наши инженеры выполнят шефмонтаж оборудования, а также любое гарантийное и послегарантийное обслуживание и ремонт.
Как правильно выбрать оборудование для компенсации реактивной мощности
Компания Матик-электро занимается производством и внедрением систем компенсации реактивной мощности уже более 10 лет. На протяжении всех этих лет мы не только выпускаем оборудование, но проводим научные и исследовательские работы, целью которых является повышение качества нашей продукции.
Имея большой опыт внедрения и обслуживания систем компенсации реактивной мощности мы знаем, что в основном отказы оборудования компенсации реактивной мощности связаны с выходом из строя силовых конденсаторов. Чаще всего конденсаторы выходят из строя по двум причинам: из-за перегрузки (превышения номинальных значений тока и напряжения) и из-за наличия в сети больших гармонических искажений (свыше 2%). Большие перенапряжения и просадки, наличие больших гармонических искажений встречается на большинстве предприятий. Такая ситуация обусловлена действующим в настоящее время устаревшим ГОСТ-13109. Например, данный ГОСТ допускает наличие гармонических искажений до 12%.
Для обеспечения длительной безаварийной работы при наличии перегрузок мы используем только качественные конденсаторы от проверенных производителей. Эти конденсаторы обладают повышенной надежностью и большей перегрузочной способностью, чем дешевые аналоги. Кроме этого применяем конденсаторы и другие комплектующие в полном соответствии с техническими условиями на них и не используем технологические запасы этих комплектующих, как часто для снижения себестоимости делают другие поставщики аналогичной продукции.
В случае присутствия в сети больших гармонических искажений мы предлагаем конденсаторные установки с фильтрами гармоник. Только применение установок с фильтрами гармоник гарантирует длительную бесперебойную работу оборудования. Силовые конденсаторы, не защищенные фильтрами, в сетях с гармониками подвергаются сильному перегреву и быстро выходят из строя
Для правильного определения параметров устанавливаемого оборудования компенсации реактивной мощности мы предлагаем выездные измерения параметров качества электроэнергии. Только имея данные замеров можно определить необходимость применения конденсаторных установок с фильтрами гармоник и правильно рассчитать параметры самих фильтров. Замеры выполняются нашими квалифицированными инженерами с применением высокоточных японских анализаторов качества электроэнергии HIOKI.
Наша компания производит регулируемые и нерегулируемые установки компенсации реактивной мощности на напряжение от 0,4 до 35 кВ. В наших установках мы используем только высококачественные комплектующие ведущих мировых производителей. Для компенсации реактивной мощности при резкопеременных нагрузках мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней менее чем за 20 мс. При необходимости конденсаторные установки могут изготавливаться с фильтрами, обеспечивающими защиту силовых конденсаторов от гармоник в электросети. Такие установки целесообразно применять на предприятиях имеющих тиристорные преобразователи, частотные преобразователи, устройства плавного пуска электродвигателей и т.д.
Батареи статических конденсаторов предназначены для компенсации реактивной мощности (выравнивания cos фи) при постоянной нагрузке. Также применение БСК позволяет повысить напряжение на шинах подстанции на 3-4% и снизить потери в электросети. Батареи статических конденсаторов изготавливаются на напряжение до 220кВ.
— конденсаторы SAMWHA (Корея)
— трансформаторы тока SACI (Испания)
— измерительные приборы и регуляторы реактивной мощности Lovato electric (Италия)
IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте
IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, Октябрь 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своего Система контроля качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8, выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается …
Просмотр Документы
IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
(PDF) Применение устройств компенсации реактивной мощности для повышения эффективности энергосистем большой мощности
86
Настроенное полное сопротивление линии:
1
ZW
Zt
Wkb
= +
Естественная мощность настроенной линии:
2
Un
P
nat
t
W
=
(12)
Как видно из рисунка 2, установка STATCOM
увеличивается на передаваемая мощность по линии.Для расчетов (2-3) и (12) использовалась лицензионная версия MS
Excel. В работе не учитывались переходные процессы и, следовательно,
моделирование не проводилось, в отличие от работ [4],
[5], [15]. Полученные формулы (2-12) не содержат
дифференциальных уравнений, но оценивают влияние управляемых шунтирующих реакторов
и STATCOM на потери активной мощности и пропускную способность линии
.
Рис.2.Эффективность применения СТАТКОМ
Научная новизна работы заключается в использовании устройств
для снижения потерь активной мощности и увеличения пропускной способности. Для
оценки эффективности применения устройств компенсации управляемой реактивной мощности
были выведены формулы для
определения коэффициента активных потерь и пропускной способности линии с настраиваемой мощностью
. Для проведения сравнительного анализа эффективности управляемых компенсирующих устройств
были рассчитаны потери активной мощности
для ЛЭП сверхвысокого напряжения.В работе
сравнивается шунтирующий реактор, управляемый шунтирующим реактором
и STATCOM (считается индуктивным и емкостным режимом
).
IV. ВЫВОДЫ
Тенденции развития современных систем большой мощности
в мире указывают на растущую роль концепции Smart
Grid как необходимого компонента обеспечения эффективной работы интегрированных энергосистем
. Управляемые шунтирующие реакторы
являются техническим средством повышения КПД
Единой энергосистемы Украины на
увеличения пропускной способности линий электропередачи сверхвысокого напряжения
.Более полное использование пропускной способности
существующих электрических сетей, включая отдельные
межсоединений и межгосударственных, может обеспечить:
• передачу дополнительной электроэнергии из избыточной энергии
систем с более низкими тарифами в дефиците с вытеснением
менее экономичным источники энергии;
• увеличение выработки активной мощности электростанций на
увеличение предельно допустимых перетоков мощности.
Также использование FACTS позволит учесть перенос сроков ввода
генерирующих мощностей
и строительство новых линий высоковольтной передачи
с целью увеличения пропускной способности электрических сетей
, а также в некоторых случаях отмена этих мер
.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Парус Ю.В., Блинов И.В., Бец О.Ю. Расположение индикаторов неисправности и выбор количества
на линии распределения как задача комбинаторной оптимизации
// Техническая электродинамика, 2016, № 5, с. 58 — 60.
[2] И.В. Блинов, Ю.В.Парус. Подход к ценообразованию реактивной мощности для вспомогательной услуги по контролю напряжения
в Украине // 2014 IEEE International
Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS).
[3] Б.С. Стогний, О.В. Кириленко, С.П. Денисюк Интеллектуальные электрические сети
электроэнергетических систем и их технологическое обеспечение // Техника
Электродинамика, 2010, № 6, с. 44-51.
[4] Кучанский В.В., Мера предотвращения резонансных перенапряжений в
ЛЭП сверхвысокого напряжения // 2017 IEEE First Ukraine
Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON) —
p.436-441. DOI: 10.1109 / UKRCON.2017.8100529
[5] В.В. Кучанский Применение управляемых шунтирующих реакторов для подавления аномальных резонансных перенапряжений
в асимметричных режимах //
2019 6-я Международная конференция IEEE по энергоэффективным системам
(ESS) — с.122-125.
[6] О. Буткевич, О. Чиженко, О. Попович, И. Трач и И. Головань, «Исследование переходных режимов электрической сети
с мощной электромеханической нагрузкой
и ФАКТЫ», 2019 IEEE 6-я Международная конференция
по энергоэффективным системам (ESS), Киев, Украина, 2019, стр.
261-266.
[7] IEC TR 63097: 2017 Дорожная карта стандартизации интеллектуальных сетей, 2017-11-14,
315 с.
[8] В.Н. Сулейманов, Т. Кацадзе Электрические сети и системы — К .:
НТУУ «КПИ», 2007. — 504 с.
[9] С. Гу, Дж. Данг, М. Тянь, Б. Чжан. Рассмотрена степень компенсации управляемого шунтирующего реактора
в ЛЭП сверхвысокого / сверхвысокого напряжения с последовательным конденсатором
. Труды Международной конференции по мехатронике, контролю и электронике
(MCE 2014),
Шэньян, Китай, 29-31 августа 2014 г., стр.65–68.
[10] В. Миланович и Я. Чжан, «Глобальная минимизация финансовых потерь
из-за просадок напряжения с помощью устройств, основанных на FACTS», в IEEE Transactions
on Power Delivery, vol. 25, нет. 1. pp. 298-306, Jan. 2010.
[11] B.S. Джоши, О.П. Махела, С.Р. Ола, «Управление потоком реактивной мощности с использованием статического компенсатора VAR
для повышения стабильности напряжения в системе передачи
», Международная конференция IEEE по Recnt Advances и
Innovations in Engineering, декабрь 2016 г.
[12] Р. Чандрасекар; Д. Чаттерджи; Т.Бхаттарчарья. Гибридная топология FACTS
для поддержки реактивной мощности при передаче высокого напряжения
СистемыIECON 2018 — 44-я ежегодная конференция Общества электроники IEEE Industrial
21-23 октября 2018 г. в историческом отеле Omni Shoreham
, Вашингтон, округ Колумбия, США , 2018 с. 65-70.
[13] Т. Фуджи, К. Темма, Н. Моришима, Т. Акедани, Т. Шимоносоно и Х.
Харада, «450MVA GCT-STATCOM для повышения стабильности и
для подавления перенапряжения», 2010 г. Международная конференция по силовой электронике
— ECCE ASIA -, Саппоро, 2010 г., стр.1766–1772
[14] Линь Чжоу; Цян И; Мэй Цинь; Луовей Чжоу; Сяоцзюнь Чжоу; Илинь Е.
