II. Принципы компенсации реактивной мощности

В линейной схеме реактивная мощность определяется как переменный компонент мгновенной мощности с частотой равной 100/120 Гц в 50 - или 60-Гц системе. Реактивная мощность, вырабатываемая источником питания переменного тока, хранится в конденсаторе или реакторе в течение четверти цикла, и в следующие четверть цикла отправляется обратно в источник питания. Иными словами, реактивная мощность колеблется от источника переменного тока и конденсатора или реактора, а также между ними, на частоте в два раза больше ее номинального значения (50 или 60 Гц). По этой причине она может быть компенсирована использованием Вар генераторов, позволяющих исключить ее оборот между нагрузкой (индуктивной или емкостной) и источником, и, следовательно, улучшения стабильности напряжения в мощных системах. Компенсация реактивной мощности может быть реализована с Вар генераторами, соединенными параллельно или последовательно. Принципы обоих способов компенсации реактивной мощности как альтернативы описаны ниже.

А. Поперечная компенсация

Рис. 1 показывает принцип и теоретические последствия поперечной компенсации реактивной мощности в основной системе переменного тока, который содержит источник V1, линии электропередач и типичную индуктивную нагрузку.

На рис. 1 (а) показана система без компенсации и связанная с ней векторная диаграмма. В векторной диаграмме, фазовый угол тока был связан с нагрузкой, это означает, что активный ток Ip совпадает по фазе с напряжением на нагрузке V2. Поскольку нагрузка предполагается индуктивной, то она требует реактивной мощности для нормальной работы и, следовательно, источник должен поставлять ее, увеличивая ток от генератора и через линии электропередач. Если реактивная мощность передается рядом с нагрузкой, то значение тока может быть уменьшено или сведено к минимуму, снижены потери мощности и улучшено регулирование напряжения на нагрузке терминалов. Это можно сделать тремя способами: 1) на конденсаторах, 2) с источником напряжения, или 3) с источником тока. На рис. 1 (б), устройство на основе источника тока используется для компенсации реактивной составляющей тока нагрузки IQ. В результате, система регулирования напряжения улучшается, а реактивная составляющая тока от источника уменьшается или почти устраняется. Если нагрузка нуждается в опережающей компенсации, то индуктивность не потребуется. Кроме того, источник тока или источник напряжения могут быть использованы в качестве индуктивного шунта компенсации. Основным преимуществом использования источника напряжения или тока в качестве Вар генераторов (вместо индуктивности или конденсаторов) является то, что выработка реактивной мощности не зависит от напряжения в точке связи.

Б. Продольная компенсация

Var компенсации может быть также разного типа. Типичные системы продольной компенсации используют конденсаторы для уменьшения эквивалентного реактивного сопротивления линии электропередачи при номинальной частоте. Подключаемая продольно конденсаторы вырабатывает реактивную мощность, которая саморегулируемым образом снижает долю сопротивления передающей линии. В результате повышается функциональность системы передачи электроэнергии посредством:

1) увеличение угловой стабильности энергетического коридора; 2) улучшение стабильности напряжения коридора; 3) оптимизация разделения мощности между параллельными цепями.

Как и поперечная компенсация, продольная компенсация может также быть реализована с помощью устройств источника тока или напряжения и показана на рис. 2.

Рис. 2 (а) показывает ту же энергетическую систему, что и на рис. 1 (а), также со ссылкой на угол, а на рис. 2 (б) показаны результаты, полученные с продольной компенсацией через источник напряжения, который был скорректирован еще раз, чтобы иметь единство коэффициента мощности при работе. Тем не менее, стратегия компенсации отличается по сравнению с поперечной компенсацией. В этом случае, Vcomp напряжение было добавлено между линией и нагрузкой, чтобы изменить угол V2, который в настоящее время у напряжения на стороне нагрузки. С соответствующей корректировкой величины Vcomp, фактор единства мощности может снова быть достигнут в V2. Как можно видеть из векторной диаграммы на рис. 2 (б), Vcomp порождает напряжение с направлением, противоположным направлению падения напряжения в линии индуктивности, потому что он отстает от тока Ip.

Как уже отмечалось, продольная емкостная компенсация является наиболее распространенной стратегией. Набор конденсаторов устанавливается в рассечку линии, как показано на рис. 3, что означает, что все оборудование должно быть установлено на платформе, которая полностью изолирована для системы напряжения (обе клеммы на линии напряжения).

/ На этой платформе основная емкость находится вместе с защитой цепей от перенапряжения. Защита от перенапряжений является ключевым фактором выбранной конструкции, так как конденсаторная батарея должна выдержать пропускной ток короткого замыкания даже при тяжелых условиях. Первичная защита от перенапряжения обычно включает в себя нелинейные металл-оксидные варисторы, разрядники. Вторичная защита достигается с землей установкой ​​электроники, действующей на сигналы от оптических преобразователей тока в высоковольтные цепи.

Независимо от типа источника или конфигурации системы, различные требования должны быть приняты во внимание для успешной работы Вар генераторов. Некоторые из этих требований: простота, управляемость, динамика, стоимость, надежность и гармонические искажения. В следующих разделах описаны различные решения, используемые для Вар поколения и связанных с ними принципов работы и характеристик компенсации.