Cos'è il potere reattivo?
Quando si tratta di "compensazione reattiva", dobbiamo prima comprendere il concetto di potenza reattiva. La potenza reattiva è relativamente facile da capire perché può fare lavoro, generare calore e guidare la rotazione del motore, ecc. Ad esempio, quando la corrente CA passa attraverso una resistenza pura, la corrente può far sì che la resistenza genere calore, il che significa che l'energia elettrica viene convertita in energia termica. Tuttavia, la potenza reattiva è più difficile da capire. Esiste solo in corrente alternata e non c'è alcun problema di potenza reattiva in corrente continua. Ad esempio, quando la corrente CA passa attraverso il carico di capacità pura o induttanza pura, non funziona. In altre parole, la capacità pura o il carico di induttanza pura non consumano potenza attiva, ma la corrente e la tensione corrispondente che scorrono attraverso di loro formano potenza CA, che è chiamata potenza reattiva. In teoria, la potenza reattiva non funziona, quindi non dovrebbe generare luce e calore, né può guidare la rotazione del motore. I carichi che incontriamo spesso sono raramente induttivi o capacitivi puri, ma carichi misti. Quando la corrente passa attraverso di loro, alcuni poteri possono fare il lavoro mentre altri non possono. La forza che non può lavorare è la forza reattiva. Per mostrare intuitivamente la relazione tra potenza reattiva e potenza attiva, le persone usano il concetto di fattore di potenza per descrivere il tasso di utilizzo dell 'energia elettrica. Più il fattore di potenza è vicino a 1, maggiore è la proporzione di potenza attiva e maggiore è il tasso di utilizzo dell 'energia elettrica; viceversa, più il fattore di potenza è vicino a 0, più bassa è la proporzione di potenza attiva e più bassa è il tasso di utilizzo dell' energia elettrica. Per migliorare il tasso di utilizzo dell ' energia elettrica, è stato proposto il concetto di "compensazione reattiva ".
Comprendo i concetti di potenza reattiva, potenza attiva e fattore di potenza, nonché lo scopo fondamentale della compensazione reattiva per migliorare l'utilizzo dell 'energia elettrica, approfondiremo ora un' analisi dettagliata. Perché è necessaria una compensazione reattiva? Qual è il principio alla base della compensazione reattiva? Quali sono le forme di risarcimento? E come va la sua economia?
Capitolo 02: Perché è necessaria la compensazione reattiva
La potenza reattiva non è affatto potenza inutile. Nei sistemi di alimentazione a corrente alternata, induttori e condensatori sono carichi indispensabili, come i carichi ferro-magnetistici di motori e trasformatori. Senza eccitazione reattiva induttiva, l'apparecchiatura non può funzionare correttamente. Ad esempio, una linea di trasmissione elettrica a distanza fissa è in sé un carico capacitivo, che agisce come un condensatore quando fornisce energia. Nei sistemi di alimentazione a corrente alternata, l'esistenza della potenza reattiva svolge un ruolo significativo nella trasmissione e nello scambio di energia ed è indispensabile. Infatti, il sistema non può funzionare correttamente senza lo scambio di potenza reattiva.
Da dove viene una grande quantità di potenza reattiva? Nel sistema, numerosi carichi reattivi, in particolare carichi reattivi induttivi, in genere attirano energia reattiva dalle centrali elettriche. Quando un generatore è in funzione, non solo rilascia energia elettrica attiva nel sistema, ma fornisce anche la corrispondente energia reattiva ai carichi induttivi. Il generatore deve mantenere una potenza reattiva adeguata durante il funzionamento. Il mancato intervento potrebbe avere un impatto dannoso sul sistema di generazione di energia, evidenziando l'importanza di mantenere l'equilibrio della potenza reattiva nel sistema.
Quando la domanda di potenza reattiva nel sistema aumenta, se non sono installati dispositivi di compensazione reattiva artificiale nel sistema, la centrale elettrica deve aumentare la sua potenza reattiva attraverso la modulazione di fase. Tuttavia, a causa della limitata capacità del generatore, ciò ridurrebbe necessariamente la sua potenza attiva, riducendo efficacemente la sua capacità di produzione complessiva. Per soddisfare la domanda di elettricità, la capacità di generatori, linee elettriche e trasformatori essere aumentati. Ciò non solo aumenterebbe gli investimenti nell ' alimentazione, ma anche ridurrebbe i tassi di utilizzo delle attrezzature e aumenterebbe le perdite di linea.
