lektsiya-n-12-kompensatsiya-reaktivnoy-moshchnosti-v-ses.pptx презентация

№ 12.
Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения

электрических системах.
2. Основные и дополнительные источники реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности.
3. Компенсирующие устройства.

Лекция № 12. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения

мощности приводит к уменьшению частоты, а ее избыток обусловливает рост частоты, т.е. при Pг<Pп частота понижается, а при Pг>Pп возрастает.
Причинами нарушения баланса мощности могут быть:
- аварийное отключение генератора;
- неожиданный;
- аварийное отключение нагруженных межсистемных и системообразующих линий или трансформаторов связи.
Отклонение частоты допускается: нормальное - в пределах ±0,1Гц (±0,2%) и кратковременное максимальное - в пределах ±0,2Гц (±0,4%).
Приведенные нормы отклонений частоты относятся к нормальному режиму работы энергосистемы и не распространяются на аварийные режимы.
В энергосистеме возможны кратковременные быстрые изменения частоты, называемые колебаниями частоты. Значительные колебания частоты нарушают технологические процессы некоторых сложных производственных механизмов, поэтому они не должны превышать ±0,2Гц сверх допустимых отклонений частоты.

Турбины электростанций оснащаются автоматическими регуляторами скорости.
Для предотвращения лавины частоты во всех режимах должен быть определенный резерв мощности, реализуемый при соответствующем росте нагрузок. Резерв может быть горячим (генераторы загружаются до мощности меньше номинальной и быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса активной мощности) и холодным, для ввода которого нужен длительный промежуток времени. Кроме резерва мощности на электростанциях необходим резерв по энергии: на ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС - запас воды.
Если резерв станций исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то должны быть приняты автоматические быстродействующие мероприятия, которые называются АЧР (автоматическая частотная разгрузка). АЧР представляет собой предусмотренное заранее отключение очередями потребителей электрической энергии при понижении частоты в электрической системе, осуществляемое устройствами автоматики. Действие АЧР должно начинаться при частоте 48,5Гц.

преобразователи, индукционные электрические печи, сварочные агрегаты и другие нагрузки.
Состав потребителей реактивной мощности показывает, что основную часть реактивной мощности потребляют четыре вида устройств: асинхронные двигатели – 40 % (совместно с бытовыми, сельскохозяйственными электродвигателями и асинхронными электроприводами собственных нужд электростанций), электро-печные установки – 8 %; вентильные преобразователи – 10 %, трансформаторы всех ступеней трансформации (потери в них) – 35 %, линии электропередачи (потери в них) – 7 %.
Активная мощность, потребляемая электроприемником, может совершать работу и преобразовываться в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую, энергию сжатого воздуха и газа и т.п. Определенная часть активной энергии расходуется на потери.
Реактивная мощность не связана с полезной работой электроприемника и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, линиях электропередачи.

только активную, но и реактивную мощность. Следовательно, основными источниками реактивной мощности являются генераторы электрических станций.
В отличие от активной мощности реактивная мощность может вырабатываться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), которые можно установить на подстанциях сети. Таким образом, дополнительными источниками реактивной мощности служат компенсирующие устройства.
При номинальной нагрузке генераторы вырабатывают лишь около 60% требуемой реактивной мощности, 20% вырабатываются в ЛЭП с напряжением 110 кВ и выше, 20% вырабатывают компенсирующие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно у потребителя.
Компенсацией реактивной мощности называют ее выработку или потребление с помощью компенсирующих устройств.

2. Основные и дополнительные источники реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности.

нескольких различных целей:
- компенсация реактивной мощности необходима по условию баланса реактивной мощности;
- установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети;
- компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения.
Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест ее потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь активной мощности и напряжения.
Таким образом, вследствие применения компенсирующих устройств на подстанции при неизменной мощности нагрузки реактивные мощности и ток в линии уменьшаются – линия разгружается по реактивной мощности.

как естественными мерами, так и за счет специальных компенсирующих устройств (реактивной мощности) в соответствующих точках системы электроснабжения.
Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие три группы:
- не требующие применения компенсирующих устройств;
- связанные с применением компенсирующих устройств;
- допускаемые в виде исключения.
Мероприятия первой группы направлены на снижение потребления реактивной мощности и должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат.
Последние два мероприятия должны обосновываться технико-экономическими расчетами и применяться при согласовании с энергосистемой.

(СК), статические источники реактивной мощности (ИРМ) и шунтирующие реакторы.
1. Батареи статических конденсаторов
Различают два принципа применения БСК:
- шунтовые БСК, которые подключаются к шинам подстанций параллельно, и применяются для генерации реактивной мощности в узлах сети - поперечная компенсация;
- установки продольной компенсации (УПК), которые включают в линии последовательно для уменьшения реактивного сопротивления линий - продольная компенсация.
Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении на номинальное напряжение 0,22÷10,5 кВ.
Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых БСК число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения.

3. Компенсирующие устройства.

в следующем:
возможность применения, как на низком, так и на высоком напряжении;
малые потери активной мощности.
Конденсаторные батареи также имеют ряд эксплуатационных преимуществ: простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся частей); простота производства и монтажа (малая масса, отсутствие фундамента); возможность использования для установки конденсаторов любого сухого помещения. Среди эксплуатационных недостатков БСК следует отметить малый срок службы (8—10 лет) и недостаточную электрическую прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номинального).

