Компенсация реактивной мощности в электрических сетях. Источники реактивной мощности в электрических сетях. Современная электроэнергетика

Страница 52 из 130

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

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электроприемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электроэнергию, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей. В электрической сети и ее электроприемниках происходит процесс обмена энергией между электрическими и магнитными полями. Устройства, которые целенаправленно участвуют в этом процессе, называют источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электрических станций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивной мощностью которых управляют по определенному закону регулирования с помощью специальных средств.

Следует также отметить, что различия в снижении потерь и прибыли от сокращения между вариантами с разными номинальными значениями мощности конденсатора невелики. Различия между вариантами без и с контакторами намного больше. Это оправдывается гораздо большими капитальными затратами на установку конденсаторов с контакторами и более короткое время подключения конденсатора в вариантах с контакторами.

Это оправдывается тем фактом, что функция, выраженная уравнением, является инвертированной параболой, достигающей максимума, когда мощность подключенных конденсаторов равна коэффициенту реактивной мощности по времени подключения конденсаторов. В этом случае увеличение снижения потерь после добавления другого конденсатора становится меньше, а капитальные затраты в случае идентичных конденсаторов растут линейно.

Годовые капитальные затраты зависят от ожидаемого срока жизни конденсатора и ставки дисконтирования, а фиксированные годовые эксплуатационные расходы рассчитываются как процент от инвестиционной стоимости. Годовыми переменными издержками являются затраты на потери энергии в конденсаторе. Наконец, ежегодные затраты на компенсацию можно рассчитать по следующей формуле.

Эффекты использования дополнительных источников реактивной мощности включают экономию от сокращения потерь энергии и энергии в сетевых элементах и ​​дополнительные преимущества, такие как экономия от избежания или задержки капитальных проектов, необходимых для обеспечения надлежащего качества электроэнергии, или для покрытия растущего спроса на электроэнергию как в результате освобождения пропускной способности путем снижения передаваемой реактивной мощности. Годовые доходы от компенсации реактивной мощности рассчитываются по.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторы, линии электропередач, трансформаторы, электроприемники и т. п.) определяется его полной мощностью. Полная мощность S при синусоидальной форме напряжения и тока связана с активной Р и реактивной Q мощностями квадратичной зависимостью S 2 = Р 2 + Q 2 . При этом полная мощность S = UI, активная Р = UI cosj и реактивная Q = UI sinj, где U и I - действующие значения синусоидального напряжения и тока; j - угол между векторами напряжения и тока.

Наиболее часто игнорируемыми статьями затрат являются затраты на анализ и переменные эксплуатационные расходы. Наиболее часто применяемый критерий оптимизации - это минимальная годовая стоимость или максимальная прибыль от снижения сетевых потерь. В первом случае целевая функция принимает следующий вид.

Оценка эффективности компенсации реактивной мощности

В случае максимальной прибыли целевая функция принимает следующий вид. Можно показать, что обе целевые функции, упомянутые в предыдущем разделе, одинаковы. Однако ни одно из них не содержит информации об экономической эффективности компенсации реактивной мощности.

В конденсаторах, кабелях и других видах электрооборудования, которое характеризуется емкостным сопротивлением Х C , реактивной мощностью Q = U 2 /Х C , определяемой приложенным напряжением U, создаются электрические поля.

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

Простой метод периода окупаемости заключается в расчете времени, в течение которого годовая прибыль от проекта равна его капиталовложениям. Более точным является метод дисконтированных периодов окупаемости. Дисконтированный период окупаемости рассчитывается путем решения уравнения.

Эквивалентная средняя стоимость представляет собой коэффициент суммы дисконтированных годовых затрат на сумму дисконтированной годовой прибыли. Как годовые затраты, так и прибыль дисконтируются до года, предшествующего началу операции, с использованием той же ставки дисконтирования.

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

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

Предполагая, что капитал не был заморожен, а период анализа равен или превышает период амортизации конденсаторов, эквивалентную стоимость экономии энергоблока можно рассчитать по формуле. Проект является прибыльным, если расчетная стоимость эквивалентной единицы энергосбережения ниже стоимости энергии, приобретенной для покрытия убытков. Метод чистой приведенной стоимости не включает расширенную стоимость воспроизведения. Все затраты, понесенные в анализируемом периоде, и доходы дисконтируются к началу года реализации проекта.

Чистая приведенная стоимость рассчитывается из. В этом методе чистая приведенная стоимость, рассчитанная по формуле, относится к понесенным капвложениям. В результате получается информация о том, сколько доходов в анализируемом периоде приносит каждая вложенная денежная единица.

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

Выбор метода оценки эффективности компенсации реактивной мощности зависит от цели компенсации. Если целью компенсации является снижение энергетических и энергетических потерь в сети, ни минимальные затраты, ни максимальная прибыль от снижения потерь не требуют рентабельного решения, поскольку с точки зрения инвестора доход от инвестиций важен.