Использование нового унифицированного контроллера потока мощности для реализации двух фаз
, работающих в системе передачи сверхвысокого напряжения: Материалы.
Международная конференция по технологиям энергосистем 13-17 октября 2002 г.
стр. 1913-1917.
[15] Ю. Тугай, «Резонансные перенапряжения в сети сверхвысокого напряжения», Труды
IEEE Sponsored Conference EPQU’09 — International Conference on
Quality and Utilization, pp.14-18, 15-17 сентября,
2009.
Разрешенное лицензионное использование ограничено: Университет Западной Богемии в Пльзене. Загружено 07 августа 2020 года в 19:46:17 UTC с IEEE Xplore. Ограничения применяются.
Компенсация шунта — обзор
4.6 Экспериментальный прототип APF
Экспериментальная платформа была настроена для выполнения проверки предложений и проверки поведения стратегий управления. Параллельная компенсация была применена к несимметричной и нелинейной нагрузке, питаемой несимметричным набором напряжений.На рисунке 4.38 показана схема питания на фазу шунтирующего APF с соответствующими согласующими трансформаторами и пассивными элементами для фильтрации высокочастотных компонентов.
Рисунок 4.38. Схема компенсационного опытного образца с шунтирующим АПФ.
Шунтирующий трехфазный преобразователь IGBT (Semikron SKM50GB123D) был выбран для практической реализации. Преобразователь содержит общую линию постоянного тока, состоящую из двух электролитических конденсаторов, C dc + и C dc — каждый по 2200 мкФ, 400 В [4,5].Средняя точка звена постоянного тока соединена с нейтральным проводом трехфазной линии. Коэффициент трансформации согласующего трансформатора T P составляет 1: 2 для достижения разумных значений напряжения в звене постоянного тока по отношению к выходному напряжению шунтирующего преобразователя. Фильтрующая индуктивность L P составляет 50 мГн, а значения конденсатора параллельной фильтрации C P и сопротивления R P составляют 1 мкФ и 22 Ом соответственно.
Управление переключением активных преобразователей и расчет опорных значений компенсации выполняются с помощью системы сбора данных и управления (dSPACE-DS1103) [20]. Время выборки главного процессора было установлено на 50 мкс в случае шунтовой компенсации. Подробная информация представлена в Приложении II. Целевыми эталонами для компенсации являются основные составляющие прямой последовательности напряжений нагрузки v L , чтобы достичь наименьшего дисбаланса и гармонических составляющих в компенсированной системе.В этом случае, когда выполняется параллельная компенсация, эталон для компенсирующего тока i C равен:
(4.65) iC * = iL − iS *
, где iS * — это набор уравновешенных токов в фазе с основной составляющей прямой последовательности напряжения нагрузки, которая передает среднюю активную мощность нагрузки и потери кондиционера (4.41). Таким образом компенсируются несимметричные и гармонические составляющие тока нагрузки.
Компенсирующий ток шунтирующих преобразователей создается с периодическим контролем выборки PS на частоте 20 кГц во внешней цепи с использованием отклонения компенсирующего тока i C относительно эталонного iC *. С другой стороны, независимая система измерения [9] для расчета различных значений напряжения, тока и мощности реализована в другой карте сбора данных (dSPACE-DS1005) с системой преобразования сигнала, состоящей из шести датчиков напряжения (LEM-LV25 -P) и восемь датчиков тока (LEM LA35-NP).Эти сигналы принимаются одновременно, чтобы избежать разницы фаз между измерениями, чтобы повысить точность расчетных результатов. Конфигурация виртуального прибора была выполнена в соответствии с рекомендациями EN 61000-4-7 и EN 61000-4-30 [21,22], с использованием окна, равного десяти циклам основной составляющей, и частоты дискретизации 6400 Гц, чтобы избежать проблемы с алиасингом и ошибками утечки.
Наконец, нагрузка состоит из трех различных однофазных нагрузок.В фазе 1 это однофазный диодный выпрямитель с емким конденсатором и резистивной нагрузкой на стороне постоянного тока и сглаживающим реактором на стороне переменного тока. Для фазы 2 это однофазный диодный выпрямитель с последовательной нагрузкой RL на стороне постоянного тока. И ответвление резистивной нагрузки находится в фазе 3. Эта нагрузка питается через регулируемый автотрансформатор с несимметричным набором напряжений (214 198 225 В), состоящим из номинального действующего значения 230 В с небольшими искажениями, аналогичными имеющимся в сети питания. лаборатории.
На рисунке 4.39 показаны формы сигналов напряжения и тока нагрузки, питаемой от этого источника питания, а также соответствующие значения на стороне питания во время компенсации. Питающие токи i Sabcn практически сбалансированы, синусоидальны и находятся в фазе с основной составляющей прямой последовательности напряжения питания, несмотря на его искажения и несимметрию.
Рисунок 4.39. Результаты экспериментов для осциллограмм напряжения и тока на стороне питания и нагрузки для компенсированной системы со стратегией синусоидального и сбалансированного тока.
На рисунке 4.40 показаны гармонические спектры форм сигналов напряжения и тока одной фазы после компенсации. Компенсация шунта ослабляет гармоники тока, но не подавляет гармоники напряжения. Спектры — это еще один способ визуализации результатов, показанных на рис. 4.39.
Рисунок 4.40. Спектры гармоник для напряжения и тока фазы 1 на стороне питания и нагрузки.
В таблице 4.1 представлены расчеты, полученные с помощью виртуального прибора, соответствующие параметрам и факторам в трех фазах до компенсации в PCC [23]: полное гармоническое искажение напряжения, VTHD; текущий, ITHD; действительная мощность, П, ; полная мощность, S ; коэффициент мощности перемещения, PF1; и коэффициент мощности, PF.В таблице 4.2 представлены те же показатели после компенсации. В главе 2 вы можете найти подробную информацию об этих величинах и индексах.
Таблица 4.1. Измерено по фазам Параметры до компенсации
| Фазы | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | ||
| VTHD | 3.168 | 33,090 | 2,880 | |
| P (Ш) | 417.9 | 427.9 | 607.0 | |
| S (VA) | 536.6 | 475.0 | 607.0 | |
| PF1 | 0.8399 | 9050 9050 9050 9048 9048 90489050 9048 0,9008 | 1,0000 | |
Таблица 4.2. Измерено по фазам Параметры после компенсации
| Фазы | ||||
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | ||
| VTHD | 3.029 | 3,360 | 2,948 | |
| ITHD | 4,792 | 6,322 | 3,880 | |
| P (Вт) | 557,716.6501 9050 9048 9048 9050 9048 | 559,7 | 518,6 | 588,8 |
| PF1 | 0,9981 | 0,9987 | 0,9995 | |
| PF | 0,9964 | 0,9964 | 0,9964 | |
Сравнение таблиц 4.1 и 4.2 показывает значительное снижение гармонических искажений тока, ITHD; указывается через фазы 1 и 2, где расположены нелинейные нагрузки. Потребляемая активная мощность сбалансирована по всем трем фазам. Коэффициенты смещения и коэффициенты мощности каждой фазы близки к единице. В таблице 4.3 представлены результаты общих индексов дисбаланса.
Таблица 4.3. Параметры дисбаланса до и после компенсации
| (%) | До | После |
|---|---|---|
| VUF | 4.677 | 4,752 |
| IUF | 37,950 | 2,077 |
| LU | 38,280 | 5,187 |
, дисбаланс напряжения и дисбаланса тока в таблице 4.3, индекс дисбаланса VUF — это основной коэффициент определяется как,
(4.66) VUF = Vu1V1 +, IUF = Iu1I1 +
Аналогично, в таблице 4.3 приведен индекс дисбаланса нагрузки, LU, как указано в стандарте Std. 1459 [23].
(4.67) LU = SU1S1 +
Результаты подтверждают сильную компенсацию дисбаланса нагрузки после компенсации.
Анализ потерь активной мощности для устройств компенсации реактивной мощности
[1] ЯО Лян-чжу. Обсуждение оптимизации реактивной компенсации для уменьшения потерь в линии [J]. Автоматизация электроэнергетических систем, 2002, 22 (12): 71-73.
[2] Го Жуй, Лю Го-хай. Исследование модели STATCOM и стратегии управления ею [J].Электроэнергетическая автоматика, 2006, 26 (1): 21-24.
[3] ПЕСНЯ Шань, ЧЕН Цзянь-е.Теория и проверка прототипа СТАТКОМа на базе тиристоров [J]. Автоматизация электроэнергетических систем, 2006, 30 (18): 49-54.
[4] ФЭН Ю-ЧЕН, ЧЕН ЧЕН.Сравнение и анализ статического синхронного компенсатора и традиционного статического компенсатора реактивной мощности [J]. Сила Восточного Китая, 2005, 33 (9): 16-19.
[5] ЧЖОУ Цзянь-фэн, ГУ Я-цинь, ВЭЙ Шоу-ци и др.Комплексный сравнительный анализ SVC и STATCOM [J]. Электроэнергетическая автоматика, 2007, 27 (12): 57-61.
[6] Ю Мэн-цзэ, ЧЕН Бай-чао, Тянь Цуй-хуа и др.Компенсатор реактивной мощности статической переменной высокого напряжения с использованием шунтирующего магнитоуправляемого реактора [Дж]. Техника высокого напряжения, 2009, 35 (7): 1770-1773.
[7] Ли Шань-инь, ШИ Цин-синь.Исследование компенсации реактивной мощности для интеграции и эксплуатации крупных ветряных электростанций [J]. Электроэнергетика, 2010, 43 (9): 71-74.