режиме холостого хода, т.е. без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность (если пренебречь потерями холостого хода) Рск0, и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обычным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.
Положительными свойствами СК как источников реактивной мощности являются:
возможность увеличения генерируемой мощности, если напряжение в сети понижается;
возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности, причем как в сторону повышения, так и понижения напряжения.
Недостатки СК:
наличие вращающихся частей требует присутствия обслуживающего персонала;
стоимость 1 квар мощности, выработанной СК, во много раз больше 1квар, выработанного БСК.

Напряжение в конце линии до установки компенсатора определяется выражением:

Пусть U2 ниже желаемого. При работе СК в режиме перевозбуждения Qcк выдается в сеть, снижается переток по сети реактивной мощности, потеря напряжения снижается и U2 повышается, определяясь следующим выражением:

Если U2 выше желаемого, СК переводится в режим недовозбуждения. Тогда Qcк потребляется из сети, повышается переток по сети реактивной мощности, потеря напряжения повышается и U2 снижается, определяясь следующим выражением:

При перевозбуждении СК генерирует реактивную мощность. При недовозбуждении СК потребляет реактивную мощность, что приводит к увеличению потерь напряжения в сети и к уменьшению напряжения у потребителей. Недовозбуждение синхронных компенсаторов можно использовать, когда надо снизить напряжение, например в режиме наименьших нагрузок.

и недовозбуждения.
В режиме перевозбуждения СК ток Iск, выдаваемый в сеть, опережает на 90° напряжение U2. Из векторной диаграммы (рис. 3.2.б) видно, что в этом режиме модуль напряжения повышается с U2 до U2доп В режиме недовозбуждения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки на противоположные. Ток Iск, текущий из сети, отстает на 90° от напряжения U2. Из векторной диаграммы (рис. 3.2.в) видно, что в этом режиме модуль напряжения понижается с U2 до U2доп.нм .
Включение в качестве компенсирующего устройства БСК позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети рис. 3.2.г), обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БСК, генерируя реактивную мощность, повышает сos сети и одновременно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, когда напряжение в сети повышено, должно быть предусмотрено отключение части БСК, чтобы уровни напряжений не превышали допустимых значений.
Векторная диаграмма при поперечной компенсации с помощью БCК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения (рис. 3.2. б), где вместо тока Iск следует говорить о токе Iк. В этом случае, как и при использовании СК, уменьшается потеря напряжения в сети и увеличивается напряжение U2, а также угол сдвига между напряжениями в конце и в начале линии.

б, в - векторные диаграммы синхронного компенсатора при перевозбуждении и недовозбуждении; г - включение батареи статических конденсаторов.

плавной регулируемой генерации или потребления реактивной мощности, что достигается в ИРМ использованием нерегулируемой батареи конденсаторов и включенного последовательно или параллельно с ней регулируемого реактора.
Плавность регулирования реактивной мощности ИРМ достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входящего в устройство управления. Схемы ИРМ весьма разнообразны и позволяют вырабатывать или потреблять реактивную мощность в зависимости от режима и вида схемы

Рис.3.3. Принципиальные схемы ИРМ:
а – с параллельным соединением управляемого реактора и нерегулируемой БСК;
б – с последовательным соединением управляемого реактора и нерегулируемой БСК

реактивным сопротивлением линий, которое мало зависит от сечения. Изменение реактивного сопротивления применяют для регулирования напряжения. Чтобы изменить реактивное сопротивление, необходимо включить в линию конденсаторы. Последовательное включение конденсаторов в линии называют продольной компенсацией.

Рис. 3.5. Продольная компенсация: а - схема включения УПК; б - векторная диаграмма

Установки продольной компенсации (УПК) дают возможность компенсировать индуктивное сопротивление и потерю напряжения в линии (рис.3.5,а), т.е. осуществлять регулирование напряжения изменением параметров сети.

величины потери напряжения в сети, которая в свою очередь зависит от сопротивлений R и X линии.
На рис. 3.4,б показан характер зависимости сопротивления сети от сечения проводов. Из графика видно, что соотношение активного и реактивного сопротивлений для распределительных и питающих сетей различно.

Рис. 3.4. Регулирование напряжения изменением параметров сети:
а - схема замещения линии; б - зависимость сопротивления сети от сечения проводов

В распределительных сетях активное сопротивление больше реактивного, т.е. ro>xo. При изменении сечения линий в распределительных сетях существенно меняются ro и R линии и изменяются ΔU и U2. Поэтому в этих сетях сечение выбирается по допустимой потере напряжения.

большой индуктивностью и очень малым активным сопротивлением. ШР применяют для повышения пропускной способности линий сверхвысокого напряжения, регулирования реактивной мощности и напряжения. Шунтирующие реакторы рассчитаны на напряжения 35— 750 кВ и могут как присоединяться к линии, так и включаться на шины подстанции. Реактор потребляет реактивную мощность, которая в зоне линейности его электромагнитной характеристики зависит от напряжения:

Рис. 3.6. Схема замещения реактора, включенного в линию

Регулируемые или управляемые реакторы изменяют потребляемую реактивную мощность по сигналам управления, что более эффективно для регулирования напряжения и реактивной мощности. Управление реактором осуществляется в результате целенаправленного изменения его параметров с помощью подмагничивания. Такое подмагничивание возможно для управления только реактором, имеющим магнитопровод из ферромагнитного материала.