Анализируемые характеристики сети

Чтобы проиллюстрировать приведенные выше соображения, были сделаны расчеты для реального питателя среднего напряжения. На фиг. 5 показана годовая кажущаяся и реактивная мощность линии электропередачи, упорядоченная по убыванию по отношению к реактивной мощности, а на фиг. 6 показана упрощенная схема анализируемой линии. Таблица на рисунке 6 показывает наименования узлов, к которым конденсаторы были соединены в отдельных вариантах.

Приведенные выше величины S, P, Q применяются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих величин принимаются как независимые от времени, что позволяет существенно упростить расчеты.

Фактически же по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = I m sin(wt – j). Под действием этого тока на элементах цепи устанавливается напряжение u а = U m cosj sin(wt – j) - активная составляющая и u р = U m sinj sin(wt – j ± p/2) - реактивная составляющая. Здесь U m и I m - амплитуды синусоидальных напряжения и тока. При этом мощность, потребляемая активными элементами электрической цепи, определяется как функция времени выражением р а = iu а = UI cosj , а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, –q р = iu р = ± UI sinj sin2(wt – j). Линейные диаграммы, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующие им мощности приведены на рис. 8.1.

Упрощенная схема анализируемой линии 15 кВ. Расчеты были обусловлены следующими предположениями: нагрузка каждой трансформаторной подстанции пропорциональна доле номинальной мощности трансформатора, установленного на подстанции, в общей номинальной мощности всех трансформаторов, подаваемых из анализируемой линии, кривая нагрузки равна то же самое в последующие годы анализируемого периода конденсаторы будут подключены к сторонам низкого напряжения трансформаторов.

Расчеты выполнялись в следующих вариантах. Конденсаторы были выбраны эвристическим методом после следующего алгоритма. Соединение конденсатора принимается последовательно в каждом возможном месте и определяется прибыль от снижения потерь. Конденсатор подключен в этом месте, где прибыль от уменьшения потерь является самой большой, а затем алгоритм переходит к этапу 1 °, чтобы определить местоположение для подключение следующего конденсатора. Вычисления в шагах 1 ° и 2 ° повторяются до тех пор, пока соединение следующего конденсатора не уменьшит прибыль от снижения потерь. Расчеты продолжались до тех пор, пока снижение потерь энергии не уменьшилось.

Амплитуды активной и реактивной мощностей, изменяющихся по синусоидальному закону с двойной частотой (2w), соответственно составляют Р = UI cosj и Q = UI sinj, т.е. те самые значения мощностей, которыми пользуются при расчетах режимов и выборе оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и «генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности в каждый момент времени имеют противоположный знак, в чем, как было отмечено выше, и проявляется их взаимокомпенсирующее действие.

Результаты расчетов представлены в табл. 2, а некоторые выбранные значения также представлены в виде графиков на фиг. 7-. Это следует из анализа данных в табл. 2 что установка конденсаторов для компенсации реактивной мощности холостого хода в этой цепи неэффективна.

Отдельные точки на горизонтальной оси на графиках, показанных на рис. 7-10, представляют собой общую мощность конденсаторов после подключения другого конденсатора. Зависимость годовой прибыли от снижения потерь от мощности подключенных конденсаторов. Это следует из анализа графиков на рис. 7 и 8 и табл. 2 видно, что общая мощность подключенных конденсаторов, при которых прибыль от снижения мощности и потерь энергии достигает максимума, ниже мощности, при которой ее максимум достигает снижения потерь энергии.



Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электроприемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электроэнергию, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей. В электрической сети и ее электроприемниках происходит процесс обмена энергией между электрическими и магнитными полями. Устройства, которые целенаправленно участвуют в этом процессе, называют источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электрических станций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивной мощностью которых управляют по определенному закону регулирования с помощью специальных средств.

Следует также отметить, что различия в снижении потерь и прибыли от сокращения между вариантами с разными номинальными значениями мощности конденсатора невелики. Различия между вариантами без и с контакторами намного больше. Это оправдывается гораздо большими капитальными затратами на установку конденсаторов с контакторами и более короткое время подключения конденсатора в вариантах с контакторами.

Это оправдывается тем фактом, что функция, выраженная уравнением, является инвертированной параболой, достигающей максимума, когда мощность подключенных конденсаторов равна коэффициенту реактивной мощности по времени подключения конденсаторов. В этом случае увеличение снижения потерь после добавления другого конденсатора становится меньше, а капитальные затраты в случае идентичных конденсаторов растут линейно.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторы, линии электропередач, трансформаторы, электроприемники и т. п.) определяется его полной мощностью. Полная мощность S при синусоидальной форме напряжения и тока связана с активной Р и реактивной Q мощностями квадратичной зависимостью S 2 = Р 2 + Q 2 . При этом полная мощность S = UI , активная Р = UI cosj и реактивная Q = UI sinj , где U и I - действующие значения синусоидального напряжения и тока; j - угол между векторами напряжения и тока.

В документе обсуждаются некоторые негативные аспекты передачи реактивной мощности в энергетических сетях. Простой способ определения снижения потерь энергии и энергии, представленный здесь, может быть использован для расчетов, связанных с оптимальным расположением дополнительных источников реактивной мощности в распределительной сети с открытой структурой и односторонним потоком энергии. В такой сети также необходимо использовать программы для расчета мощности и энергии.