[8] VARMA R K, AUDDY S, SEMSEDINI Y.Смягчение субсинхронного резонанса в ветряной электростанции с последовательной компенсацией с помощью контроллеров FACTS [J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, 23 (3): 1645-1655.
DOI: 10.1109 / tpwrd.2008.9
[9] Сюй Хун-бин.Анализ экономической эксплуатации шунтирующего конденсатора для компенсации реактивной мощности [J]. Конденсатор мощности и компенсация реактивной мощности, 2006, (12): 12-14.
[10] ШИ Хуан, ХУАН Сяо-шэн, ЗЕН Вэнь-цзюнь и др.Устройство динамической компенсации реактивной мощности на основе магнитоуправляемого реактора [Дж]. Электроэнергетика, 2011, 44 (1): 32-36.
[11] КОНГ Бин, Вэй Я, Лю Сянь-лин.Анализ рассеяния электрической энергии параллельного конденсатора на основе гармонической волны [Дж]. Журнал Университета Чжэнчжоу (технические науки), 2003, 24 (3) 98-100.
Оптимальная компенсация реактивной мощности в системах распределения электроэнергии с распределенными ресурсами. Обзор
Реферат
В статье разработан исчерпывающий библиографический пересмотр математических методов, используемых для оптимального выбора и расположения элементов компенсации реактивной мощности , проанализированы результаты, полученные разными авторами для разных целевых функций, и поставлена научная проблема. в конфликте, который электрические переменные показывают при индивидуальном анализе, определяется; тем самым демонстрируя необходимость многокритериального анализа данной проблемы с учетом топологий распределительных сетей с распределенной генерацией и накоплением энергии.Это исследование демонстрирует, что компенсация реактивной мощности в распределительных сетях с распределенными ресурсами представляет собой проблему, которую необходимо анализировать по множеству критериев, которые учитывают необходимость оптимизации нескольких целевых функций; Таким образом, достигается глобальное решение, которое предполагает оптимальное расположение и определение размеров элементов компенсации реактивной мощности, которые способствуют совместному улучшению профилей напряжения, минимизации потерь мощности, подавлению гармоник, увеличению пропускной способности линии, стабильности напряжения и повышению коэффициента мощности, все это с минимальными инвестиционными затратами.Также предлагается теоретическая эвристика для решения описанной проблемы, основанная на методе многокритериальной оптимизации.
Ключевые слова: Энергетика, Электротехника
1. Введение
Основная цель электрических распределительных сетей — транспортировать электроэнергию к конечным потребителям с требуемыми стандартами эффективности, качества и надежности, что требует минимизации потерь энергии и улучшения транспорта процессы [1]. Компенсация реактивной мощности является одним из общепризнанных методов, поскольку она способствует сокращению потерь энергии наряду с другими преимуществами; Такие как коррекция коэффициента мощности, увеличение транспортной и эксплуатационной емкости линий и устройств сети, стабильность напряжения и улучшение профиля напряжения, все они имеют различные эксплуатационные ограничения [2, 3, 4, 5].Надлежащий комплексный контроль потоков реактивной мощности и профиля напряжения в распределительных сетях стал очень серьезной проблемой комплексного решения из-за характеристик распределительных сетей. В этой статье будет разработан современный уровень техники, основанный на большом библиографическом обзоре, чтобы продемонстрировать, что подавляющее большинство авторов, проводивших исследования для решения проблем компенсации реактивной мощности, предложили решения для единственной целевой функции, либо для минимизации потери мощности, чтобы улучшить коэффициент мощности, высвободить емкость в линиях и оборудовании, улучшить профили напряжения, гарантировать стабильность напряжения, уменьшить гармоники, среди прочего [6, 7, 8, 9, 10].Для этого были применены и описаны многие эвристические и метаэвристические методы, которые в основном основаны на исследовательских поисках, направленных на поиск этого типа решения, заключающегося в расположении и определении размеров компенсирующих элементов в распределительной сетке. Цель этого исследования — продемонстрировать необходимость глобального и эффективного реагирования на управление электрическими переменными, на которые влияют потоки реактивной мощности, требуемые нагрузками в электрических распределительных системах с преимущественно индуктивным характером.Также будет подчеркнута важность сосредоточения этого анализа на распределительных сетях с распределенными ресурсами, потому что в ближайшем будущем распределительные сети должны стать самоподдерживающимися сетями с возобновляемой генерацией экологически чистых и негорючих источников. Этот тип топологий микросетей, которые можно изолировать, требует особого анализа компенсации реактивной мощности из-за двунаправленных потоков мощности, которые существуют в этих сетях.
Основная цель этой работы — определить вариацию, которая может иметь компенсационное решение, связанное с оптимальным расположением и определением размеров компенсирующих элементов в распределительной сети с распределенными ресурсами, когда это не анализируется многокритериальным способом.Будет проанализировано, как разные авторы предлагают разные решения в расположении и определении размеров элементов компенсации реактивной мощности для разных целевых функций; эта проблема утверждает, что оптимальное решение для одной целевой функции может конфликтовать с решениями для других целевых функций. Кроме того, анализ реальных микросетей с распределенными ресурсами включает сложность проблемы из-за собственной компенсации генераторов, которые в случае солнечных фотоэлектрических генераторов в большинстве случаев компенсируют только активную мощность, что значительно ухудшает коэффициент мощности сети [11, 12].
Вклад этого исследования связан с выявлением проблемы в решениях, предложенных многими авторами для компенсации реактивной мощности с помощью единственной целевой функции, и с демонстрацией конфликта, который существует между переменными при индивидуальном анализе, что обосновывает необходимость анализа. это явление многокритериальным способом и предлагает оптимальное решение для набора переменных, на которые влияет расположение компенсирующих элементов в распределительных сетях с распределенными ресурсами, что охватывает более реальный сценарий исследования в текущих сетях.Также подробно описывается теоретическое и концептуальное решение и предлагается метод решения о компенсации, основанный на множестве критериев. показано графическое представление предлагаемой научной задачи в топологии сетки с распределенными ресурсами.
Графическое представление научной задачи компенсации реактивной мощности в распределительных сетях.
Работа организована следующим образом: Раздел 2 (Основной текст) объясняет основные характеристики переменных, анализируемых в исследовании, и их влияние на распределительную сетку, обсуждает анализ библиографического обзора и определяет научную проблему.Раздел 2 также показывает математическую модель, предложенную для теоретического решения проблемы, и описывает будущую работу. Наконец, выводы можно найти в разделе 3.
2. Основной текст
2.1. Анализ основных переменных, которые влияют на проблему компенсации реактивной мощности в распределительных сетях
Электрораспределительные сети среднего напряжения отвечают за транспортировку энергии от подстанций субпередачи к распределительным трансформаторам. Эти схемы обладают особыми характеристиками и должны соответствовать ряду технических требований, чтобы поддерживать процессы в эффективных параметрах и обеспечивать высокое качество обслуживания [13, 14, 15, 16, 17].Глобальный анализ эффективности и качества транспортировки электроэнергии в распределительных сетях — это сложный процесс, который зависит от множества критериев, поскольку эти системы представляют разные типы топологий сети, разные конструкции и характеристики конфигурации, множественные соединения, нагрузки разной природы, линии без транспозиций, множество точек соединения или стыков в сосуществовании с флорой и фауной.
2.2. Потери мощности и энергии в распределительных сетях
Потери мощности и энергии в распределительных сетях в основном связаны с преобразованием электрической энергии в тепло в результате циркуляции токов по электрическим проводникам, явление, описываемое как эффект Джоуля [18 ].
Активные потери мощности определяются по формуле:
Где: n — количество узлов в системе, I i — текущее значение на узле i и R i — сопротивление в узле i [18]. Распределительные цепи, несмотря на типичный характер их нагрузок, являются преимущественно индуктивными из-за их коротких расстояний и средних уровней напряжения, преобладающих в конструкции антенн [14].Следовательно, нагрузки, связанные с каждым из распределительных трансформаторов, требуют потребления реактивной мощности, чтобы иметь возможность генерировать индуктивные потоки без создания полезной работы с потреблением энергии этого типа. Эта реактивная мощность в трехфазных системах для данного узла определяется выражением:
Qi = 3 * Vi * Ii * sinØi.
(2)
Где V i e I i — напряжение и ток в узле i , Ø i — угол между напряжением и током на узле и .
В некомпенсированных распределительных системах потоки реактивной мощности потребляются в сети, а реактивные составляющие токов, которые требуют этих индуктивных нагрузок, обычно циркулируют по распределительной цепи, вызывая высокие потери из-за ранее описанного эффекта Джоуля. По этой причине компенсация реактивной мощности при условии правильного выбора и расположения компенсирующих устройств имеет большое значение для минимизации потерь мощности и энергии. Расположение компенсирующих устройств позволяет передавать потоки реактивной мощности в сеть, тем самым предотвращая их передачу по сети с нежелательными значениями в циркулирующих токах [1].
2.3. Корректировка и улучшение коэффициента мощности
Коэффициент мощности в основном определяется как отношение между активной мощностью в (Вт) и полной мощностью, приведенной в (ВА) [19]. Коэффициент мощности можно рассчитать в трехфазной или однофазной системе как:
PF = cosØi = PiSi = PiVi ∗ Ii,
(3)
Где: PF и cos Ø i — признанные базовые символы для обозначения коэффициента мощности [20], P i — активная мощность или активная мощность в узле i , S i — полная мощность в узле i и V i e I i — напряжения и токи в узле i .
Коррекция коэффициента мощности до желаемых значений, близких к 1 (идеальный случай), является улучшением, которое стремятся внедрить все распределительные компании, а также промышленные пользователи, которые не соответствуют минимальным требованиям по эффективному использованию электроэнергии и следовательно, они наказываются [21].
