Was ist Reaktivkraft?
Wenn es um „Reaktivkompensation" geht, müssen wir zuerst das Konzept der Reaktivleistung verstehen. Reaktive Leistung ist relativ einfach zu verstehen, weil es Arbeit erledigen, Wärme erzeugen und Motordrehung, etc. Wenn zum Beispiel Wechselstrom durch einen reinen Widerstand fließt, kann der Strom den Widerstand Wärme erzeugen, was bedeutet, dass elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Reaktionskraft ist jedoch schwieriger zu verstehen. Es existiert nur in Wechselstrom, und es gibt kein Problem der Reaktivleistung in Gleichstrom. Zum Beispiel, wenn Wechselstrom durch reine Kapazität oder reine Induktivlast fließt, funktioniert er nicht. Mit anderen Worten, reine Kapazität oder reine Induktionslast verbraucht keine aktive Leistung, aber der Strom und die entsprechende Spannung, die durch sie fließt, bilden Wechselstrom, der als Reaktivleistung bezeichnet wird. Theoretisch gesehen funktioniert die Reaktivleistung nicht, so dass sie kein Licht und Wärme erzeugen sollte, noch kann sie die Motorrotation antreiben. Die Lasten, denen wir oft begegnen, sind selten reine induktive oder reine kapazitive, aber gemischte Lasten. Wenn Strom durch sie fließt, kann einige Kraft arbeiten, während andere nicht können. Die Kraft, die nicht arbeiten kann, ist Reaktionskraft. Um die Beziehung zwischen Reaktivleistung und Aktivleistung intuitiv zu zeigen, verwenden die Menschen das Konzept des Leistungsfaktores, um die Auslastungsrate von elektrischer Energie zu beschreiben. Je näher der Leistungsfaktor bei 1 ist, desto höher ist der Anteil der aktiven Leistung und desto höher ist die Auslastungsrate der elektrischen Energie; umgekehrt, je näher der Leistungsfaktor bei 0 ist, desto niedriger ist der Anteil der aktiven Leistung und desto niedriger ist die Auslastungsrate der elektrischen Energie. Um die Auslastungsrate von elektrischer Energie zu verbessern, wird das Konzept der "reaktiven Kompensation" vorgeschlagen.
Nachdem wir die Konzepte der Reaktivleistung, der aktiven Leistung und des Leistungsfaktores sowie den grundlegenden Zweck der Reaktivkompensation zur Verbesserung der elektrischen Energieverwendung verstanden haben, werden wir nun eine detaillierte Analyse eintauchen. Warum ist eine reaktive Kompensation notwendig? Was ist das Prinzip der reaktiven Kompensation? Was sind die Formen der Entschädigung? Und wie geht es seiner Wirtschaft?
Kapitel 02: Warum eine Reaktive Kompensation notwendig ist
Reaktive Leistung ist keineswegs nutzlose Leistung In Wechselstromversorgungssystemen sind Induktoren und Kondensatoren unverzichtbare Lasten, wie z.B. die eisernen Magnetenlasten von Motoren und Transformatoren. Ohne induktive reaktive Anregung kann die Ausrüstung nicht ordnungsgemäß funktionieren. Zum Beispiel ist eine Feststreckenstromübertragungsleitung selbst eine kapazitive Last, die bei der Stromlieferung wie ein Kondensator wirkt. In Wechselstromversorgungssystemen spielt die Existenz von Reaktivstrom eine bedeutende Rolle bei der Energieübertragung und dem Austausch und ist unerlässlich. Tatsächlich kann das System ohne reaktiven Stromwechsel nicht ordnungsgemäß funktionieren.
Woher kommt ein großer Teil der Reaktivkraft? Im System ziehen zahlreiche Reaktivlasten, insbesondere induktive Reaktivlasten, typischerweise Reaktivkraft aus Kraftwerken. Wenn ein Generator im Betrieb ist, gibt er nicht nur aktive elektrische Energie in das System frei, sondern liefert auch entsprechende reaktive Energie an induktive Lasten. Der Generator muss während des Betriebs eine angemessene Reaktivleistung aufrechterhalten. Das Versagen könnte sich negativ auf das Stromerzeugungssystem auswirken und unterstreicht die Bedeutung der Aufrechterhaltung des Reaktionsleistungsgleichgewichts im System.
