9. Регулирование напряжения изменением реактивной мощности в электрической сети
Основными источниками реактивной, мощности устанавливаемыми на месте потребления, являются синхронные компенсаторы(СК) и статические конденсаторы(УБК – управляемые потери конденсаторов), а также применяются компенсационные преобразователи и статические источники реактивной мощности с применением тиристоров.
Синхронные компенсаторы – это синхронные двигатели, работающие без нагрузки на валу ротора. Они могут работать в 3х режимах:
9.1 Режим холостого хода – Vc = Eск
Vc
Еск
СК
Iск1
Iск2
Еск Vc
СК не выдает
потребляемую реактивную мощность
Рисунок 9.1 – схема включения СК и векторная диаграмма в режиме холостого хода
9.2 Режим перевозбуждение, в обмотке ротора СК увеличивают ток возбуждения таким образом, чтобы Еск > Vc.
Δ V1
Возникает разность
потенциалов
Δ
V1
= Еск – Vc
> 0 (9,1)
Т.к. сопротивление
СК xск
>> rск,
тогда Iск
носит индуктивный характер и отстает
от Δ
V1
Π/2
Еск
Iск1 Vc
Рисунок 9.2 – Векторная диаграмма для режима перевозбуждения
Следовательно в режиме перевозбуждения СК выдает в электрическую сеть реактивно-индуктивную мощность.
9.3 Режим недовозбуждения, в обмотке ротора СК уменьшают ток возбуждения, чтобы Еск < Vc
Vc
Δ V2
Еск
Iск2
Возникает разность
потенциалов
Δ
V2
= Еск – Vc
< 0 (9,2)
Рисунок 9.3 – векторная диаграмма для режима недовозбуждения
В режиме недовозбуждения, СК потребляет из электрической сети реактивно-индуктивную мощность.
УБК – могут только вырабатывать реактивно-индуктивную мощность(режим перевозбуждения условно)
УБК и СК – широко устанавливают на подстанциях на напряжениях 6-10 кВ.
Синхронные компенсаторы служат для плавного регулирования напряжения на подстанциях, УБК – обеспечивают ступенчатое регулирование напряжения.
0
Pmin
+ j (Qmin+Qск2)
Qск2
2
Qск1
CКmax
Pmax
+ j (Qmax-Qск1) S=P+jQ
Рисунок 9.4 – схема включения СК на подстанции
Рассмотрим максимальный и минимальный режимы работы электрической сети.
В максимальном режиме: потери напряжения в электрической сети будут наибольшим, поэтому напряжение на шинах подстанции низкого напряжения меньше номинального без СК
(9,3)
Синхронный компенсатор переводят в режим перевозбуждения, вырабатывая реактивную мощность Qcк1 в месте её потребления, этим разгружаются электрическая сеть по реактивной мощности. По этому потеря напряжения в электрической сети уменьшается, соответственно, напряжение на шинах подстанции увеличивается.
(9,4)
В минимальном режиме: потери напряжения в электрической сети будут минимальными, потому напряжения на шинах подстанции низкого напряжения могут быть больше номинального V2 > V2н, чтобы уменьшить напряжение V2 СК переводят в режим недовозбуждения, загружая электрическую сеть дополнительной реактивной мощностью Qск2. Потери напряжения в электрической сети увеличиваются, соответственно, напряжение у потребителей уменьшается.
(9,5)
(9,6)
Таким образом, изменяя ток возбуждения в обмотке ротора синхронного компенсатора, можно плавно изменять реактивную мощность в электрической сети. Напряжение у потребителей на подстанции V2 можно изменять в допустимых пределах. Это основное преимущество применения синхронных компенсаторов.
Применяемые в местных сетях конденсаторы для компенсации реактивной мощности(только режим перевозбуждения) выпускаются на напряжении: 380 и 660 кВ – в 3х фазном исполнении мощностью 3÷10 кВАр и по напряжению 6,3 и 10,5 кВ – в однофазном исполнении мощностью 240÷400 кВАр. Так мощность отдельных конденсаторов сравнительно невелика, то обычно их соединяют параллельно в батареи, размещенные в комплектных шарах, соединенные по схеме треугольника. Они обеспечивают ступенчатое регулирование напряжения.
Применение СК или УБК позволяет уменьшить не только потери напряжения, но и потери мощности в электроэнергии в сети.