Распределительные сети среднего напряжения (СН) передают энергию к распределительным трансформаторам, которые в большинстве случаев питают преимущественно индуктивные нагрузки; это приводит к значительному ухудшению коэффициента мощности, поэтому необходимо применять меры компенсации реактивной мощности в этих сетях, чтобы снизить потребление реактивной мощности за счет минимизации разницы между активной и полной мощностью для улучшения коэффициента мощности.Повышение коэффициента мощности подразумевает снижение затрат на энергию, высвобождение электрической мощности распределительной системы и улучшение уровней напряжения [22, 23].
2.4. Улучшение профилей напряжения
Обеспечение надежности и стабильности распределительных сетей среднего напряжения является одной из самых больших проблем для энергораспределительных компаний, поскольку энергия должна достигать конечных потребителей со стандартами качества, которые требуют постоянного улучшения для поддержания уровней стабильных напряжений в пределах параметров. регулируется стандартами, установленными в каждой стране для различных уровней напряжения [24].Улучшение профилей напряжения в распределительных сетях с целью повышения стабильности и надежности было достигнуто за счет включения распределенной генерации, изменения TAP трансформатора, регуляторов напряжения, конденсаторных батарей или статических компенсаторов реактивной мощности, SVC по его аббревиатуре на английском языке, среди прочего [15, 24, 25].
Статические компенсаторы реактивной мощности могут поддерживать запрограммированный стабильный уровень напряжения. Если напряжение в подключенном узле высокое, компенсатор работает в индуктивной зоне и потребляет реактивную мощность нагрузки, это может произойти в предрассветные часы, когда потребность нагрузки снижается, и если, наоборот, напряжение в узле низкое (время пикового потребления) [26], компенсатор работает в емкостной зоне и высвобождает реактивную мощность, работая как генератор, и, таким образом, поддерживает стабильность системы распределения.Тот же самый эффект может быть достигнут с использованием регуляторов напряжения или с изменением производных TAP трансформаторов, которые могут регулировать процесс преобразования в различных отношениях преобразования напряжения, либо для уменьшения, либо для увеличения уровней подаваемого напряжения, гарантируя стабильность система [27].
2,5. Подавление гармоник
Среди устройств компенсатора реактивной мощности статической мощности, основанных на силовой электронике, выделяются SVC (описанные ранее), которые содержат ступени емкости параллельно с реактивными сопротивлениями, оба программируемые системой автоматического управления, которая определяет, должен ли SVC вести себя как реактивный генератор и повышать напряжение системы, или вести себя как нагрузка и поглощать реактивную энергию из сети, стабилизируя уровни напряжения до заданных параметров [28, 29, 30].Эти устройства вносят значительную гармоническую составляющую, которую необходимо учитывать при общем анализе проблемы компенсации реактивной мощности, поскольку это переменная, которая конфликтует с целью оптимизации потоков реактивной мощности. Необходимо следить за тем, чтобы пределы суммарных гармонических искажений тока и напряжения не превышали значений, установленных нормами качества энергии [28, 31, 32].
Общий коэффициент гармонических искажений (THD) можно рассчитать, как показано ниже [28, 31, 32].
THD% = 100 ∗ ∑i = 1H (Vi, h) 2Vi, 1,
(4)
Где:
В i , h — соответствующая составляющая напряжения гармонике h в узле i .
В i , 1 Основная составляющая напряжения (1-я гармоника) в узле i .
H — это максимальный порядок гармоник, который необходимо учитывать при расчетах.
2.6. Анализ затрат на устройства компенсации реактивной мощности
Все улучшения, связанные с компенсацией реактивной мощности в распределительных сетях, связаны с инвестициями и затратами на техническое обслуживание, которые необходимо анализировать вместе с выгодами от концепций снижения потерь энергии, обеспечиваемых компенсирующими устройствами; в дополнение к преимуществам качества и надежности, которые также являются качественными целями, которые достигаются при использовании этих устройств.
2.7.Распределительные сети с распределенной генерацией
Распределенная генерация (DG) — это технология, которая обеспечивает добавленную стоимость активной мощности для питания электрических систем. Размещение этого типа технологий обычно осуществляется как можно ближе к конечным пользователям или важным нагрузкам, требующим более высокой степени надежности и большей стабильности подаваемого напряжения. Среди различных типов источников распределенной генерации возобновляемой энергии, наиболее часто используемыми в распределительных сетях являются ветровые и фотоэлектрические, хотя во многих случаях можно указать другие типы источников [2].Эти типы источников ОГ необходимо тщательно оценивать, чтобы определить, в зависимости от топологии и местоположения, наилучшие возможные вместе с другими важными факторами, такими как установленная мощность и их расположение в сети. Последнее имеет жизненно важное значение, поскольку неподходящее расположение может способствовать нежелательной подаче потоков активной и реактивной мощности, которые могут увеличить потери энергии в системе и вызвать перенапряжения в двух рядом с РГ, в дополнение к высоким затратам без достижения предложенных целей. [33, 34, 35].DG предлагает большие преимущества в эффективности, стабильности и надежности распределительных систем, особенно в радиальных сетях, которые перемещаются на большие расстояния, в которых небольшое увеличение допустимой нагрузки может дестабилизировать систему с большими помехами и падениями напряжения. Компенсация с помощью ДГ с оптимальным расположением в этих конечных узлах может устранить эту перегрузку линии, а также восстановить требуемые значения напряжения [25, 36]. Это также помогает предположить увеличение существующей нагрузки в возможных будущих сценариях, даже при расширении распределительной сети, поддерживая стабильные уровни напряжения, потерь и пропускной способности сети.[4]. Благодаря этому мы можем установить ДГ в качестве компенсационного элемента в распределительных системах [17, 27, 28, 29, 30].
2,8. Накопление энергии в распределительных сетях
Одной из самых новых и желаемых целей перехода от традиционных электрических систем к интеллектуальным сетям является внедрение аккумуляторов энергии. Накопление энергии в распределительных сетях вносит значительный вклад в повышение эффективности, качества и надежности этих систем, предлагая высокие преимущества против колебаний и позволяя с большей гибкостью управлять частотой и напряжением в распределительных системах [41, 42, 43].Прямое подключение к сети аккумуляторов энергии является проблемой, которая получает признание в качестве источника распределенной генерации вместе со всеми сложными элементами управления и связи для надлежащего использования этой технологии [44]. В радиальных распределительных сетях с ДГ на конечных узлах часто бывает очень дорого доставлять энергию от системы к источнику питания, поскольку транспортировка этой энергии вызывает значительные потери в джоулях. Поэтому в этих конкретных случаях очень эффективным вариантом является размещение накопителя энергии рядом с ДГ для хранения и повторного использования генерируемой энергии во время нестабильности системы [45].Точно так же существуют системы микросетей с гибридным накоплением энергии, использующие, помимо батарей батарей, конденсаторы, которые позволяют производить загрузку и разгрузку в зависимости от работы сети на активной и реактивной мощности [46].
2.9. Библиографический обзор
Для анализа обработки переменных, участвующих в задаче оптимизации потоков реактивной мощности, проводится исчерпывающий библиографический обзор с учетом многих виртуальных библиотек, в том числе IEEE Xplore, ScienceDirect, Scopus и других.Этот библиографический обзор направлен на сравнение методов интеллектуальной оптимизации, применяемых разными авторами для решения проблем компенсации, и с этим результатом для установления сравнения между различными многокритериальными предложениями в соответствии с рассматриваемыми сценариями распределительной сети и количеством переменных, влияющих на каждую из них. предлагаемые математические модели. Библиографический обзор содержит самые актуальные и новые статьи по тематике, которые упоминаются в следующих источниках:
Проанализированные научные статьи: [6, 7, 10, 23, 27, 29, 30, 37, 38, 39, 40, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98].
показывает подход авторов к решению проблемы компенсации реактивной мощности в распределительных сетях на основе оптимизации потоков реактивной мощности. Видно, что наиболее важной переменной является потеря мощности.
Графическое представление тематических вариантов компенсации реактивной мощности в распределительных сетях.
показывает трактовку авторами различных целевых функций в проблемном подходе.Принимая во внимание библиографический обзор, мы смогли установить эти данные, показывающие процент исследований, которые выполняла каждая из целевых функций, задействованных в компенсации реактивной мощности. Можно видеть, что для предложенных целей наиболее важным параметром в этой задаче было «Регулирование или улучшение профилей напряжения».
Графическое представление постановок задач компенсации реактивной мощности в распределительных сетях.
Случай 1: Оптимальный выбор и расположение конденсаторной батареи для минимизации потерь мощности.
показывает большинство математических приемов, предложенных авторами для решения проблемы компенсации реактивной мощности в распределительных сетях, и процентный анализ использования каждого из этих методов в рассмотренных статьях. Затем можно сделать вывод, что эвристические методы наиболее часто используются для решения этого типа задач высокой сложности, хотя в большинстве статей авторы предлагают эвристические методы, которые опираются на другие математические методы.
Графическое представление математических методов, используемых авторами для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях.
С результатами, полученными в этом библиографическом обзоре, мы смогли определить проблему математической модели, которая предполагает совместный анализ всех переменных, участвующих в задаче оптимизации потоков реактивной мощности. Мы также можем сказать, что большинство предложенных моделей рассматривают сценарии распределения без распределенных ресурсов, что далеко от реальности энергосистем в целом, которые в настоящее время погружены во многие проекты микросетей с включением распределенных ресурсов.