Wenn die Nachfrage nach Reaktivleistung im System zunimmt, wenn keine künstlichen Reaktivkompensationsgeräte im System installiert sind, muss das Kraftwerk seine Reaktivleistung durch Phasenmodulation erhöhen. Aufgrund der begrenzten Kapazität des Generators würde dies jedoch notwendigerweise seine aktive Leistung reduzieren und seine Gesamtleistungskapazität effektiv reduzieren. Um die Nachfrage nach Strom zu decken, müssten die Kapazitäten von Generatoren, Stromleitungen und Transformatoren erhöht werden. Dies würde nicht nur die Investitionen in die Stromversorgung erhöhen, sondern auch die Auslastungsraten senken und die Leitungsverluste erhöhen.
Zur Reduzierung des Reaktivstromversorgungsdrucks von Kraftwerken investieren wir entsprechende Kondensatoren an Stellen im Stromversorgungssystem, an denen induktive Lasten einen großen Stromverbrauch verbrauchen, um die induktive Lasten mit Reaktivstrom zu versorgen. Dadurch wird der Druck der reaktiven Stromversorgung auf Kraftwerken deutlich verringert. Basierend auf der Verbesserung des natürlichen Leistungsfaktores sollten die Benutzer Reaktivkompensationsgeräte entwerfen und installieren und sie entsprechend ihren Last - und Spannungsschwankungen rechtzeitig aktivieren oder deaktivieren, um die Umkehrung der Reaktivleistung zu verhindern. Gleichzeitig sollte der Leistungsfaktor des Benutzers den entsprechenden Standard entsprechen, um zusätzliche Strompreise von der Stromversorgungsabteilung zu vermeiden. Daher ist sowohl für die Stromversorgungsabteilungen als auch für die Stromverbraucher die automatische Kompensation der Reaktivleistung, um den Leistungsfaktor zu verbessern und die Umkehrung der Reaktivleistung zu verhindern, von großer Bedeutung für die Energieeinsparung und die Verbesserung der Betriebsqualität.
Kapitel 03: Was ist das Prinzip der reaktiven Kompensation?
● Analyse aus der Perspektive der Energieabsorption und Freisetzung
Die meisten der im System erwähnten reaktiven Lasten sind im Allgemeinen induktive reaktive Lasten. Wenn Geräte mit kapazitiven Leistungslasten parallel mit induktiven Leistungslasten in derselben Schaltung verbunden sind, freisetzt die kapazitive Last Energie, während die induktive reaktive Last Energie absorbiert und umgekehrt. Energie wird zwischen den induktiven und kapazitiven Lasten ausgetauscht. Die Reaktivleistung, die von der kapazitiven Last absorbiert wird, kann durch die Reaktivleistungsausgabe der kapazitiven Lastvorrichtung kompensiert werden, und die Reaktivleistung wird lokal ausgeglichen, um die Linienverluste zu reduzieren, die Tragfähigkeit zu verbessern, die Spannungsverluste zu reduzieren und den Stromversorgungsdruck des Kraftwerks zu lindern. Dies ist das Grundprinzip der reaktiven Kompensation.
● Analysiert aus der Phase (induktive / kapazitive) Perspektive
In einer rein induktiven Last verlegt der Strom IL die Spannung um 90 °, und seine Leistung wird als induktive reaktive Leistung bezeichnet. Umgekehrt ist der Strom Ic bei einer reinen kapazitiven Last um 90 ° der Spannung voraus, und seine Leistung wird als kapazitive Reaktivleistung bekannt.
Der Phasenunterschied zwischen dem Strom in einem Kondensator und dem Strom in einem Induktor beträgt 180 °, die sich gegenseitig auslöschen können. Die meisten Lasten in einem Stromnetz sind induktiv, so dass der Gesamtstrom I die Spannung um einen Winkel Φ 1 hinterher verzögert. Wird ein Parallel-Kondensator parallel mit der Last angeschlossen, dann ist I ′ = I IC. Der Strom des Kondensators wird einen Teil des induktiven Stroms ausgleichen, was zu einer Reduktion des Gesamtstroms von I auf I ′ führt, und der Phasenwinkel wird von Φ 1 auf Φ 2 reduziert. Dadurch kann der Leistungsfaktor verbessert und die Reaktivleistung lokal verwaltet werden.