Per ridurre la pressione di alimentazione reattiva delle centrali elettriche, investiamo i condensatori corrispondenti nei punti del sistema di alimentazione in cui i carichi induttivi consumano una grande quantità di energia per fornire potenza reattiva ai carichi induttivi. Ciò riduce notevolmente la pressione di alimentazione reattiva sulle centrali elettriche. Sulla base del miglioramento del fattore di potenza naturale, gli utenti progettare e installare dispositivi di compensazione reattiva e attivarli o disattivarli tempestivamente in base alle fluttuazioni di carico e tensione per evitare la consegna inversa di potenza reattiva. Allo stesso tempo, il fattore di potenza dell 'utente dovrebbe soddisfare lo standard corrispondente per evitare tariffe elettriche aggiuntive dal reparto di alimentazione. Pertanto, sia per i dipartimenti di alimentazione elettrica che per gli utenti di elettricità, la compensazione automatica della potenza reattiva per migliorare il fattore di potenza e prevenire la consegna inversa della potenza reattiva è di grande importanza nel risparmiare energia e migliorare la qualità operativa.
Capitolo 03: Qual è il principio della compensazione reattiva?
● Analizzato dalla prospettiva dell'assorbimento e del rilascio di energia
La maggior parte dei carichi reattivi menzionati nel sistema sono generalmente carichi reattivi induttivi. Quando i dispositivi con carichi di potenza capacitivi sono collegati in parallelo con carichi di potenza induttivi nello stesso circuito, il carico capacitivo rilascia energia quando il carico reattivo induttivo assorbe l'energia e viceversa. L'energia viene scambiata tra i carichi induttivi e capacitivi. La potenza reattiva assorbita dal carico capacitivo può essere compensata dall 'uscita di potenza reattiva del dispositivo di carico capacitivo, e la potenza reattiva è bilanciata localmente per ridurre le perdite di linea, migliorare la capacità di carico, ridurre le perdite di tensione e alleviare la pressione di alimentazione della centrale elettrica. Questo è il principio di base della compensazione reattiva.
● Analizzato dalla prospettiva di fase (induttiva/capacitiva)
In un carico induttivo puro, il IL corrente è in ritardo rispetto alla tensione di 90 ° e la sua potenza è indicata come potenza reattiva induttiva. Al contrario, in un carico capacitivo puro, la corrente Ic è davanti alla tensione di 9 0 ° e la sua potenza è nota come potenza reattiva capacitiva.
La differenza di fase tra la corrente in un condensatore e la corrente in un induttore è di 180 °, che possono cancellare l'un l'altro. La maggior parte dei carichi in un sistema di alimentazione sono induttivi, quindi la corrente totale I sarà in ritardo con la tensione di un angolo Φ 1. Se un condensatore parallelo è collegato in parallelo al carico, allora I ′ = I IC. La corrente del condensatore compenserà una parte della corrente induttiva, con conseguente riduzione della corrente totale da I a I ', e l'angolo di fase viene ridotto da Φ 1 a Φ 2. Questo può migliorare il fattore di potenza e gestire la potenza reattiva localmente.
04 Quali sono le forme di compensazione della potenza reattiva?
In generale, ci sono molte forme di compensazione della potenza reattiva, tra cui:
In base al livello di tensione del punto di accoppiamento comune (PCC) in cui viene applicata la compensazione, può essere suddiviso in compensazione ad alta tensione, compensazione a media tensione e compensazione a bassa tensione.
In base alla posizione del punto di compensazione nel sistema di trasmissione e distribuzione di potenza, può essere suddiviso in compensazione in loco sul lato dell'apparecchiatura, compensazione parziale locale nell'area e compensazione centralizzata nella sottostazione.
In base al tipo di apparecchiatura di compensazione, può essere diviso in compensazione del condensatore di commutazione. Compensazione FC (compensazione meccanica rotativa)(ad esempio compensatori sincroni, generatori sincroni e motori sincroni), compensazione di potenza reattiva statica (compensatori var statici: condensatori a commutazione tiristor TSC, reattori a controllo tiristor TCR, reattori a controllo magnetico MCR; compensatori sincroni statici STATCOM; generatori statici var SVG), e compensazione di potenza reattiva composita (FC TCR, FC MCR, FC STATCOM).
● Moduli di compensazione basati sull'ubicazione della compensazione
Successivamente, introdurremo brevemente le forme di compensazione della potenza reattiva per i sistemi a bassa tensione 0.4KV basati su diverse posizioni di compensazione.