Тенденция новых математических предложений авторов в публикациях от 2016 года заключалась в расширении области исследований в предполагаемых переменных и сценариях, рассматриваемых для поиска оптимального местоположения и определения размеров компенсирующих устройств реактивных элементов в распределительных сетях с распределенные ресурсы. Это демонстрирует важность и интерес к предмету; однако в библиографическом обзоре мы не смогли найти предложения, которое рассматривает оптимизацию потоков реактивной мощности в распределительных сетях с распределенными ресурсами и учитывает все переменные, которые могут быть изменены с помощью потоков реактивной мощности.
Из множества статей мы выбрали 16 статей, которые имеют большее отношение к проблеме, выявленной в этом исследовании. Этот библиографический обзор показан в, указывая статьи с большим приближением к реальной проблеме и которые обновляются при обсуждении этой проблемы.
Таблица 1
| Проанализированные статьи | Обработка целевых функций | DSTATCOM | Тип компенсации | ||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Бумага | Минимальные затраты на оптимизацию | Год публикации | Профиль стабильности и напряженияУлучшение коэффициента мощности. | Снижение гармоник | Конденсаторные батареи | SVC | Накопитель энергии | Распределенная генерация | |||||||||||||||||||||
| 1 | [52] | 2016 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||||||||||||||
| 2 | [67] | 2018 | X | X | X | 3 | [66] | 2018 | X | X | X | X | |||||||||||||||||
| 4 | 002 [74]4 | 002 [74] XX | X | X | |||||||||||||||||||||||||
| 5 | [75] | 2017 | X | X | X | X | X | X | |||||||||||||||||||||
| 2 9 | 94 2016X | X | X | X | X | ||||||||||||||||||||||||
| 7 | [93] | 2016 | X | X | X | X X | X | ||||||||||||||||||||||
| 8 | [50] | 2016 | X | X | X | X | |||||||||||||||||||||||
| 9 | [53] | 2016 | X | X | X | 9 0502 | X | X | |||||||||||||||||||||
| 10 | [49] | 2016 | X | X | X | X | X | [48] | 2016 | X | X | X | X | ||||||||||||||||
| 12 | 002 [27] | 2 [27] | 2 [27] | 2 [27] | 2 X | X | X | X | |||||||||||||||||||||
| 13 | [39] | 2015 | X | X | X | X | 9150X | ||||||||||||||||||||||
| 14 | [30] | 2015 | X | X | X | X | |||||||||||||||||||||||
| 15 | [37] | 2015 | X | X | X | X | |||||||||||||||||||||||
| 16 | [100] | 2014 | X | X | X | X | |||||||||||||||||||||||
2.10. Идентификация проблемы
В разделе 2 мы проанализировали различные переменные и топологии распределительных сетей, которые могут быть затронуты и которые могут повлиять на принятие решения по оптимальному выбору и размещению компенсирующих элементов в распределительной сети с целью компенсации многокритериально потоки реактивной мощности. В этом разделе мы проанализируем некоторые результаты, полученные разными авторами, а также сравним значения остальных переменных, когда решение представлено для одной целевой функции.
Для решения проблемы оптимального выбора, размещения и определения размеров устройств компенсации реактивной мощности в распределительных сетях было описано и разработано множество математических моделей, основанных на эвристиках и метаэвристиках, которые функционируют как алгоритмы поиска путем сканирования узлов. и линии исследуемой системы. Это могут быть реальные случаи или типичные системы распределения IEEE. Среди наиболее реализуемых алгоритмов для решения этого типа проблем мы можем упомянуть имитацию отжига, поиск табу, генетический алгоритм, оптимизацию муравьиных колоний, оптимизацию роя частиц, смешанное целочисленное нелинейное программирование и многие другие.Для случая анализа, который идентифицирует проблему конфликта переменных, будет реализован алгоритм Simulated Annealing, который представляет собой метаэвристику вероятностей, которая ищет оптимальное комбинаторное решение из оценки глобального оптимального решения целевой функции в конкретная область поиска. Это начинается с группы произвольных цепей, которые имеют конфигурацию мощности с установкой реактивных элементов совокупности, генерируемых от начальной температуры. По этой причине этот подход может генерировать серию различных способов поиска, пытаясь найти лучшие решения, которые в конечном итоге приходят к глобальному оптимуму, если он существует.[101].
В этой главе будет проанализирован пример типичной схемы IEEE на 30 бар, где будет реализован алгоритм имитации отжига (SA) для поиска оптимального расположения и определения размеров конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности с корпусом. 1, цель которого — минимизировать общие потери мощности в исследуемой цепи. Затем алгоритм (SA) будет реализован в той же системе IEEE, состоящей из 30 полосок, со случаем 2, который будет направлен на улучшение профилей напряжения, оптимально приближая их к 1 на единицу.Наконец, результаты будут проанализированы в каждом случае, чтобы найти предел конфликта, который каждая переменная пострадала с местоположением и полученным размером. Оба случая будут проанализированы в сценарии с максимальным ограничением расположения двух батарей конденсаторов и максимальной мощностью 15 МВАр. Это ограничение направлено на то, чтобы ограничить переменную стоимости и заставить алгоритм в обоих случаях стремиться компенсировать системе до этого максимального значения в обоих случаях в равной степени.
Случай 1. Будет проанализировано поведение профилей напряжения в типичной цепи IEEE с 30 барами, что было скомпенсировано расположением двух конденсаторных батарей с целевой функцией минимальных потерь мощности.Система IEEE с 30 шинами состоит из 6 генераторов в узлах [1 2 5 8 11 13], 4 трансформаторов в узлах [11 12 15 36], 20 нагрузок и всего 41 линии.
Случай 2: будет проанализировано поведение потерь мощности в типичной цепи IEEE с 30 барами, что было компенсировано расположением двух конденсаторных батарей с целью улучшения профилей напряжения в той же схеме, описанной в случае 1.
При сравнении результатов каждого случая, показанного на рис. и, соответственно, можно показать, что для каждой целевой функции алгоритм выбрал разные емкости конденсаторных батарей, расположенных в разных узлах для одной и той же схемы, что демонстрирует ранее высказанную теорию.Мы также можем оценить, что в этом случае при оптимальном выборе и расположении конденсаторных батарей, выбранных алгоритмом, потери мощности были уменьшены до желаемого минимального значения. Однако профили напряжения не корректировались, даже в узлах 29 и 30 система показывает ухудшение качества напряжения по сравнению с базовым случаем, даже с расположением компенсации в узле 30, что указывает на проблемы со стабильностью напряжения, когда связь между изменением реактивной мощности и изменением напряжения становится отрицательной.Аналогичным образом в (Случай 2) видно, что потери мощности не могут быть уменьшены до минимального значения, которое достигается в случае 2. Однако профили напряжения были скорректированы в большинстве узлов с расположением двух конденсаторных батарей, 13 МВАр в узле 10 и 15 MVAR в узле 7, расположение и размеры отличаются от найденных в случае 1 с помощью того же алгоритма, с использованием той же схемы анализа и с теми же ограничениями.
Случай 2: Оптимальный выбор и расположение конденсаторных батарей для улучшения профилей напряжения.
Это небольшое сравнение показало, что поиск оптимального решения проблемы компенсации реактивной мощности с единственной целевой функцией не дает обнадеживающих результатов для остальных переменных, на которые могут повлиять проблемы; по этой причине мы можем заявить, что очень важно решить эту проблему с учетом всех критериев, которые определяют переменные, на которые могут влиять потоки реактивной мощности.
Если эта же проблема анализируется в сети с распределенными ресурсами или, по крайней мере, компенсируется дополнительно с помощью распределенной солнечной фотоэлектрической генерации, на систему может повлиять низкий коэффициент мощности, поскольку эта переменная конфликтует только с компенсацией активной мощности, так как Показано в .
Графическое представление ухудшения коэффициента мощности только с компенсацией активной мощности.
Предполагая, что угол коэффициента мощности: Ø = tan − 1QP, и P F = c o s Ø, с увеличением только компенсации активной мощности, в то время как реактивная мощность, выдаваемая сетка остается почти постоянной. Компания, торгующая электроэнергией, увидит увеличение угла коэффициента мощности, что приведет к снижению коэффициента мощности (PF).Это связано с тем, что распределительная сеть при половинном напряжении не имеет другого типа емкостной компенсации, поскольку распределительные сети имеют короткие расстояния для передачи энергии, уровни напряжения ниже 34,5 кВ и самый большой компонент проводников — это неизолированные провода. Уточняется, что для этого анализа реактивная мощность остается почти постоянной, поскольку наблюдается небольшое уменьшение потерь реактивной мощности, хотя нагрузки остаются потребляющими такую же реактивную мощность. Эти потери активной мощности связаны с уменьшением тока, циркулирующего по линиям, с уменьшением активной мощности, поставляемой сетью, мы можем видеть это в уравнении.(5), где показано, что с уменьшением активной мощности потери реактивной мощности снижаются, но эта величина настолько мала по сравнению с изменением активной мощности, что это снижение реактивной мощности, отдаваемой сетью, может быть считается незначительным для этого теоретического анализа, однако точный расчет подробно описан ниже, показывая то, что мы заявили ранее.
Где Δ Q — потери реактивной мощности в линиях, P — активная мощность, отдаваемая сетью, Q — реактивная мощность, отдаваемая сетью, В, — линейное напряжение и — X — индуктивное реактивное сопротивление распределительной линии.
Затем можно рассчитать результирующий коэффициент мощности, как показано в (6).