04 Was sind die Formen der Reaktivleistungskompensation?
Im Allgemeinen gibt es viele Formen der Reaktivleistungskompensation, einschließlich:
Basierend auf dem Spannungsniveau des gemeinsamen Kopplungspunkts (PCC), an dem die Kompensation angewendet wird, kann es in Hochspannungskompensation, Mittelspannungskompensation und Niedrigspannungskompensation unterteilt werden.
Basierend auf der Position des Kompensationspunkts im Stromübertragungs - und Verteilungssystem kann es in die Kompensation vor Ort an der Ausrüstungsseite, die lokale Teilkompensation in der Gegend und die zentrale Kompensation im Umspannwerk unterteilt werden.
Basierend auf der Art der Kompensationsausrüstung kann es in Schaltkondensatorkompensation unterteilt werden. FC-Kompensation (mechanische Rotationskompensation)(z. B. Synchronkompensatoren, Synchrongeneratoren und Synchronmotoren), statische Reaktivleistungskompensation (statische Varkompensatoren: Thyristor-Schaltkondensatoren TSC, Thyristor-gesteuerte Reaktoren TCR, magnetisch gesteuerte Reaktoren MCR; statische synchrone Kompensatoren STATCOM; statischen VAR-Generatoren SVG), und Composite Reaktivleistungskompensation (FC TCR, FC MCR, FC STATCOM).
● Entschädigungsformulare basierend auf Entschädigungsstandort
Als nächstes werden wir kurz die Formen der Reaktivleistungskompensation für Niederspannungssysteme von 0,4 KV anhand verschiedener Kompensationsstandorte vorstellen.
Vor-Ort - Ausrüstungskompensation Vor-Ort - Ausrüstungskompensation ist eine Methode zur Bereitstellung von Reaktionsleistungskompensation für einzelne elektrische Geräte. Dabei werden Kondensatoren direkt an die gleiche elektrische Schaltung wie die einzelnen Geräte angeschlossen und der gleiche Schalter zur Steuerung verwendet, entweder gleichzeitig betrieben oder getrennt. Diese Kompensationsmethode hat die beste Wirkung, da sich die Kondensatoren in der Nähe der elektrischen Ausrüstung befinden, um den Reaktionsstrom lokal auszugleichen, eine Überkompensation während der Nichtlastbedingungen zu vermeiden und die Stromqualität zu gewährleisten. Diese Kompensationsmethode wird üblicherweise für Hoch - und Niederspannungsmotoren und andere elektrische Geräte verwendet. Wenn die Benutzergeräte jedoch nicht kontinuierlich betrieben werden, ist die Auslastungsrate der Kondensatoren niedrig, und ihre Kompensationsvorteile können nicht vollständig realisiert werden.
Lokale Teilkompensation im BereichDie lokale Teilkompensation im Bereich beinhaltet die Installation von Kondensatoren in Gruppen in Werkstattverteilräumen oder Umspannungsleitungen. Diese Kondensatoren können basierend auf Systemlaständerungen hinzugefügt oder entfernt werden. Der Kompensationseffekt ist ebenfalls gut, aber die Kosten sind relativ hoch.
Zentrale Kompensation im UmspannwerkZentrale Kompensation im Umspannwerk beinhaltet die Installation aller Kondensatorgruppen an den primären oder sekundären Busstangen im Umspannwerk. Diese Kompensationsmethode ist einfach zu installieren, zuverlässig im Betrieb und kann die Reaktivleistung des Niederspannungssystems von 0,4 KV kollektiv kompensieren. Es hat einen direkten Effekt auf die Verbesserung des Leistungsfaktores an der Primärseite des Transformators (in der Regel ein 10 - KV-Messpunkt). Diese Art von Kompensationsmethode ist derzeit die am häufigsten verwendete und relativ kostengünstigste Lösung.
