Компенсации реактивной мощности: Что такое Компенсация реактивной мощности?

Для чего необходима компенсация реактивной мощности? Устройство компенсации реактивной мощности

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т. е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

Соответственно все оборудование питания сети, передачи и распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может соответственно снизиться. Дальнейшим фактором повышения затрат является возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах. Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cos(ф) = 1 мощность потерь равную 10 KW. При cos(ф) = 0,6 она повышается на 180% и составляет уже 28 KW. Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом.

В результате этого:

• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• снижается пропускная способность распределительной сети;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

 

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети. Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности КРМ-0,4 (УКМ-58) — конденсаторные установки, основными элементами которых являются конденсаторы.

Правильная компенсация позволяет:

• снизить общие расходы на электроэнергию;
• уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
• снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
• снизить влияние высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях

• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
• увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети.

А во вновь создаваемых сетях — уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

 

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности – вот ключ к решению вопроса энергосбережения.

Основные потребители реактивной мощности:

• асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами;
• электрические печи 8%;
• преобразователи 10%;
• трансформаторы всех ступеней трансформации 35%;
• линии электропередач 7%.

 

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

Мало нагруженные трансформаторы также имеют низкий коэффициент мощности (косинус фи). Поэтому, применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий косинус фи энергетической системы будет низок и ток нагрузки электрической, без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от косинус фи на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.

Кроме этого, реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
• снизить расходы на оплату электроэнергии
• при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

 

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

Способы и средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения

Анонс: Технически корректная концепция средств и способов компенсации реактивной мощности. Активные и пассивные средства компенсации реактивной мощности. Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения.

Средства компенсации реактивной мощности – любые устройства и мероприятия, посредством которых можно целенаправленно воздействовать на баланс реактивной мощности в системах электроснабжения, причем и путем уменьшения потребляемой, и увеличения генерации реактивной мощности. Способы компенсации реактивной мощности – системное применение средств по определенным схемам, оптимальным реактивной нагрузке систем электроснабжения.

Средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения.

Все средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения условно делят на пассивные и активные, причем реализация пассивных средств приводит к уменьшению объемов потребляемой реактивной мощности, а активные средства генерируют реактивную мощность и интегрируются в электрические сети в соответствии с оптимальным способом компенсации.

Пассивные средства компенсации реактивной мощности.

Типовыми средствами компенсации реактивной мощности, используемыми для разгрузки сети по реактивным токам, сегодня являются:

• организационно-технические мероприятия по оптимизации административных, производственных и технологических процессов, позволяющие обеспечить улучшение энергетического режима работы энергоприемников – оборудования, устройств, систем.
  Это замена устаревшего не энергоэффективного оборудования, модернизация систем освещения, контроля и управления процессами, не одновременное, а распределенное (несмимметричное) пол времени включение реактивных нагрузок, оптимизация режима работы подразделений и т.д. и т.п;
• использование переключения с треугольника на звезду статорных обмоток асинхронных двигателей с загрузкой в часы работы менее, чем на 40%;
• снижение объемов потребляемой реактивной мощности за счет отключения асинхронных двигателей, работающих на холостом ходу, а также вывода из эксплуатации (или отключения) трансформаторов с загрузкой менее, чем на треть;
• применение в проектах и замена в действующих приводах асинхронных двигателей синхронными, где это допустимо в техническом и технологическом аспектах;
• модернизация приводов с применением тиристорного управления регулированием напряжения, преобразователей с заменой на модели с большим числом фаз выпрямления;
• интеграция в электрические сети систем с искусственной коммутацией вентилей или ограничениями по генерации токов высших гармоник;
• применение в новых сегментах электрической сети и поэтапная замена действующих реактивных нагрузок на оборудование, устройства, сертифицированные по энергосбережению.

Активные средства компенсации реактивной мощности.