Compensazione dell 'apparecchiatura sul posto La compensazione dell' apparecchiatura sul posto è un metodo per fornire una compensazione della potenza reattiva a singole apparecchiature elettriche. Ciò implica collegare direttamente i condensatori allo stesso circuito elettrico della singola attrezzatura e utilizzare lo stesso interruttore per il controllo, operando contemporaneamente o scollegandoli. Questo metodo di compensazione ha l'effetto migliore in quanto i condensatori sono vicini all 'apparecchiatura elettrica per bilanciare localmente la corrente reattiva, evitando la sovracompensazione in condizioni di scarico e garantendo la qualità dell' energia. Questo metodo di compensazione è comunemente utilizzato per motori ad alta e bassa tensione e altre apparecchiature elettriche. Tuttavia, quando l'attrezzatura utente funziona in modo non continuo, il tasso di utilizzo dei condensatori è basso e i loro benefici di compensazione non possono essere pienamente realizzati.
Compensazione parziale locale nell'area La compensazione parziale locale nell'area comporta l'installazione di condensatori in gruppi nelle sale di distribuzione delle officine o nelle linee di diramazione delle sottostazioni. Questi condensatori possono essere aggiunti o rimossi in base alle modifiche del carico del sistema. Anche l'effetto di compensazione è buono, ma il costo è relativamente alto.
Compensazione centralizzata nella sottostazioneLa compensazione centralizzata nella sottostazione comporta l'installazione di tutti i gruppi di condensatori sulle barre bus primarie o secondarie della sottostazione. Questo metodo di compensazione è semplice da installare, affidabile in funzione e può compensare collettivamente la potenza reattiva del sistema a bassa tensione 0.4KV. Ha un effetto diretto sul miglioramento del fattore di potenza sul lato primario del trasformatore (di solito un punto di misurazione di 10KV). Questo tipo di metodo di compensazione è attualmente la soluzione più ampiamente utilizzata e relativamente conveniente.
● Moduli di compensazione basati su tipi di apparecchiature di compensazione
Ci sono molti tipi di apparecchiature di compensazione e la scelta è generalmente basata sull 'effettiva apparecchiatura operativa sul sito. Ogni dispositivo di compensazione ha i suoi vantaggi e svantaggi. In questo articolo, presenteremo brevemente due prodotti che sono più ampiamente utilizzati nel sistema di distribuzione a 0,4 KV sul mercato: la compensazione del condensatore di commutazione (compensazione FC) e il generatore di var statico (compensazione SVG).
Compensazione del condensatore di commutazione (compensazione FC)
La compensazione del condensatore di commutazione è il metodo tradizionale di compensazione del condensatore parallelo. Il suo principio è quello di aumentare la richiesta reattiva induttiva del carico di compensazione reattiva capacitiva per migliorare la stabilità della tensione di carico e migliorare il fattore di potenza.
A causa del fatto che la commutazione dei condensatori paralleli in tempi precedenti è stata ottenuta attraverso contattori, che hanno un tempo di risposta sulla scala di secondo livello, il suo svantaggio fatale è stata la grande corrente di inrush durante la commutazione. In casi gravi, potrebbe raggiungere 50 - 100 volte la corrente nominale del condensatore di compensazione, con conseguente luce ad arco significativa e causando danni ai condensatori e ai contattori. Sulla base del funzionamento effettivo dei carichi in loco, alternative ai contattori come interruttori sincroni, interruttori ibridi e interruttori tiristi sono gradualmente emersi sul mercato. Queste alternative hanno notevolmente migliorato la commutazione a tensione zero e l'interruzione a corrente zero, riducendo significativamente i danni alle apparecchiature causati dalla commutazione della corrente di inrottamento.
Per ottenere un controllo di commutazione intelligente, un sistema diversificato di acquisizione dei dati, diverse funzioni di protezione e una installazione e manutenzione semplificate, è stato sviluppato un altro tipo di compensazione del condensatore di commutazione negli ultimi anni: il condensatore intelligente. Rispetto alla tradizionale compensazione della capacità, ha molteplici funzioni tecnologiche che i condensatori tradizionali non possono raggiungere. Inoltre, con l'elettronizzazione delle apparecchiature di carico, l'impatto delle armoniche sul sistema di distribuzione non può essere ignorato, in particolare sui condensatori. Pertanto, in risposta agli effetti armonici, la compensazione FC ha anche subito molti miglioramenti correlati. Ad esempio, è stato introdotto il concetto di tasso di reattanza in serie. Quando dovrebbe essere utilizzato un tasso di reattanza serie del 6% o del 7%? E quando dovrebbe essere utilizzato un tasso di reattanza serie del 13% o 14%? Questa parte verrà spiegata ulteriormente in un argomento successivo.