PF = cos (tan − 1 (Q − ΔQP))
(6)
показывает изменение коэффициента мощности для различных компенсаций активной мощности, также учитывая уменьшение потерь реактивной мощности для каждого уменьшения активной мощности. тот же сценарий системы распределения IEEE с 30 барами, с общим потреблением активной и реактивной мощности нагрузки 283,4 МВт y 126,2 МВАр [10].
Влияние коэффициента мощности на уменьшение активной мощности, отдаваемой сетью.
2.11. Математическая формулировка
Компенсация реактивной мощности анализировалась в основном как задача оптимизации, ограниченная единственной целью, которая обеспечила бы единственное оптимальное решение с приоритетным подходом, основанным на адекватном выборе емкости и расположения конденсаторных батарей. Для этого исследования целевая функция определяется как линейная комбинация нескольких факторов, таких как инвестиционные затраты, повышение коэффициента мощности и сокращение потерь энергии в распределительной сети, с учетом эксплуатационных ограничений, таких как надежность и стабильность в профилях напряжения.
В качестве модели оптимизации предлагается многокритериальный метод, относящийся к анализу набора из n переменных решения в системе распределения с набором целевых функций k для оптимизации и набором ограничений s [102]. Целевые функции и ограничения являются функциями переменных решения. Это может быть выражено как:
F ( x ) = [ F 1 ( x ), F 2 ( x ),…, F k ( x ) )]
(7)
e ( x ) = [ e 1 ( x ), e 2 ( x ),…, e s ( x )] ≥ 0
(8)
Где x = [ x 1, x 2,…, x n ] ε X
(9)
y = [ y 1, y 2,…, y k ] ε Y
(10)
x известен как вектор решений, а y будет целевым вектором. X обозначает возможное пространство для принятия решений, а объективное пространство обозначается Y . В этом случае оптимизация может означать минимизацию или максимизацию переменных в соответствии с желаемыми целями. Набор ограничений e ( x ) ≥ 0 определяет набор допустимых решений для X и набор допустимых целевых векторов Y. Из этого можно вывести, что набор решений дает целевой вектор y , где все x должны удовлетворять набору ограничений e ( x ) ≥ 0.Проблема оптимизации состоит в том, чтобы найти x , у которого есть «лучший» F ( x ).
Для реализации этого метода необходимо точно определить критерии принятия решения и их шкалы количественных показателей для построения приемлемого набора, согласованного с альтернативами с их оценками для каждого критерия. Все критерии должны быть одного типа, качественные или количественные. Наконец, создается матрица решений для выбора оптимального решения.
наглядно показывает модель оптимизации для нескольких целевых функций, где видно, что лучшие индивидуальные решения — это те, которые близки к оптимальной общей линии тренда.
Графическое представление модели оптимизации для нескольких целевых функций.
В общем, нет лучшего решения, а есть набор решений, в котором ни одно из них не может считаться лучше других, если цель состоит в том, чтобы все цели рассматривались одновременно [102, 103] Это потому, что могут возникнуть конфликты между различными целями, которые образуют проблему оптимизации, поскольку критерии, используемые для наблюдения и определения одновременных альтернативных решений, являются несколькими и разных типов.
Большинство авторов, обращавшихся к теме оптимизации потоков реактивной мощности, сосредоточили свой анализ на задачах оптимизации с единственной целевой функцией, однако на современном уровне техники было показано, что это очень много. более сложная проблема, в которой необходимо проанализировать частоту всех переменных и рассмотреть текущие реальные сценарии с активными точками генерации. В этой математической задаче, как и в большинстве задач оптимизации с несколькими целевыми функциями, есть некоторые переменные, которые в зависимости от своих целей могут конфликтовать с поиском оптимального решения.
Для математической формулировки каждой из приведенных ниже целевых функций будут приняты во внимание некоторые общие ограничения:
1-
Стоимость компенсирующих устройств будет одинаковой во всех узлах системы анализа.
2-
Нагрузка будет смоделирована как постоянная мощность с анализом наихудшего сценария, когда нагрузка максимальна.
FO1: Стоимость устройств компенсации реактивной мощности [103,104] .
Где:
C — стоимость кВАр, установленного в компенсирующем устройстве. Это значение учитывает стоимость устройства, затраты на установку и обслуживание.
Q i — значение компенсации в кВАр в узле i .
n — количество узлов в системе.
FO1 подчиняется следующим ограничениям [103]:
1-
C = {asi0≤Qi≤Qmbsi − Qm≤Qi≤0
(12)
где Q m , — абсолютное значение в кВАр максимально возможной компенсации в узле, и ( a , b ) — стоимость на кВАр компенсирующего устройства.Общее уравнение стоимости для индуктивной и емкостной компенсации.
2-
F O 1 < м á x { F O 1}, где F O 1 — инвестиционные затраты оптимизации и м á x { F O 1} — это общие инвестиционные затраты на полную компенсацию системы (тривиальное решение проблемы).
FO1 — это функция, которую нужно минимизировать.
FO2: Минимизация потерь активной мощности.
FO2 = ∑i = 1n (Pgi) −∑i = 1n (Pci) ≥0,
(13)
Где P g i — активная мощность, генерируемая в узле i в кВт и P c i — активная мощность в кВт, требуемая каждой нагрузкой на подключенном узле i , составляющая F O 2 общие активные потери в система в кВт.
FO3: Повышение коэффициента мощности (PF).
FO3 = Ø = tan − 1∑i = 1nQci∑i = 1nPci
(14)
Где:
Ø — угол коэффициента мощности системы.
P c i — активная мощность в кВт, требуемая каждой нагрузкой в узле i .
Q c i — реактивная мощность в кВАр, требуемая для каждой нагрузки в узле i .
F O 3 — функция, которую нужно минимизировать.
FO4, FO5: Целевые функции, связанные с улучшением профилей напряжения.
FO4: Среднее отклонение напряжения в системе.
FO4 = ∑i = 1n | Vdi − Vi | n≥0
(15)
Где:
n — количество узлов в системе
V i — напряжение на баре i в P.U. (на единицу)
V d i — желаемое напряжение на bar i в P.U.
F O 4 — функция, которую нужно минимизировать.
FO5: Максимальное значение отклонения напряжения.
Эта функция представляет максимальное отклонение напряжения, которое может существовать в анализируемой системе.
FO5 = max1≤i≤n (| Vdi − Vi |) ≥0
(16)
Где:
n — количество узлов в системе
V i — напряжение на bar i в P.U. (на единицу)
V d i — желаемое напряжение на bar i в P.U.
F O 5 — функция, которую нужно минимизировать.
FO6: Общий коэффициент гармонических искажений (THD) [28, 32] .
FO6 = THDi% = 100 ∗ ∑i = 1H (Vi, h) 2Vi, 1,
(17)
Где:
V i , h Is the составляющая напряжения, соответствующая гармонике h в узле i .
В i , 1 — основная составляющая напряжения (1-я гармоника) в узле i .
H — это максимальный порядок гармоник, который необходимо учитывать при расчетах.
F O 6 — функция, которую нужно минимизировать.
Предложенные целевые функции были адаптированы таким образом, что все они применимы к задаче оптимизации как функция, которая должна быть минимизирована, чтобы иметь возможность формировать целевые векторы, которые должны быть минимизированы для решения предлагаемой задачи оптимизации, будучи каждый подходящий вектор выглядит следующим образом:
M i n i m i z e F = [ F O O 1, 2, F O 3, F O 4, F O 5, F O 6]
(18)
Где F O , F O 2, F O 3, F O 4, F O 5, F O 6 — каждая из целевых функций, которые были определены ранее .
Чтобы получить результат в зависимости от размера и расположения компенсирующего устройства, необходимо установить матрицу решений, как показано в уравнении. (19), в котором будет м строк, которые будут описывать количество приемлемых альтернатив, которые соответствуют критериям различий, исключительности и исчерпываемости, и которые определяют разные размеры и расположение компенсирующих устройств в разных узлах системы. система. Шесть столбцов этой матрицы решений показывают количественные критерии, которые определяются переменными, анализируемыми как целевые функции.Согласно установленным критериям решения, оптимальный вариант выбирается, сначала отбрасывая все решения, которые уступают любому другому решению.
(19)
Решение этой задачи оптимизации состоит в том, чтобы найти лучший вектор X из набора подходящих вариантов, определяемых критериями решения, установленными целевыми векторами. Для анализируемой проблемы будет найден альтернативный вариант размещения и определения размеров устройств компенсации реактивной мощности.
Важно учитывать, что выбор емкости компенсирующего устройства должен рассматриваться в анализе как дискретная переменная, определяемая вектором с номинальными мощностями, доступными для распределительных сетей [67, 93].
2.12. Дальнейшая работа
В части II этого исследования будет проанализировано тематическое исследование с применением предложенной математической модели, где ожидаемые теоретические результаты будут подтверждены. Кроме того, метрики и индивидуальные расчеты каждой из переменных будут проанализированы вместе с моделированием исследуемой схемы с указанием местоположения и размеров компенсирующих устройств, полученных путем реализации эвристики.
В качестве будущей работы также предлагается предложить эвристический метод, способный найти оптимальное решение для одновременной компенсации активной и реактивной мощности, удовлетворяющее критериям эффективности и качества мощности. Это может быть достигнуто за счет одновременного определения размеров и оптимального расположения распределенных фотоэлектрических солнечных генераторов и элементов компенсации реактивной мощности.
Также рекомендуется провести это исследование с расчетом местоположения и размеров компенсирующих устройств в различных сценариях спроса.Компенсация реактивной мощности также должна быть проанализирована в сценариях минимального потребления, когда профили напряжения могут достигать значений выше максимального предела с компенсацией реактивной мощности.