● Entschädigungsformulare basierend auf Entschädigungsgerätetypen
Es gibt viele Arten von Ausgleichsgeräten, und die Wahl basiert im Allgemeinen auf der tatsächlichen Betriebsausrüstung am Standort. Jedes Kompensationsgerät hat seine Vor - und Nachteile. In diesem Artikel werden wir kurz zwei Produkte vorstellen, die am häufigsten im 0,4 - KV-Verteilungsnetz auf dem Markt verwendet werden: Schaltkondensatorkompensation (FC-Kompensation) und statischer Vargenerator (SVG-Kompensation).
Switching Capacitor Compensation (FC Compensation)
Die Schaltkondensatorkompensation ist die traditionelle Methode der parallelen Kondensatorkompensation. Sein Prinzip besteht darin, die induktive reaktive Nachfrage der kapazitiven reaktive Kompensationslast zu erhöhen, um die Stabilität der Lastspannung zu verbessern und den Leistungsfaktor zu verbessern.
Aufgrund der Tatsache, dass die Schaltung von Parallelkondensatoren in früheren Zeiten durch Kontakteure erreicht wurde, die eine Reaktionszeit auf der zweiten Stufe haben, war ihr fataler Nachteil der große Einstoßstrom während der Schaltung. In schweren Fällen kann es 50 - 100 - mal den Nennstrom des Kompensationskondensators erreichen, was zu erheblichem Bogenlicht führt und zu Schäden an Kondensatoren und Kontaktoren. Basierend auf dem tatsächlichen Betrieb von Vor-Ort - Lasten sind Alternativen zu Kontaktoren wie Synchronschalter, Hybridschalter und Thyristor-Schalter allmählich auf dem Markt entstanden. Diese Alternativen haben das Schalten bei Nullspannung und das Unterbrechen bei Nullstrom erheblich verbessert, wodurch die Gerätebeschädigung durch den Schaltstrom erheblich reduziert wird.
Um eine intelligente Schaltsteuerung, ein diversifiziertes Datenerfassungssystem, vielfältige Schutzfunktionen und eine vereinfachte Installation und Wartung zu erreichen, wurde in den letzten Jahren eine weitere Art von Schaltkondensatorkompensation entwickelt - der intelligente Kondensator. Im Vergleich zur traditionellen Kapazitätskompensation hat es mehrere technologische Funktionen, die traditionelle Kondensatoren nicht erreichen können. Mit der Elektronisierung von Lastgeräten können außerdem die Auswirkungen von Harmoniken auf das Verteilsystem, insbesondere auf Kondensatoren, nicht ignoriert werden. Daher hat die FC-Kompensation als Reaktion auf harmonische Effekte auch viele damit verbundene Verbesserungen erfahren. Zum Beispiel wurde das Konzept der Serienreaktionsrate eingeführt. Wann sollte eine Reaktionsrate von 6% oder 7% verwendet werden? Und wann sollte eine 13% oder 14% Serienreaktionsrate verwendet werden? Dieser Teil wird in einem späteren Thema weiter erläutert.
Static Var Generator (SVG) Kompensation
Ein statischer VAR-Generator ist ein neues Leistungselektronisches Gerät, das für die Reaktivleistungskompensation verwendet wird. Es kann schnell und kontinuierlich unterschiedliche Mengen an Reaktivleistung und negative Sequenzen kompensieren. Seine Anwendung kann die langsame Reaktionsgeschwindigkeit, ungenaue Kompensationssteuerung und die Tendenz zur Verursachung von parallelen Resonanzen und Schaltoscillationen in traditionellen Reaktivleistungskompensatoren wie FC-Kompensatoren überwinden.
Im Vergleich zur FC-Kommensation haben die drei Hauptvorteile::
1 Lineare Kompensation der Reaktivleistung mit einem Kompensationsschritt kleiner als 1 KVar; 2 Polarfreie Kompensation, die sowohl kapazitive als auch induktive Reaktivleistung ausgeben kann; 3 Schnelle Reaktionszeit, mit einer Gesamtreaktionszeit von weniger als 5 ms.