Compensazione del generatore statico del Var (SVG)
Un generatore di vari statici è un nuovo dispositivo elettronico di potenza utilizzato per la compensazione di potenza reattiva.È in grado di compensare rapidamente e continuamente le variabili quantità di potenza reattiva e sequenze negative. La sua applicazione può superare la lenta velocità di risposta, il controllo della compensazione imprecisa e la tendenza a causare risonanza parallela e oscillazione di commutazione nei tradizionali compensatori di potenza reattiva come i compensatori FC.
Rispetto alla compensazione FC, i suoi tre principali vantaggi sono:
Tension Compensazione lineare della potenza reattiva con una fase di compensazione inferiore a 1KVar; con la compensazione priva di polarità, che può produrre potenza reattiva sia capacitiva che induttiva; con un tempo di risposta veloce, con un tempo di risposta totale inferiore a 5ms.
Economia della compensazione della potenza reattiva di Tsai Ing-wen
● Compensare la potenza reattiva per migliorare il fattore di potenza.
Secondo l'avviso sul "Metodo di regolazione delle tariffe elettriche in base al fattore di potenza", non è difficile scoprire che le regole di regolazione del fattore di potenza prendono 0,9 come valore standard. Aumentando il fattore di potenza, gli utenti possono ridurre le loro tariffe totali di elettricità. Inoltre, gli utenti di distribuzione con un fattore di potenza superiore a 0,9 possono anche ricevere premi dalla compagnia elettrica per l'aggiustamento del fattore di potenza. Attraverso una ragionevole compensazione, il fattore di potenza al punto di misurazione può essere regolato per soddisfare gli standard nazionali, che possono eliminare le tariffe del fattore di potenza e ridurre significativamente i costi dell 'elettricità per gli utenti elettrici.
Il risparmio energetico attivo dei dispositivi di compensazione di potenza reattiva dinamica riduce solo la perdita nell 'alimentazione e nella distribuzione di energia dal punto di compensazione al generatore. Pertanto, la compensazione della potenza reattiva sul lato della rete ad alta tensione non può ridurre la perdita sul lato a bassa tensione o migliorare il tasso di utilizzo dei trasformatori di potenza a bassa tensione. Secondo la teoria della compensazione ottimale, la compensazione della potenza reattiva dinamica locale ha l'effetto più significativo di risparmio energetico.
Inoltre, molti dispositivi di compensazione sul mercato promuovono concetti quali "risparmio energetico" e "risparmio energetico". La maggior parte di loro inizia con la compensazione della potenza reattiva, migliora il fattore di potenza, riduce le penalità del fattore di potenza o trasforma le penalità del fattore di potenza in premi del fattore di potenza, raggiungendo in ultima analisi l'obiettivo di risparmiare denaro per gli utenti di distribuzione. Pertanto, dal punto di vista del trasferimento di energia naturale nella natura, la compensazione della potenza reattiva, a rigor di parola, non appartiene alla categoria di "risparmio energetico" o "risparmio energetico". "Tuttavia, può davvero risparmiare denaro per gli utenti di distribuzione.
● Ridurre le perdite nelle linee di trasmissione e nei trasformatoriUna compensazione ragionevole può ridurre efficacemente la corrente del sistema. Prendendo come esempio una potenza naturale del sistema di 0,7, se il fattore di potenza del sistema viene aumentato fino a 1 attraverso dispositivi di compensazione, la corrente del sistema diminuirà di circa il 30%. Ciò significa che la perdita nelle linee e nei trasformatori può essere ridotta a P = I2R = (1-30%) 2R = 0,49R, che è una riduzione del 51% nelle perdite di linea e dei trasformatori. Il fattore di potenza naturale di un ' impresa elettrica è generalmente intorno a 0,7. Il tasso di riduzione della perdita di linea e della perdita di rame nei trasformatori dall 'aumento del fattore di potenza da 0,7 a oltre 0,95 è mostrato nella tabella seguente.