Купить Устройство динамической компенсации реактивной мощности среднего напряжения Statcom, Устройство динамической компенсации реактивной мощности среднего напряжения Statcom Поставщики, производители
ОБЗОР СТАТКОМА HV SVG
Устройство динамической компенсации реактивной мощности среднего напряжения STATCOM , использующее IGBT в качестве основных силовых модулей, которое может быстро и быстро непрерывно обеспечивать емкостную или индуктивную реактивную мощность, достигать постоянной реактивная мощность, постоянное напряжение и постоянный коэффициент мощности с помощью точка оценки и убедитесь, что электросеть работает стабильно, высокая эффективность и высокое качество.В сети распределения электроэнергии STATCOM может значительно улучшить качество электроэнергии. (улучшить коэффициент мощности, преодолеть дисбаланс фаз, устранить мерцание напряжения и колебания, сдерживающие гармонику), если он установлен в каком-либо специальном нагрузки (например, электродуговая печь).
HV SVG В продуктах STATCOM используются передовая теория мгновенной реактивной мощности и развязка мощности алгоритм в качестве основы теории и принять многие технологии, такие как современные силовая электроника, автоматизация, микроэлектроника и сетевая связь.Это может установить характер и размер реактивной мощности, коэффициент мощности и напряжение сети в качестве цель управления, динамическое отслеживание качества электроэнергии, регулировка выходной реактивной мощности, достичь кривой настройки и улучшить качество электроэнергии.
| | |
Спецификация наружного STATCOM
| ◆ Номинальная мощность | ± 1 ～ ± 42 Мвар |
| ◆ Номинальное рабочее напряжение | 6кВ ～ 35кВ |
| ◆ Оценить частоту | 50/60 Гц |
| ◆ Перегрузочная способность | Больше 1.2-х кратная перегрузка |
| ◆ Время отклика | ≤5 мс |
| ◆ Активная потеря мощности | ≤0,8% |
| ◆ Общее гармоническое искажение | ≤3% |
| ◆ Управляющая мощность | 380 В переменного тока, 220 В переменного тока или 220 В постоянного тока |
| ◆ Регулировка реактивной мощности | Компенсация индуктивных и емкостных Вар непрерывно и плавно. |
| ◆ Пуск регулируемая реактивная мощность | 5квар |
| ◆ Разрешение компенсирующего тока | 0,5 А |
| ◆ Коммуникационный интерфейс | Ethernet, RS485, CAN, высокоскоростной оптический интерфейс связи |
| ◆ Протокол связи | MODBUS_RTU, ProfiBUS, CDT91, IEC61850-103 / 104, CANOPEN, определяется пользователем, может быть установлен на HMI. |
| ● Температура хранения. | －30 ℃ ～ + 70 ℃ |
| ● Рабочая температура. | 10 ℃ ～ + 40 ℃ |
| ● Относительная влажность. | среднее значение за месяц не более 90%, без заморозков |
| ● Высота | <2000 м (более 2000 м необходимо настроить) |
| ● Сейсмическая интенсивность | 8 степень |
СТАТКОМ Основные возможности
Серия HV SVG продукт с высокой производительностью, высокой надежностью разработан для удовлетворения потребностей пользователей требования повышения коэффициента мощности передачи мощности, компенсации гармоник и обратная последовательность тока.Легко работать. Его особенности следующее,
| |
■ Лучшее управление электрическими сетями, лучшая компенсация нагрузки, лучшее улучшение коэффициента мощности
SVG / STATCOM повышает стабильность системы и качество электроэнергии, обеспечивая контроль и поддержку напряжения, контроль реактивной мощности, демпфирование колебаний мощности и увеличенную пропускную способность. STATCOM позволяет энергоемким производственным процессам подключаться к сети, контролируя уровень мерцания, гармонические искажения напряжения и несимметрию напряжения. STATCOM также позволяет подключать возобновляемые источники энергии к сети в соответствии с требованиями правил сети, обеспечивая отказоустойчивость посредством поддержки и контроля напряжения.
■ Оптимальная стабильность и качество
SVG / STATCOM предназначен для быстрого ввода значительной индуктивной или емкостной мощности.Таким образом, STATCOM обеспечивает улучшенную динамическую стабильность систем передачи, чтобы снизить риск падения напряжения и отключения электроэнергии, избегая при этом ухудшения качества электроэнергии из-за его многоуровневой конфигурации: генерация нежелательных гармоник в значительной степени предотвращается.
■ В гармонии с гармониками — и лучшее подавление мерцания
Генерация гармоник низка благодаря использованию технологии MMC, что также приводит к низкому уровню шума.
Чрезвычайно быстрое управление SVG / STATCOM позволяет в промышленных приложениях высокоэффективное подавление мерцания и даже активное подавление более низких гармоник, вызванных нелинейной нагрузкой, такой как электродуговая печь.
■ Самый быстрый отклик — эффективное решение
Стандартизированная конструкция компонентов позволяет свести к минимуму инженерные работы и обеспечивает быстрое, эффективное, модульное и экономичное решение.
ZDDQ SVG / STATCOM Устройство управления с его самой передовой концепцией обеспечивает непревзойденную скорость управления полупроводниками IGBT для точного генерирования желаемого потока энергии между преобразователем и питающей сетью.
| | |
Внутри реакторов HV SVG в STATCOM
Наружный СТАТКОМ 6 кВ
| Модель | Номинальное напряжение (кВ) | Номинальная мощность (Мвар) | Измерение | Замечание | Масса | ||
| Ширина | Рост | Глубина | |||||
| (мм) | (мм) | (мм) | |||||
| HV SVG-C1.0/6-O | 6 | 1 | 5200 | 2560 | 2438 | Реакторы с железным сердечником | 4450 |
| Высоковольтный SVG-C1.5 / 6-O | 1.5 | ||||||
| HV SVG-C2.0/6-O | 2 | 4850 | |||||
| ВН SVG-C3.0 / 6-O | 3 | ||||||
| ВН SVG-C4.0 / 6-O | 4 | 5450 | |||||
| ВН SVG-C5.0 / 6-O | 5 | ||||||
| HV SVG-C6.0/6-O | 6 | 5750 | |||||
| ВН SVG-C7.0 / 6-O | 7 | 6700 | Полые реакторы | 6450 | |||
| Высоковольтный SVG-C8.0 / 6-O | 8 | 6600 | |||||
| HV SVG-C9.0/6-O | 9 | 6700 | |||||
| ВН SVG-C10.0 / 6-O | 10 | 6800 | |||||
| ВН SVG-C11.0 / 6-O | 11 | 6900 | |||||
| HV SVG-C12.0/6-O | 12 | 7000 | |||||
Типовые прикладные области СТАТКОМ
■ Дуговые печи — стабилизация напряжения сокращает время между отводами и расход электродов.
■ Прокатные станы — устранение искажений напряжения и гармонических искажений снижает потребность в реактивной мощности и увеличивает пропускную способность электрической системы.
■ Горнодобывающая и тяжелая промышленность — динамическая компенсация реактивной мощности стабилизирует энергосистему, особенно при запуске большого двигателя, обеспечивая надежность энергосистемы.
■ Ветряные и солнечные электростанции — соответствие строгим критериям подключения к сети, обеспечивая динамический контроль напряжения и стабильность напряжения в общей точке подключения (PCC).
■ Рынки возобновляемых источников энергии — включая солнечные фермы, ветряные электростанции, установки солнечных батарей.