Следующие выводы могут быть сделаны на основе результатов расчетов, выполненных для типичной реальной сети 15 кВ. Из 10 проанализированных схем с конденсаторами для компенсации реактивной мощности на холостом ходу всего в 5 случаях ежегодное снижение убытков было больше нуля. Тот факт, что «это сила, необходимая для создания магнитных полей, так что определенное оборудование работает», не кажется мне технически правильным, помимо того, что это неопределенное и малопонятное объяснение.

В конденсаторах, кабелях и других видах электрооборудования, которое характеризуется емкостным сопротивлением Х C , реактивной мощностью Q = U 2 /Х C , определяемой приложенным напряжением U , создаются электрические поля .

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

Каков правильный ответ? Пожалуйста, уважайте права автора. Вы не можете копировать, воспроизводить или распространять тексты или графики на этой странице без прямого письменного разрешения владельца авторских прав на содержимое этого веб-сайта. Пожалуйста, перейдите на Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов.

Появление силы, мощности или реактивной мощности в сети является уникальным явлением сетей с использованием переменного тока, а также из-за соединения катушек и конденсаторов на нем. Катушки хранить электрическую энергию в виде магнитная энергии обратно в каждом цикле он представляет изменение напряжения по отношению к времени, так что, когда напряжение проходит через нуль возврата к сети магнитной энергии, хранящейся в них. Этот ток называется «индуктивным реактивным током». Конденсаторы вместо непосредственно хранить электрическую энергию обратно в сеть, когда напряжение как напряжение приближается к нулевой цикл выполняет сеть переменного тока напряжением.

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

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

Этот ток называется «емкостным реактивным током». Индуктивные и емкостные реактивные токи не могут быть преобразованы в работу, поскольку они на самом деле являются лишь временным эффектом сохранения и возврата тока, поэтому чистый результат равен нулю. Но да, это ток, который действительно циркулирует по сети, хотя он не может быть использован полезным способом.

Таким образом, часть тока, протекающего через сеть, представляет собой энергию, которая фактически может быть преобразована в другие типы энергии, такие как механические, световые или тепловые. Следует помнить, что электрическая энергия «неустойчива», т.е. имеет большую тенденцию превращаться в другие типы энергии. Вот почему говорят, что электрическая энергия - это высококачественная энергия. Тепловая энергия гораздо более стабильна и имеет гораздо более низкую тенденцию к трансформации в другую, поэтому, когда энергия превращается в тепловую, непросто превратить ее в другие типы; говорят, что тепловая энергия имеет низкое качество.

Очевидно, что в понятиях «генерирование» и «потребление» реактивной мощности заложена определенная условность, но тем самым подчеркивается, что взаимодействие емкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект QS = QL – QC. Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым снижая падение напряжения в сети, потери электроэнергии. Приведенные выше величины S, P, Q применяются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих величин принимаются как независимые от времени, что позволяет существенно упростить расчеты. Фактически же по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = Im sin(wt – j). Под действием этого тока на элементах цепи устанавливается напряжение uа = Um cosj sin(wt – j) - активная составляющая и uр = Um sinj sin(wt – j ± p/2) - реактивная составляющая. Здесь Um и Im - амплитуды синусоидальных напряжения и тока. При этом мощность, потребляемая активными элементами электрической цепи, определяется как функция времени выражением ра = iuа = UI cosj , а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, –qр = iuр = ± UI sinj sin2(wt – j). Линейные диаграммы, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующие им мощности приведены на рис. 8.1. Амплитуды активной и реактивной мощностей, изменяющихся по синусоидальному закону с двойной частотой (2w), соответственно составляют Р = UI cosj и Q = UI sinj, т.е. те самые значения мощностей, которыми пользуются при расчетах режимов и выборе оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и «генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности в каждый момент времени имеют противоположный знак, в чем, как было отмечено выше, и проявляется их взаимокомпенсирующее действие.

Но реактивный ток, протекающий через сеть, она не превращается в другой, чем это необходимо для существования явлений, которые происходят в индукторов и конденсаторов, и поэтому, хотя это «реальный» и эффективно циркулирует энергия является энергия отходов, окончательное значение которой равно нулю. Но он действительно циркулирует, и, следовательно, проблемы, которые он вызывает. Более высокая интенсивность означает более высокие потери Джоуля во всех элементах: генераторы, трансформаторы, потребители и сеть энерготранспорта.

Недостатки фотоэлектрической энергии

Отношение, которое существует в данный момент времени между текущей или активной мощностью и суммарным током или энергией, которая циркулирует в сети, называется коэффициентом мощности. Быстрый рост возобновляемых источников энергии показывает их важность для правительств и энергетических компаний. Осознание экологической реальности является одной из причин поддержки проектов в области возобновляемых источников энергии, но есть и другие причины с точки зрения управления электроэнергетической сетью.

Литература:

1. Электрические системы. Электрические сети / Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А. и др..; Под ред. Строева

В.А. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1998.

2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей

группы ИК-38 СИГРЭ / Под ред. Карташева И.И. М.: Энергоатомиздат, 1990.

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

И.И., Рыжов Ю.П. М.: Энергия, 1975.