La riduzione delle perdite di linea e trasformatore e il risparmio di potenza attiva sono importanti misure di risparmio energetico. Nell'industria petrolifera, dove le linee sono lunghe e complesse, l'aumento delle apparecchiature di compensazione della potenza reattiva può ridurre la corrente operativa, riducendo così le perdite di linea e risparmiando la potenza attiva, con notevoli effetti di risparmio energetico.
● Aumentare la capacità di trasmissione della rete elettrica e migliorare l'utilizzo delle apparecchiature
I dispositivi di compensazione possono ridurre efficacemente la corrente del sistema e la potenza apparente, riducendo così efficacemente la capacità di tutte le apparecchiature correlate nella costruzione della rete elettrica e abbassando gli investimenti nella costruzione della rete elettrica. Per un sistema con un fattore di potenza di circa 0,7, una compensazione efficace può ridurre la corrente del sistema del 30%, il che significa aumentare la capacità di carico delle centrali elettriche e degli impianti di trasformazione e distribuzione dell 'energia del 30%.
Se c'è una capacità insufficiente nei trasformatori e nelle linee, può essere utilizzato il metodo di installazione di dispositivi di compensazione di potenza reattiva. L'installazione di dispositivi di compensazione della potenza reattiva può bilanciare la potenza reattiva localmente, riducendo la corrente che scorre attraverso linee e trasformatori, rallentando la velocità di invecchiamento del filo e dell 'isolamento del trasformatore e prolungando la loro vita utile. Allo stesso tempo, può liberare la capacità dei trasformatori e delle linee, aumentando la loro capacità di carico. Ad esempio, con un trasformatore di 100 KVA attualmente operativo al carico dell '85% con un COSΦ di 0,7, l'installazione di apparecchiature di compensazione di potenza reattiva può aumentare la capacità di carico del trasformatore del 30%. Gli utenti possono aumentare il loro carico senza espandere la capacità per facilitare l'ulteriore espansione della produzione.
● Miglioramento della qualità della tensione
Una grande quantità di carico induttivo nel sistema causerà la caduta di tensione sulle linee elettriche, specialmente alla fine delle linee elettriche. Una compensazione ragionevole può alleviare efficacemente la caduta di tensione di linea e migliorare la qualità dell'alimentazione.
La formula per calcolare la perdita di tensione nella linea è la seguente:
In the formula:
P - Active power, kW
U - Rated voltage, kV
R-Resistenza totale della linea, Ω
Q-potenza reattiva, kVar
Xl-Reattanza induttiva della linea, Ω
Poiché la reattanza induttiva del sistema è molto maggiore della sua impedenza, dalla formula si può vedere che i cambiamenti nella potenza reattiva possono influenzare in modo significativo le variazioni di tensione. Quando la potenza reattiva Q nella linea diminuisce, diminuisce anche la perdita di tensione.
Alla fine della linea di alimentazione, la tensione è generalmente bassa. L'aumento dei dispositivi di compensazione reattiva può aumentare la tensione all'estremità della linea per garantire un funzionamento sicuro e affidabile delle apparecchiature.
D'altra parte, con lo sviluppo dell 'industria, l'uso di un gran numero di apparecchiature di controllo automatico e carichi non lineari ha portato a un significativo flusso di armoniche nella rete di distribuzione elettrica, contaminando la rete. Uno dei modi principali per migliorare la qualità dell 'energia è quello di sopprimere o ridurre significativamente l'impatto delle armoniche sul sistema di alimentazione e sulle apparecchiature elettriche attraverso una ragionevole allocazione di apparecchiature di filtraggio di compensazione.
Infine, con l'ascesa di nuovi sistemi di alimentazione, i problemi di qualità dell'alimentazione sono destinati ad affrontare molti problemi relativi alla qualità dell'alimentazione, i seguenti problemi meritano un'ulteriore comprensione, familiarizzazione ed esplorazione:
1. Analisi dei problemi di risonanza, cos'è la risonanza?
2. Quali sono gli scenari comuni in cui i filtri sono spesso danneggiati?
3. Qual è la differenza tra compensazione locale e compensazione centralizzata dei filtri?
4. Come capire il requisito di ridurre le armoniche al 5%?
5. L'installazione dei filtri può davvero raggiungere il "risparmio energetico"?
6. In che modo l'integrazione di dispositivi elettronici di potenza come lo stoccaggio di energia, il fotovoltaico e l'energia eolica influisce sulla qualità dell'energia?
7. La domanda di qualità energetica nei sistemi di microgrid è importante?
8.... (and so on)