Компенсация реактивной мощности: Практическое руководство
Предисловие и благодарности xiii
1 Основы реактивной мощности 1
1.1 Обзор главы 1
1.2 Фазоры и векторные диаграммы 1
1.3 Определение различных типов мощности 4
1.4 Определение мощности для несинусоидальных токов и напряжения 6
1.5 Эквивалентная механическая модель для индуктивности 9
1.6 Эквивалентная механическая модель для емкости 11
1,7 Омический и реактивный ток 12
1,8 Сводка 13
Ссылки 13
2 Потребители реактивной мощности 15
2.1 Обзор главы 15
2.2 Потребление реактивной энергии 15
2.3 Упрощенное Модель: последовательный потребитель реактивной мощности 16
2.4 Реалистичная модель: смешанная параллельная и последовательная реактивная мощность 16
2.5 Потребительская реактивная мощность 17
2.5.1 Асинхронные двигатели 17
2.5.2 Трансформаторы 18
2.5.3 ПРА (балласт) для газоразрядных ламп 18
2.6 Резюме 21
3 Влияние реактивной мощности на производство, передачу и распределение электроэнергии 23
3.1 Обзор главы 23
3.2 Загрузка генераторов и оборудования 23
3.3 Потери в энергосистеме 24
3.4 Генераторы 27
3.5 Падение напряжения 28
3.5.1 Общие положения 28
3.5.2 Передаваемая мощность линий и падение напряжения 29
3.5.3 Падение напряжения на трансформаторе 32
3.6 Доступная мощность трансформаторов 34
3.7 Резюме 35
4 Реактивная мощность в стандартных энергетических контрактах 37
4.1 Обзор главы 37
4.2 Введение 37
4.3 Реактивная энергия, которую следует учитывать в стандартизированных контрактах с поставщиками 38
4.3.1 Ценообразование в зависимости от потребляемой реактивной энергии (кварч) 38
4.3.2 Ценообразование в зависимости от потребляемой полной энергии (кВА · ч) 40
4.4 Важность реактивной мощности при определении затрат на подключение 42
4.5 Резюме 42
Ссылка 42
5 Методы определения реактивной мощности и коэффициента мощности 43
5.1 Обзор главы 43
5.2 Методы 43
5.2.1 Определение коэффициента мощности в однофазных сетях 43
5.2.2 Прямая индикация коэффициента мощности с помощью устройства Брюгера 44
5.2.3 Определение коэффициента мощности в трехфазной системе 44
5.2.4 Определение коэффициента мощности с помощью портативного измерительного оборудования 46
5.2.5 Определение мощности (коэффициента) по записанным данным 48
5.2.6 Определение коэффициента мощности по Средства счетчика активной энергии 48
5.2.7 Определение коэффициента мощности с помощью счетчика активной и реактивной энергии 49
5.2.8 Определение коэффициента мощности по счету за электроэнергию 50
5.3 Резюме 51
6 Улучшение коэффициента мощности 53
6.1 Обзор главы 53
6.2 Основы компенсации реактивной мощности 53
6.3 Ограничение реактивной мощности без сдвига фазы 55
6.4 Компенсация реактивной мощности фазой вращения- Переключатели 55
6.5 Компенсация реактивной мощности конденсаторами 56
6.6 Резюме 58
7 Конструкция, расположение и мощность конденсаторов 61
7.1 Обзор главы 61
7.2 Основные сведения о конденсаторах 61
7.3 Реактивная мощность конденсаторов 64
7.4 Различные технологии производства конденсаторов 65
7.4.1 Конденсаторы с бумажной изоляцией 65
7.4.2 Конденсаторы с металлизированной бумагой (конденсатор MP ) 65
7.4.3 Конденсаторы с металлизированной пластиковой пленкой 66
7.5 Расположение и реактивная мощность конденсаторов 66
7.5.1 Конденсаторы, подключенные параллельно 67
7.5.2 Конденсаторы, соединенные последовательно 67
7.5.3 Соединение силовых конденсаторов звездой и треугольником 68
7.6 Конструкция конденсаторов среднего напряжения 69
7.7 Долговременная стабильность и старение конденсаторных установок 69
7.7.1 Общие положения 69
7.7 .2 Влияние рабочего напряжения 70
7.7.3 Старение в случае расстроенных конденсаторов 72
7.7.4 Старение из-за операций переключения 73
7.8 Резюме 73
Ссылки 73
8 Определение необходимой мощности конденсаторов 75
8.1 Обзор главы 75
8.2 Основы расчета 75
8.3 Определение компенсации на новых проектируемых предприятиях 79
8.4 Резюме 85
Ссылка 85
9 Типы компенсации реактивной мощности 87
9.1 Обзор главы 87
9.2 Компенсация одиночного типа 87
9.2.1 Компенсация одиночного типа в асинхронных двигателях 88
9.2.2 Компенсация одиночного типа трансформаторов 97
9.2.3 Однотипная компенсация реактивной мощности для сварочных трансформаторов 99
9.2.4 Однотипная компенсация люминесцентных ламп 103
9.3 Компенсация объемного типа 108
9.4 Компенсация центрального типа 111
9,5 Смешанная компенсация 112
9,6 Преимущества и недостатки различных видов компенсаций 113
9.7 Резюме 115
Ссылка 115
10 Компенсация существующим установкам 117
10.1 Обзор главы 117
10.2 Методы определения реактивной мощности для внутреннего абонента 117
10.3 Расчет модуля расширения посредством счетов-фактур за энергию 118
10.4 Резюме 121
11 Управление реактивной мощностью 123
11.1 Обзор главы 123
11.2 Общие сведения 123
11.2.1 Устройства компенсации реактивной мощности 124
11.3 Управление реактивной мощностью с помощью автоматических регуляторов реактивной мощности 124
11.3.1 Общие сведения 124
11.3.2 Число ступеней и реактивная мощность ступеней конденсатора 125
11.3.3 Значение порогового уровня C / k 131
11.3.4 Схема обратного управления (линия cos ϕd) 133
11.3.5 Автоматическое управление реактивной мощностью 135
11.3.6 Функция отключения без напряжения 137
11.4 Как подключить реле коэффициента мощности 137
11.5 Управление реактивной мощностью с помощью «смешанного измерения» 138
11.6 Регулирование реактивной мощности с несколькими вводами 140
11.6.1 Измерение с помощью суммирующего трансформатора тока 140
11.6.2 Параллельная работа компенсационных банков для каждого входящего источника питания 142
11.7 Характеристики автоматических компенсационных банков 144
11.8 Сводка 146
12 Разрядные устройства для силовых конденсаторов 147
12.1 Обзор главы 147
12.2 Основа для низковольтных приложений 147
12.2.1 Быстрая разрядка с включением дополнительных сопротивлений 150
12.2.2 Разрядка конденсаторов с помощью реакторов 150
12.3 Разрядные устройства в конденсаторах среднего напряжения 152
12.3.1 Конденсаторы среднего напряжения, разряжаемые через сопротивления 152
12.3.2 Конденсаторы среднего напряжения, разряжаемые реакторами 154
12.4 Расчет электрического Заряд, сохраняемый на конденсаторе среднего напряжения 154
12.5 Резюме 156
13 Защита конденсаторов и компенсации 157
13.1 Обзор главы 157
13.2 Защита от перегрузки по току и короткого замыкания 157
13.3 Защита от перенапряжения 158
13.4 Защита от перегрева 158
13.5 Защита от внутренних неисправностей 158
13.5.1 Защита от пробоя напряжения 159
13.5.2 Технология самовосстановления 159
13.5.3 Защита от перегрева и внутреннего избыточного давления 159
13.6 Защита путем наблюдения за балансом на однофазных конденсаторах среднего напряжения 162
13.7 Сводка 163
Ссылка 163
14 Переключение конденсаторов 165
14.1 Обзор главы 165
14.2 Общие 165
14.3 Выбор распределительного устройства 167
14.3.1 Воздушные контакторы 168
14.3.2 Автоматические выключатели 169.2
14.3.3 Переключение предохранителей и магнитное срабатывание 169
14.4 Полупроводниковое переключение (тиристорные модули) 169
14.4.1 Общие 169
14.4.2 Статические контакторы для переключения конденсаторов до 415 В 171
14.4.3 Статические контакторы для коммутирующих конденсаторов на номинальное напряжение выше 500 В 173
14.4.4 Реле коэффициента мощности для статических контакторов 173
14.4.5 Динамическая компенсация реактивной мощности (готовая к установке) 174
14.5 Резюме 175
Ссылка 175
15 Установка, нарушения и техническое обслуживание 177
15.1 Обзор главы 177
15.2 Установка автоматически контролируемых компенсационных банков 177
15.3 банка автоматической компенсации: ввод в действие 178
15.3.1 Выбор трансформатора тока (ТТ) и определение кабеля ТТ 178
15.3.2 Предустановленное время задержки переключения на ступень конденсатора 183
15.4 Помехи и способы их устранения 184
15,5 Эксплуатация и техническое обслуживание 185
15,6 Резюме 187
Ссылки 187
16 Компенсация реактивной мощности в электрических установках с генераторами 189
16.1 Обзор главы 189
16.2 Общие сведения 189
16.3 Автоматический контроль реактивной мощности в четырех квадрантах 190
16.3.1 Технические аспекты 190
16.3.2 Вопросы переговоров 192
16.4 Резюме 193
Ссылки 194
17 Влияние возмущений, особенно с учетом влияния гармоник на конденсаторы коррекции коэффициента мощности 195
17.1 Обзор главы 195
17.2 Возмущения и улучшенное качество электроэнергии для бизнес-клиентов 196
17.3 Измерение и анализ 198
17.4 Резюме 203
Ссылки 204
18 Резонансы в электроэнергетических системах 205
18.1 Обзор главы 205
18.2 Параллельная резонансная цепь 205
18.3 Последовательная резонансная цепь 208
18.4 Типичные резонансы в энергосистемах 208
18.4.1 Резонанс из-за компенсации реактивной мощности в системе 6 кВ 208
18.4.2 Параллельный резонанс в промышленной системе 30 кВ 210
18.4.3 Импеданс в городской системе 10 кВ 212
18.5 Резюме 212
Ссылка 212
19 Конденсаторы с реакторной защитой и схемы фильтров 213
19.1 Обзор главы 213
19.2 Влияние систем с реакторной защитой и конфигурации системы 214
19.2.1 Влияние систем с реакторной защитой 214
19.2.2 Конфигурация системы конденсаторных батарей с реакторной защитой 217
19.3 Примечания по выбору реакторов 220
19.4 Влияние скорости реактора на срок службы конденсатора 222
19.5 Эффект фильтра с расстроенными фильтрами 223
19.6 Схемы фильтров 225
19.6.1 Общие сведения 225
19.6.2 Активные фильтры 227
19.6.3 Пассивные фильтры 229
19.6.4 Сравнение активных и пассивных фильтров 233
19.7 Фильтрация гармоник нейтральной линии 233
19.7.1 Общие 233
19.7.2 Особенности третьей гармоники 234
19.7.3 Разгрузка сети с помощью фильтра гармоник нейтральной линии 235
19.8 Резюме 238
Ссылки 239
20 Системы динамической компенсации реактивной мощности 241
20.1 Обзор главы 241
20.1.1 Повышение качества электроэнергии с помощью систем динамической компенсации реактивной мощности 242
20.2 Компенсация запуска двигателя 245
20.3 Компенсация мерцания 245
20.4 Оценка решений по коррекции коэффициента мощности с точки зрения оператора распределительной системы (энергосистема) 251
20.5 Резюме 252
Ссылки 252
21 Влияние компенсации на выпрямители 253
21.1 Обзор главы 253
21.1.1 Общие положения 253
21.