Ökonomie der Reaktivleistungskompensation von Tsai Ing-wen
● Kompensieren Sie die reaktive Leistung, um den Leistungsfaktor zu verbessern.
Laut der Mitteilung über die "Methode der Anpassung von Stromgebühren auf Basis des Leistungsfaktores" ist es nicht schwer zu finden, dass die Regeln für die Anpassung des Leistungsfaktores 0,9 als Standardwert nehmen. Durch die Erhöhung des Leistungsfaktoren können die Nutzer ihre Gesamtsumme für Strom reduzieren. Zusätzlich können Verteilungsnutzer mit einem Leistungsfaktor von über 0,9 auch vom Stromversorger für die Leistungsfaktoranpassung Prämien erhalten. Durch eine angemessene Kompensation kann der Leistungsfaktor am Messpunkt an die nationalen Standards angepasst werden, wodurch die Leistungsfaktorgebühren beseitigt und die Stromkosten für Stromverbraucher erheblich reduziert werden können.
Die aktive Energieeinsparung von dynamischen Reaktivleistungskompensationsgeräten reduziert nur den Verlust bei der Stromversorgung und - verteilung vom Kompensationspunkt bis zum Generator. Daher kann die Reaktivleistungskompensation auf der Hochspannungsnetzseite den Verlust auf der Niedrigspannungsseite nicht reduzieren oder die Auslastungsrate von Niedrigspannungsstromtransformatoren verbessern. Gemäß der optimalen Kompensationstheorie hat die lokale dynamische Reaktivleistungskompensation den bedeutendsten Energieeinspareffekt.
Zusätzlich fördern viele Kompensationsgeräte auf dem Markt Konzepte wie „Energiespar" und „Energiespar". Die meisten von ihnen beginnen mit der reaktiven Leistungskompensation, verbessern den Leistungsfaktor, reduzieren die Leistungsfaktorstrafen oder verwandeln die Leistungsfaktorstrafen in Leistungsfaktorprämien und erreichen letztendlich das Ziel, Geld für die Verteilungsnutzer zu sparen. Aus der Perspektive der natürlichen Energieübertragung in der Natur gehört daher die Reaktivleistungskompensation streng genommen nicht zur Kategorie "Energiespar" oder "Energiesparung". "Es kann jedoch für Vertriebsanwender wirklich Geld sparen.
● Verringerung von Verlusten in Übertragungsleitungen und Transformatoren Eine angemessene Kompensation kann den Systemstrom effektiv reduzieren. Nehmen wir eine natürliche Leistung des Systems von 0,7 als Beispiel, wenn der Leistungsfaktor des Systems durch Kompensationsgeräte auf nahe 1 erhöht wird, sinkt der Systemstrom um etwa 30%. Das bedeutet, dass der Verlust in Leitungen und Transformatoren auf P = I2R = (1 - 30%) 2R = 0,49R reduziert werden kann, was eine Reduzierung der Leitungs - und Transformatorverluste um 51% darstellt. Der natürliche Leistungsfaktor eines Strombetriebes beträgt im Allgemeinen etwa 0,7. Die Rate der Reduktion von Leitungsverlusten und Kupferverlusten in Transformatoren durch die Erhöhung des Leistungsfaktores von 0,7 auf über 0,95 ist in der folgenden Tabelle gezeigt.
Die Reduzierung von Leitungs - und Transformatorverlusten sowie die Einsparung von aktiver Leistung sind wichtige Energieeinsparmaßnahmen. In der Erdölindustrie, in der Linien lang und komplex sind, kann die Erhöhung der Reaktivleistungskompensationsgeräte den Betriebsstrom reduzieren, wodurch die Linienverluste reduziert werden und aktive Leistung sparen, mit spürbaren Energieeinsparwirkungen.