К активным средствам компенсации реактивной мощности, генерирующим реактивную энергию в электрические сети, относят:

• единичные косинусные конденсаторы и конденсаторные батареи, применяемые в способах индивидуальной и групповой компенсации реактивной мощности;
• конденсаторные батареи с коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления – комплектные установки повышения коэффициента мощности – нерегулируемые и автоматические с релейными контакторами;
• синхронные двигатели и их разновидность – синхронные компенсаторы, работающие без нагрузки на валу и используемые для стабилизации напряжения в точке подключения в пределах интервала ±5% от номинального значения;
• многоступенчатые установки коррекции коэффициента мощности на конденсаторных батареях и с тиристорными ключами. Установка устройств с тиристорными ключами дает возможность снизить броски тока при включении ступеней — конденсаторных батарей и риски перенапряжения при отключении ступеней;
• статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности — мостовые генераторы реактивной мощности с индуктивным накопителем, реакторы насыщения с нелинейной или линейной вольтамперной характеристикой, а также последовательным подключением встречно-параллельных управляемых вентилей – работающие принципу прямой и косвенной компенсации.
• тиристорные компенсаторы реактивной мощности для сетей с резкопеременной нагрузкой напряжением 6-10 кВ, тиристорно-реакторные группы для ЛЭП и т.д.

Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения.

Среди популярных способов выделяют централизованную (по стороне высшего и низшего напряжения), групповую, индивидуальную и комбинированную компенсацию реактивной мощности, а в качестве комбинированной обычно используется централизованная в сочетании с групповой и/или индивидуальной.

Рис. Способы компенсации реактивной мощности: а – централизованная по стороне высшего напряжения, б – централизованная по стороне низшего напряжения, в – групповая (посекционная), г – индивидуальная, где штриховым обозначением показаны электрические сети, разгруженные от перетоков реактивной мощности.

Выбор средства и способа компенсации реактивной мощности, установка устройств и обслуживание осуществляется профильной компанией по результатам энергетического аудита объекта, что позволяет исключить риски перекомпенсации и минимизировать объемы недокомпенсированной мощности для конкретной электрической сети с реактивными нагрузками.

FERC утверждает владельцев линий электропередач MISO/предложение об отмене компенсации реактивной мощности для всех генераторов

31 января 2023 г.

27 января 2023 г. исключить компенсацию реактивной мощности в соответствии с Приложением 2, Служба управления реактивным снабжением и напряжением от генерации или других источников Тарифа (тарифа) на рынки передачи электроэнергии и оперативного резерва Midcontinent Independent System Operator, Inc. (MISO).

Изменения в Тарифах вступают в силу с 1 декабря 2022 года. Комиссар Клементс вынес совпадающее мнение, а Комиссар Дэнли выразил несогласие.

Приняв заявление Владельцев передачи MISO, FERC пришла к выводу, что предлагаемые изменения Приложения 2 являются справедливыми и разумными, а не чрезмерно дискриминационными или предпочтительными. FERC подчеркнула, что в соответствии с Приказами №№ 2003 и 2003-A, если поставщик услуг по передаче не компенсирует отдельно своим или аффилированным производителям реактивную мощность в пределах требуемого стандартного диапазона коэффициента мощности (т.

е. диапазона коэффициента мощности для присоединения, как подробно описано в соглашение о присоединении генератора), он не обязан компенсировать неаффилированным производителям реактивную мощность в том же диапазоне. Основываясь на этом стандарте, FERC пришла к выводу, что предложение владельцев передачи MISO разрешено, является справедливым и разумным.

Приказы № 2003 и 2003-A, заявила FERC, не предписывают, чтобы после того, как поставщик услуг передачи выплачивает компенсацию своим собственным или аффилированным производителям, он никогда не прекращал такую ​​компенсацию и всегда должен компенсировать неаффилированным производителям. Скорее, FERC обнаружила, что прецедент допускает такое устранение, и протесты против такого действия являются побочными атаками на этот прецедент. FERC также подтвердила, что для генераторов необходимы небольшие дополнительные инвестиции или они вообще не требуются для обеспечения реактивной мощности в пределах требуемого стандартного диапазона коэффициента мощности.

FERC явно не согласилась с аргументами протестующих о том, что предлагаемое устранение компенсации реактивной мощности повлияет на надежность системы, подчеркнув, что новые и существующие генераторы по-прежнему потребуются для обеспечения реактивной мощности в стандартном диапазоне коэффициента мощности. FERC также отметила, что владельцы трансмиссии MISO не предлагали изменить возможность MISO перераспределять отдельные генераторы вручную для контроля напряжения, и что генераторы будут получать компенсацию в соответствии с отдельными тарифными механизмами, если MISO предписывает производителям оказывать поддержку за пределами стандартного диапазона.

