5.7. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности

Продольная составляющая падения напряжения в сети U_C определяется по выражению (рис. 5.8, а)

Рис. 5.8. Режимы работы компенсирующих устройств:

a — включение синхронного компенсатора; б, в — векторные диаграммы синхрон- ного компенсатора при перевозбуждении и недовозбуждении; г — включение бата­- реи конденсаторов

где P_H, Q_H — потоки мощности; r_C, x_C — активное и реактив­- ное сопротивления сети.

Из последнего выражения видно, что падение напряже­- ния зависит от потоков реактивной и активной мощностей сети. По линии должна передаваться такая активная мощ­- ность, какая нужна потребителю. Активную мощность ли­- ний нельзя изменять для регулирования напряжения. В пи­- тающих сетях активное сопротивление меньше реактивного сопротивления линии. Следовательно, именно произведе­- ние Q_Hx_C оказывает решающее влияние на падение напря­- жения в сетях при регулировании U за счет изменения по­- токов мощности.

Для изменения потоков реактивной мощности применя­- ют компенсирующие устройства — батареи конденсаторов (БК), синхронные компенсаторы (СК), а также статиче­- ские источники реактивной мощности (ИРМ).

Использование в качестве компенсирующего устройства синхронных компенсаторов иллюстрируется на рис. 5.8, а. Напряжение в конце линии до установки компенсатора оп- ределяется выражением

(5.7)

Пусть U₂ ниже допустимого. После включения СК в кон- це линии U₂ определяется следующим образом:

(5.8)

Определим мощность СК, необходимую для того, что- бы напряжение стало допустимым. Для этого положим в (5.8) U₂=U_2ДОП и вычтем из (5.8) выражение (5.7):

(5.9)

Мощность СК определяется выражением

При допущении 1/ U_2ДОП 1/U_2.будем считать, что два первых слагаемых в правой части (5.9) равны. При этом допущении мощность СК определяется простым выражени- ем, вытекающим из (5.9):

(5.10)

При практических расчётах Q_C.K определяется по выра- жению (5.10).

Синхронные компенсаторы могут работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

При перевозбуждении они генерируют реактивную мощ- ность Q_C.K^ПЕРЕВ=Q_C.K.НОМ. При недовозбуждении они потреб- ляют реактивную мощность Q_C.K^НЕДОВ=0.5Q_C.K.НОМ, что при­- водит к увеличению потерь напряжения в сети и к умень­- шению напряжения у потребителей. Недовозбуждение синхронных компенсаторов можно использовать, когда надо снизить напряжение, например в режиме наименьших на­- грузок. На рис. 5.8, б и в представлены векторные диаграм- мы в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

До включения синхронного компенсатора

U₂ = U₁ –I_НZ_C;

U₂ = U₁ – I_H r_C – I_H jx_C .

После его включения

U_2ДОП = U₁ – (I_Н +I_C.K) Z_C;

U₂ = U₁ – I_H r_C – I_C jx_C – I_C.K r_C – I_C.K jx_C.

Здесь U₁ , U₂ — напряжения в начале и в конце сети; I_Н — ток в сети; Z_C — сопротивление сети; I_C.K — ток син­- хронного компенсатора.

В режиме перевозбуждения СК ток I_C.K, текущий из се­- ти, опережает на 90° напряжение U₂. Из векторной диа- граммы (рис. 5.8, б) видно, что в этом режиме модуль на­- пряжения повышается с U₂ до U_2ДОП. В режиме недовозбуж- дения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки на противоположные. Ток I_C.K, текущий из сети, отстает на 90° от напряжения U₂. Из векторной диаграммы (рис. 5.8, в) видно, что в этом режиме модуль напряжения пони­- жается с U₂ до U_2ДОП.НМ.

Включение в качестве компенсирующего устройства ба- тарей конденсаторов позволяет только повышать напряже- ние, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реак- тивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллель- но к сети (рис. 5.8, г), обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БК, генерируя реактивную мощность, повышает коэффициент мощности сети и одно­- временно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, ког- да напряжение в сети повышено, должно быть предусмот­- рено отключение части БК, чтобы уровни напряжений не превышали допустимых значений.

Векторная диаграмма при поперечной компенсации с по- мощью БК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения (рис. 5.8, б), где вместо тока I_C.K следует говорить о токе I_K. В этом случае, как и при использовании СК, уменьша­- ется потеря напряжения в сети и увеличивается напряже­- ние U₂, а также угол сдвига между напряжениями в конце и в начале линии.

Реактивная мощность Q_K, генерируемая БК, определя­- ется по выражению (5.10), которое преобразуется к виду

(5.11)

В последнем выражении относительное повышение на- пряжения U₂ при регулировании, т. е. при поперечной ком- пенсации, равно

Выражение (5.11) легко получить из (5.10), если U_2.ДОП заменить на U_НОМ.

Следовательно, мощность БК определяется напряжени- ем сети и ее реактивным сопротивлением, при этом с умень- шением сопротивления сети возрастает необходимая мощ- ность БК.

При продольной компенсации повышение напряжения, создаваемое УПК, прямо пропорционально току нагрузки линии. В отличие от УПК повышение напряжения в сети, создаваемое поперечной компенсацией, не зависит от тока нагрузки и определяется параметрами сети (x_C) и емкост­- ным током, т. е. емкостью БК. Это следует из рис. 5.8, б, где снижение потери напряжения в сети определяется в ос­- новном величиной I_Kx_C, так как величина I_Kr_C мало влияет на регулирование напряжения