● Erhöhung der Übertragungskapazität des Stromnetzes und Verbesserung der Auslastung von Geräten
Kompensationsgeräte können den Strom und die scheinbare Leistung des Systems effektiv reduzieren, wodurch die Kapazität aller verwandten Ausrüstungen im Stromnetzbau effektiv reduziert und die Investitionen in den Stromnetzbau reduziert werden. Bei einem System mit einem Leistungsfaktor von etwa 0,7 kann eine effektive Kompensation den Systemstrom um 30% reduzieren, was bedeutet, dass die Tragfähigkeit von Kraftwerken und Stromwandlern und - verteilern um 30% erhöht wird.
Wenn die Kapazität in Transformatoren und Leitungen unzureichend ist, kann die Methode der Installation von Reaktivleistungskompensationsgeräten verwendet werden. Die Installation von Reaktivleistungskompensationsgeräten kann die Reaktivleistung lokal ausgleichen, den Strom durch Leitungen und Transformatoren reduzieren, die Alterung der Draht - und Transformatorisolierung verlangsamen und ihre Lebensdauer verlängern. Gleichzeitig kann es die Kapazität von Transformatoren und Leitungen freisetzen und deren Tragfähigkeit erhöhen. Beispielsweise kann bei einem 100 KVA-Transformator, der derzeit bei einer Belastung von 85% mit einem COSΦ von 0,7 betrieben wird, die Installation von Reaktivleistungskompensationsgeräten die Belastungskapazität des Transformators um 30% erhöhen. Anwender können ihre Belastung erhöhen, ohne die Kapazität zu erweitern, um eine weitere Produktion zu erleichtern.
● Verbesserung der Spannungsqualität
Eine große Menge an induktiver Last im System verursacht einen Spannungsabfall an den Stromleitungen, insbesondere am Ende der Stromleitungen. Eine angemessene Kompensation kann den Abfall der Leitungsspannung wirksam lindern und die Stromqualität verbessern.
Die Formel zur Berechnung des Spannungsverlusts in der Linie lautet wie folgt::
In der Formel:
P - Aktive Leistung, kW
U - Nennspannung, kV
Ω R - Gesamtwiderstand der Linie,
Q - Reaktive Leistung, kVar
Xl - Induktive Reaktanz der Linie, Ω
Wie das System' Da die induktive Reaktanz der Spannung viel größer ist als ihre Impedanz, kann aus der Formel gesehen werden, dass Änderungen der Reaktivleistung Spannungsschwankungen signifikant beeinflussen können. Wenn die Reaktionsleistung Q in der Leitung sinkt, sinkt auch der Spannungsverlust.
Am Ende der Stromleitung ist die Spannung im Allgemeinen niedrig. Erhöhende reaktive Kompensationsgeräte können die Spannung an der Linie erhöhen' Ziel ist es, einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten.
Auf der anderen Seite hat mit der Entwicklung der Industrie die Verwendung einer großen Anzahl von automatischen Steuergeräten und nichtlinearen Lasten zu einem erheblichen Fluss von Harmoniken im Stromverteilungsnetz geführt, was das Netz verunreinigt. Eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Verbesserung der Stromqualität besteht darin, die Auswirkungen von Harmoniken auf das Stromversorgungssystem und die elektrische Ausrüstung durch eine angemessene Zuordnung von Kompensationsfiltergeräten zu unterdrücken oder erheblich zu reduzieren.
Schließlich sind mit dem Aufstieg neuer Stromsysteme Stromqualitätsprobleme mit vielen Problemen im Zusammenhang mit der Stromqualität konfrontiert, die folgenden Fragen sind es wert, weiter zu verstehen, vertraut zu werden und zu erforschen.:
1. Analyse von Resonanzfragen, was ist Resonanz?
2. Was sind die häufigen Szenarien, in denen Filter häufig beschädigt werden?
3. Was ist der Unterschied zwischen lokaler Kompensation und zentraler Kompensation von Filtern?
4. Wie versteht man die Anforderung, die Harmoniken auf 5% zu reduzieren?
5. Kann die Installation von Filtern wirklich „Energieeinsparungen" erreichen?
6. Wie wirkt sich die Integration von Leistungselektronik wie Energiespeicher, Photovoltaik und Windenergie auf die Stromqualität aus?
7. Ist die Nachfrage nach Stromqualität in Mikrogrid-Systemen wichtig?
8.... (and und so)
