Глава 13. Компенсация реактивной мощности

(13.15а)

(13.156)

P=I}R\

Q=IIX;

U

Рис. 13.1. Составляю­щие тока по С. Фризе

Этот подход удобен для понимания сущности энерге­тических процессов в системах электроснабжения с не­линейными нагрузками. В этом случае даже при отсут­ствии в сети реактивных элементов может иметь место /_р Ф 0. Например, в простейшем случае одно- или двух-полупериодного выпрямителя, работающего на актив­ную нагрузку (рис. 13.2, а), при угле управления а Ф 0 первая гармоника тока /, сдвинута относительно кривой напряжения на угол ф,, значение которого зависит от угла управления а (рис. 13.2, б).

Ток первой гармоники может быть представлен суммой активной и реак­тивной составляющих по выражению (13.14), соответственно могут быть представлены мощности по выражениям (13.15). Однако мощность, определя­емая выражением (13.156), не связана с обменными процессами, она обуслов­лена лишь наличием сдвига по фазе между током и напряжением. Ее правиль­нее было бы назвать мощностью сдвига. В дальнейшем изложении, однако, мы будем пользоваться привычным и общепринятым термином «реактивная мощность» вне зависимости от причины, вызывающей появление реактивной составляющей тока.

Отметим весьма важное обстоятельство: компенсация реактивной мощно­сти (т. е. ее минимизация) производится одними и теми же методами вне за­висимости от природы ее появления, т. е. наличия реактивных элементов в сети или сдвига фаз, обусловленного нелинейными потребителями. На прак­тике обычно имеет место сочетание обеих причин: в вентильных преобразо­вателях (выпрямителях, инверторах и др.) используются реакторы для сглажи­вания коммутационных процессов и батареи конденсаторов; преобразователи и ДСП включаются через трансформаторы и т. д.

Следует иметь в виду, что более точно коэффициент мощности cos ф сле­довало бы назвать коэффициентом сдвига фаз.

Согласно второму закону электромеханики, все электрические машины об­ратимы, т. е. они могут работать как в двигательном, так и в генераторном ре­жимах. Это свойство электрических машин используется, в частности, на ги-

f\s

_■Ч£

₇

at

Рис. 13.2. Схема одного или двух полупериодных выпрямителей, работающих на активную на-

rmnmi la\ u гпаиг попвпй ГЯПМПНИИ ППИ п * 0 (б)

13.1. Баланс активных и реактивных мощностей

415

Рис. 13.3. (7-образные характеристики син­хронного генератора (U₀ = const, активная на- / грузка Р = 0; Р', Р")

'Ар

дроаккумуляторных станциях: син­хронная машина используется в ка­честве двигателя при перекачке воды в резервуары в периоды минималь­ных нагрузок энергосистемы и в ге­нераторном режиме, когда запасен­ная потенциальная энергия воды используется для вращения гидро­турбины.

Синхронные машины, применяе­мые в промышленных системах электроснабжения, вне зависимости от их ос­новного назначения (электродвигатели; генераторы) используются также в ка­честве источников реактивной мощности РМ. Синхронные компенсаторы устанавливают исключительно с целью получения РМ. Естественно, что эти машины могут работать также в режиме потребления РМ. Это можно нагляд­но продемонстрировать с помощью известных f-образных характеристик. На рис. 13.3 представлены {/-образные характеристики синхронного генератора, подключенного к электрической сети с неизменным уровнем напряжения U₀ = const при различных значениях активной нагрузки Р = 0; Р'; Р" {I — ток статора; L — ток возбуждения.

При значениях тока возбуждения меньших граничного (I_f < 1_/гр), т. е. в ре­жиме недовозбуждения, синхронная машина «ведет себя» как индуктивность, т.е. потребляет реактивную мощность; при перевозбуждении {I_f > 1_/ц) она яв­ляется источником реактивной мощности, т. е. «ведет себя» как емкость.

Для синхронных электродвигателей значения Р; Р'; Р" являются электро­магнитной мощностью, соответствующей вращающему электромагнитному моменту. Нижняя кривая — ^-образная характеристика синхронного компен­сатора.

Турбогенераторы небольшой мощности (обычно до 50 МВА) находят при­менение на электростанциях (блок-станциях) предприятий, либо автономных, либо подключаемых к сетям энергосистемы. Используются теплофикацион­ные турбины с отбором пара для промышленных нужд.

В любом режиме работы нагрузка турбогенератора ограничивается номи­нальной мощностью S-

ном ном

$н<я» — ыЪи,

(13.16)

В режиме работы с U_H0M и /_ном значение коэффициента мощности cos ф - 0,8-Ю,85, что соответствует значениям генерируемой реактивной мощ­ности <2_Г - (0,53*0,6) S_H0M.

Оценить значение располагаемой реактивной мощности в режимах отлич-

416