При согласии комиссар Клементс подчеркнула политические причины, по которым она присоединилась к одобрению предложения, в том числе то, что процедуры слушаний и урегулирования в каждом конкретном случае, ранее требовавшиеся для компенсации реактивной мощности, были «административно обременительными» и непрозрачными.

Райт и Талисман, П.К. представляет владельцев передачи MISO в этом разбирательстве. За дополнительной информацией обращайтесь: Венди Рид ([email protected]), Венди Уоррен ([email protected]) или Авраам Джонс ([email protected]).

Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторной батареи

Перейти к содержимому Компенсация реактивной мощности с использованием конденсаторной батареи

Энергосистема поставляет или потребляет как активную, так и реактивную мощность. В то время как активная мощность вносит вклад в потребляемую или передаваемую энергию, реактивная мощность не вносит вклад в энергию. Реактивная мощность либо генерируется, либо потребляется почти в каждом компоненте системы. Компенсация реактивной мощности определяется как управление реактивной мощностью для улучшения характеристик систем переменного тока.

Зачем нужна компенсация реактивной мощности?
1. Поддерживать профиль напряжения
2. Уменьшать нагрузку оборудования
3. Уменьшать потери
4. К экономике

Компенсация реактивной мощности имеет два аспекта
1) Компенсация нагрузки
Основная цель компенсация нагрузки заключается в увеличении коэффициента мощности системы, чтобы сбалансировать реальную мощность, потребляемую системой, чтобы компенсировать
регулирования напряжения.

2) Опора напряжения
Основная цель — уменьшить колебания напряжения на данном конце линии передачи. Поэтому компенсация реактивной мощности улучшает стабильность системы переменного тока
.

Реактивная мощность – это часть электроэнергии, которая создает и поддерживает электрические и магнитные поля оборудования переменного тока. Реактивная мощность должна подаваться на большинство типов магнитного оборудования, такого как двигатели, трансформаторы и т. д.

• Синхронные конденсаторы
• Статические компенсаторы реактивной мощности
• Статические синхронные компенсаторы (STATCOM)
• Компенсация серии

Говоря о типах компенсации, в этой статье мы собираемся обсудить в основном компенсацию шунта с использованием батареи конденсаторов.

Поскольку большинство нагрузок по своей природе являются индуктивными, они потребляют отстающую реактивную мощность, поэтому для компенсации обычно требуется шунтирующая батарея конденсаторов.

Шунтирующие конденсаторы используются на уровне подстанции по следующим причинам:

• Снижение потерь мощности: Компенсация отстающего коэффициента мощности нагрузки с помощью подключенной к шине батареи шунтирующих конденсаторов улучшает коэффициент мощности и снижает
  ток, протекающий по линиям электропередачи, трансформаторам, генераторам и т. д. Это уменьшит потери мощности в оборудовании, кабелях и линии передачи.
• Повышение коэффициента использования оборудования: Шунтовая компенсация с батареями конденсаторов снижает кВА-нагрузку линий, трансформаторов и генераторов, что
  означает, что с компенсацией их можно использовать для обеспечения большей мощности без перегрузки оборудования. Шунтовая компенсация может быть установлена ​​рядом с нагрузкой, на распределительных подстанциях и вдоль распределительного фидера.
• Улучшает коэффициент мощности источника тока
• Снижает капиталовложения на мегаватт нагрузки

Мы проверим компенсацию реактивной мощности с помощью батареи шунтирующих конденсаторов, смоделировав образец сети энергосистемы с помощью программного обеспечения DIGSILENT Powerfactory
. Следующая сеть состоит из одной сети, трансформатора 1 МВА 11/0,4 кВ, подключенного к нагрузке 800 кВА с коэффициентом мощности 0,85.

На картинке выше мы можем наблюдать в выделенной области, что коэффициент мощности равен 0,839.Отставание на стороне ВН трансформатора. Чтобы улучшить коэффициент мощности до желаемого коэффициента мощности 0,95. Нам нужна дополнительная батарея конденсаторов. Таким образом, для расчета требуемой реактивной мощности (номинал батареи конденсаторов) используется следующая формула и расчеты:

Из расчетов, приведенных в таблице, необходимая реактивная мощность составляет 217,8 кВАр. Итак, нам необходимо подключить конденсаторную батарею 217,8 кВАр к шине нагрузки.