Глава 16. Реактивная мощность в энергосистеме. Компенсация реактивной мощности.
16.1. Общие положения
В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами электростанций, но и устройствами, которые называются компенсирующими (КУ). Эти устройства располагают в непосредственной близости от потребителей. К ним относятся:
синхронные компенсаторы (СК);
батареи конденсаторов (БК);
статические источники реактивной мощности (СТК или ИРМ).
Опыт экстплуатации показывает, что при номинальной нагрузке генераторы ЭС вырабатывают около 60 % требуемой реактивной мощности, 20 % генерируется линиями электропередач высокого напряжения, 20 % вырабатывают компенсирующие устройства.
Выработка
1 кВар реактивной мощности на ЭС стоит
в несколько раз дешевле, чем ее выработка
с помощью КУ. Но технико-экономические
расчеты показывают, что большая часть
реактивной мощности должна вырабатываться
КУ. Это объясняется внедрением мощных
генераторов с относительно высоким
,
ростом протяженности и напряжения
передачи. Поэтому снижается экономичность
выработки реактивной мощности генераторами
ЭС.
Компенсация реактивной мощности применяется для следующих целей:
для выполнения баланса реактивной мощности;
для снижения потерь мощности и электроэнергии;
для регулирования напряжения.
При использовании КУ необходимо учитывать ограничения их мощности по техническим и режимным требованиям. Мощность КУ должна удовлетворять:
необходимому резерву мощности в узлах нагрузки;
располагаемой реактивной мощности на ЭС;
отклонению напряжения на шинах потребителей;
пропускной способности ЛЭП.
Для уменьшения перетоков реактивной мощности по ЛЭП и трансформаторам КУ должны размещаться вблизи мест потребления реактивной мощности. При этом элементы сети разгружаются по реактивной мощности. Это приводит к уменьшению потерь мощности и напряжения.
16.2. Синхронные компенсаторы
Из анализа работы синхронного генератора следует, что увеличить выработку реактивной мощности можно только за счет снижения выработки активной мощности. Этот принцип реализован в синхронном компенсаторе (СК).
Синхронный компенсатор – это синхронный двигатель, который работает в режиме холостого хода, то есть практически без активной нагрузки на валу. Таким образом, СК загружен только реактивным током.
Схема замещения СК приведена на рис. 16.1.
|
|
|
Рисунок 16.1 – Схема замещения СК |
Напряжение
сети в точке подключения СК равно сумме
обратной ЭДС
и падения напряжения в сопротивлении
:
.
Значение
и знак реактивной мощности СК зависят
от соотношения между ЭДС
и наряжением сети
.
Поскольку
,
то:
Величина
ЭДС
определяется величиной тока возбуждения.
Росту тока возбуждения соответсвует
увеличение ЭДС
.
Как и синхронный двигатель, СК может работать в двух режимах: перевозбуждения и недовозбуждения. При перевозбуждении ЭДС СК больше напряжения в точке его подключения:
.
Синхронный компенсатор генерирует в сеть реактивную мощность. Ток СК опережает напряжение на 90○. Векторная диаграмма режима перевозбуждения СК приведена на рис. 16.2 а.
Уменьшая
ток возбуждения,
можно получить режим недовозбуждения.
В этом режиме ЭДС СК меньше напряжения
в точке его подключения
и ток СК отстает от напряжения на 90○.
Векторная диаграмма режима недовозбуждения
СК приведена на рис. 16.2 б.
В этом режиме СК потребляет реактивную
мощность, получая ее из сети.
|
|
|
Рисунок 16.2 – Векторные диаграммы СК: а) – в режиме перевозбуждения; б) – в режиме недовозбуждения |
Номинальная мощность СК указывается для режима перевозбуждения. В режиме недовозбуждения:
Это связано, во-первых, с нагревом в лобовых частях СК – в режиме недовозбуждения потоки складываются (рис. 16.2 б). Во-вторых, из-за нарушения устойчивой работы СК нельзя значительно снижать ток возбуждения.
Достоинства СК:
возможность увеличения генерируемой мощности при снижении напряжения в сети за счет регулирования тока возбуждения;
возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности.