Apakah kuasa reaktif?
Apabila ia datang kepada "reactive compensation", kita perlu memahami konsep kuasa reaktif. Kuasa reaktif agak mudah difahami kerana ia boleh melakukan kerja, menghasilkan haba, dan memandu putaran motor, dan sebagainya. Sebagai contoh, apabila arus AC mengalir melalui perintang yang tulen, arus boleh membuat perintang yang menjana haba, yang bermaksud bahawa tenaga elektrik ditukar kepada tenaga haba. Walau bagaimanapun, kuasa reaktif adalah lebih sukar untuk difahami. Ia hanya wujud dalam kuasa AC, dan tidak ada masalah kuasa reaktif dalam kuasa DC. Sebagai contoh, apabila AC semasa pas melalui kemuatan tulen atau beban inductance tulen, ia tidak berfungsi. Dalam erti kata lain, kemuatan tulen atau beban inductance tulen tidak mengambil kuasa aktif, tetapi voltan semasa dan sepadan yang mengalir melalui mereka membentuk kuasa AC, yang dipanggil kuasa reaktif. Secara teorinya, kuasa reaktif tidak berfungsi, jadi ia tidak boleh menghasilkan cahaya dan haba, dan tidak boleh memandu putaran motor. Beban yang sering kita hadapi adalah jarang tulen kearuhan atau tulen kapasitif, tetapi beban campuran. Apabila pas semasa melalui mereka, beberapa kuasa boleh melakukan kerja sementara sesetengah tidak boleh. Kuasa yang tidak boleh melakukan kerja adalah kuasa reaktif. Untuk secara intuitif menunjukkan hubungan antara kuasa reaktif dan kuasa aktif, orang menggunakan konsep faktor kuasa untuk menggambarkan kadar penggunaan tenaga elektrik. Semakin dekat faktor kuasa adalah 1, semakin tinggi nisbah kuasa aktif dan semakin tinggi kadar penggunaan tenaga elektrik; Sebaliknya, semakin dekat faktor kuasa adalah 0, semakin rendah nisbah kuasa aktif dan semakin rendah kadar penggunaan tenaga elektrik. Untuk meningkatkan kadar penggunaan tenaga elektrik, konsep "pampasan reaktif" dicadangkan.
Memahami konsep kuasa reaktif, kuasa aktif, dan faktor kuasa, serta tujuan asas pampasan reaktif untuk meningkatkan penggunaan tenaga elektrik, kami kini akan menyelidiki analisis terperinci. Mengapa pampasan reaktif perlu? Apakah prinsip di sebalik pampasan reaktif? Apakah bentuk pampasan? Dan bagaimana tambang ekonominya?
Bab 02: mengapa pampasan reaktif adalah perlu
Kuasa reaktif adalah dengan kuasa tidak berguna. Dalam sistem bekalan kuasa AC, induktor dan kapasitor adalah beban yang sangat diperlukan, seperti beban magnet besi motor dan transformer. Tanpa pengujaan reaktif induktif, peralatan tidak boleh beroperasi dengan betul. Sebagai contoh, talian penghantaran kuasa jarak tetap itu sendiri adalah beban kapasitif, yang bertindak seperti kapasitor apabila menyampaikan kuasa. Dalam sistem bekalan kuasa AC, kewujudan kuasa reaktif memainkan peranan penting dalam penghantaran dan pertukaran tenaga, dan sangat diperlukan. Malah, sistem ini tidak boleh beroperasi dengan betul tanpa pertukaran kuasa reaktif.
Di mana tidak sejumlah besar kuasa reaktif datang dari? Dalam sistem, banyak beban reaktif, terutamanya kearuhan beban reaktif, biasanya menarik kuasa reaktif daripada loji-loji janakuasa. Apabila penjana beroperasi, ia bukan sahaja melepaskan tenaga elektrik aktif ke sistem tetapi juga menyediakan tenaga reaktif yang sepadan dengan beban induktif. Penjana mesti mengekalkan output reaktif yang sesuai semasa operasi. Kegagalan untuk berbuat demikian boleh mempunyai kesan yang memudaratkan pada sistem penjanaan kuasa, menonjolkan kepentingan mengekalkan keseimbangan kuasa reaktif dalam sistem.
Apabila permintaan untuk kuasa reaktif dalam sistem meningkat, jika tiada peranti pampasan reaktif tiruan dipasang dalam sistem, loji kuasa perlu meningkatkan output kuasa reaktif melalui modulasi fasa. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kapasiti terhad penjana, ini semestinya akan mengurangkan output kuasa aktif, berkesan mengurangkan kapasiti keseluruhan output. Untuk memenuhi permintaan elektrik, kapasiti penjana, talian kuasa, dan transformer perlu ditingkatkan. Ini bukan sahaja akan meningkatkan pelaburan dalam bekalan kuasa tetapi juga mengurangkan kadar penggunaan peralatan dan meningkatkan kerugian talian.
Untuk mengurangkan tekanan bekalan kuasa reaktif loji kuasa, kami melabur kapasitor yang sepadan pada titik dalam sistem bekalan kuasa di mana beban induktif mengambil sejumlah besar kuasa untuk menyediakan kuasa reaktif untuk beban induktif. Ini dengan ketara mengurangkan tekanan bekalan kuasa reaktif pada loji kuasa. Berdasarkan peningkatan faktor kuasa semula jadi, pengguna perlu merekabentuk dan memasang peranti pampasan reaktif, dan mengaktifkan tepat pada masanya atau menyahaktifkan mereka mengikut beban dan turun naik voltan mereka untuk mengelakkan penghantaran balik kuasa reaktif. Pada masa yang sama, faktor kuasa pengguna harus memenuhi standard yang sepadan untuk mengelakkan kadar elektrik tambahan dari jabatan bekalan kuasa. Oleh itu, kedua-dua jabatan bekalan kuasa dan pengguna elektrik, pampasan automatik kuasa reaktif untuk meningkatkan faktor kuasa dan mencegah penghantaran terbalik kuasa reaktif adalah sangat penting dalam menjimatkan tenaga dan meningkatkan kualiti operasi.
Bab 03: apakah prinsip pampasan reaktif?
● Menganalisis daripada perspektif penyerapan tenaga dan pelepasan
Kebanyakan beban reaktif yang disebut dalam sistem adalah beban reaktif secara amnya kearuhan. Apabila peranti dengan beban kuasa kapasitif disambungkan selari dengan beban kuasa induktif dalam litar yang sama, beban kapasitif melepaskan tenaga apabila beban reaktif induktif menyerap tenaga, dan sebaliknya. Tenaga ditukar antara beban kapasitif dan induktif. Kuasa reaktif yang diserap oleh beban kapasitif boleh dikompensasi oleh output kuasa reaktif dari peranti beban kapasitif, dan kuasa reaktif seimbang secara tempatan untuk mengurangkan kerugian garis, meningkatkan kapasiti penyimpanan beban, mengurangkan kerugian voltan, dan mengurangkan tekanan bekalan kuasa loji kuasa. Ini adalah prinsip asas pampasan reaktif.
• Menganalisis daripada perspektif fasa (induktif / kapasitif)
Dalam beban induktif tulen, IL semasa tertinggal voltan sebanyak 90 °, dan kuasa yang dirujuk sebagai kuasa reaktif induktif. Sebaliknya, dalam beban kapasitif tulen, Ic semasa adalah di hadapan voltan sebanyak 90 °, dan kuasa dikenali sebagai kuasa reaktif kapasitif.
Perbezaan fasa antara arus dalam kapasitor dan arus dalam induktor adalah 180 °, yang boleh membatalkan satu sama lain. Kebanyakan beban dalam sistem kuasa adalah induktif, jadi jumlah semasa saya akan lag voltan oleh sudut Φ1. Jika kapasitor selari disambung selari dengan beban, maka I′ = saya IC. Semasa kapasitor akan mengimbangi sebahagian daripada arus induktif, mengakibatkan pengurangan jumlah arus dari saya ke I′, dan sudut fasa dikurangkan dari Φ1 hingga Φ2. Ini boleh meningkatkan faktor kuasa dan menguruskan kuasa reaktif tempatan.
04 Apakah bentuk pampasan kuasa reaktif?
Secara umum, terdapat pelbagai bentuk pampasan kuasa reaktif, termasuk:
Berdasarkan tahap voltan titik gandingan biasa (PCC) di mana pampasan digunakan, ia boleh dibahagikan kepada pampasan voltan tinggi, pampasan voltan sederhana, dan pampasan voltan rendah.
Berdasarkan kedudukan titik pampasan dalam sistem penghantaran dan pengedaran kuasa, ia boleh dibahagikan kepada pampasan di tempat di bahagian peralatan, pampasan separa tempatan di kawasan itu, dan pampasan berpusat di pencawang.
Berdasarkan jenis peralatan pampasan, ia boleh dibahagikan kepada pampasan kapasitor penukar (pampasan FC), pampasan berputar mekanikal (seperti pengkompensasi selaras, penjana selaras, dan motor selaras), pampasan kuasa reaktif statik (kompensator var statik: kapasitor bertukar thyristor TSC, reaktor terkawal thyristor TCR, reaktor terkawal magnetik MCR; pengkompensator selaras statik STATCOM; statik var penjana SVG), dan pampasan kuasa reaktif komposit (FC TCR, FC MCR, FC STATCOM).
● Bentuk pampasan berdasarkan lokasi pampasan
Seterusnya, kami secara ringkas akan memperkenalkan bentuk pampasan kuasa reaktif untuk sistem 0.4KV voltan rendah berdasarkan lokasi pampasan yang berbeza.
Peralatan di tempat-pampasan sampingan peralatan tempat-pampasan sampingan adalah kaedah menyediakan kuasa reaktif kepada peralatan elektrik individu. Ini melibatkan terus menyambung capacitors ke litar elektrik yang sama sebagai peralatan individu dan menggunakan suis yang sama untuk kawalan, sama ada pada masa yang sama beroperasi atau memutuskan sambungan mereka. Kaedah pampasan ini mempunyai kesan terbaik kerana kapasitor hampir dengan peralatan elektrik untuk mengimbangi arus reaktif di dalam negara, mengelakkan overkompensasi semasa keadaan tanpa beban dan memastikan kualiti kuasa. Kaedah pampasan ini biasanya digunakan untuk motor voltan tinggi dan rendah dan peralatan elektrik lain. Walau bagaimanapun, apabila peralatan pengguna beroperasi tidak berterusan, kadar penggunaan kapasitor adalah rendah, dan faedah pampasan mereka tidak dapat direalisasikan sepenuhnya.
Pampasan separa tempatan dalam pampasan separa areaLocal di kawasan ini melibatkan memasang capacitors dalam kumpulan dalam bilik pengedaran bengkel atau talian cawangan pencawang. Kapasitor ini boleh ditambah atau dikeluarkan berdasarkan perubahan beban sistem. Kesan pampasan juga baik, tetapi kosnya agak tinggi.
Pampasan berpusat di garduanPampasan berpusat di garduan melibatkan pemasangan semua kumpulan kapasitor pada bar bas utama atau sekunder di garduan. Kaedah pampasan ini mudah dipasang, boleh dipercayai dalam operasi, dan secara kolektif boleh mengimbangi kuasa reaktif sistem voltan rendah 0.4KV. Ia mempunyai kesan langsung terhadap peningkatan faktor kuasa di bahagian utama transformer (biasanya titik pengukuran 10KV). Kaedah pampasan jenis ini kini merupakan penyelesaian yang paling banyak digunakan dan agak kos efektif.
● Bentuk pampasan berdasarkan jenis peralatan pampasan
Terdapat banyak jenis peralatan pampasan, dan pilihannya umumnya berdasarkan peralatan operasi sebenar di tapak. Setiap peranti pampasan mempunyai kelebihan dan keburukan tersendiri. Dalam artikel ini, kami secara ringkas akan memperkenalkan dua produk yang paling banyak digunakan dalam sistem pengedaran 0.4KV di pasaran: pampasan kapasitor penukaran (pampasan FC) dan penjana var statik (pampasan SVG).
Pampasan kapasitor penukaran (Pampasan FC)
Menukar pampasan kapasitor adalah kaedah tradisional pampasan kapasitor selari. Prinsipnya adalah untuk meningkatkan permintaan reaktif induktif beban pampasan reaktif kapasitif untuk meningkatkan kestabilan voltan beban dan meningkatkan faktor kuasa.
Disebabkan oleh hakikat bahawa penukaran kapasitor selari pada masa-masa awal dicapai melalui contactors, yang mempunyai masa tindak balas pada skala peringkat kedua, kelemahan yang boleh membawa maut adalah arus inrush besar semasa menukar. Dalam kes-kes yang teruk, ia boleh mencapai 50-100 kali arus undian kapasitor pampasan, mengakibatkan cahaya arka yang ketara dan menyebabkan kerosakan kepada kapasitor dan penghubung. Berdasarkan operasi sebenar beban di tempat, alternatif kepada penghubung seperti suis segerak, suis hibrid, dan suis thyristor secara beransur-ansur muncul di pasaran. Alternatif ini telah bertambah baik pada menukar pada voltan sifar dan mengganggu pada arus sifar, dengan ketara mengurangkan kerosakan peralatan yang disebabkan oleh menukar arus inrush.
Untuk mencapai kawalan pensuisan pintar, sistem pemerolehan data yang pelbagai, fungsi perlindungan yang pelbagai, dan pemasangan dan penyelenggaraan yang mudah, satu lagi jenis pampasan kapasitor beralih telah dibangunkan pada tahun-tahun kebelakangan ini-kapasitor pintar. Berbanding dengan pampasan kapasitans tradisional, ia mempunyai pelbagai fungsi teknologi yang kapasitor tradisional tidak dapat dicapai. Di samping itu, dengan elektrik peralatan beban, kesan harmonik pada sistem pengedaran tidak boleh diabaikan, terutamanya pada kapasitor. Oleh itu, sebagai tindak balas kepada kesan harmonik, pampasan FC juga telah mengalami banyak penambahbaikan yang berkaitan. Sebagai contoh, konsep kadar reactance siri telah diperkenalkan. Bilakah kadar reactance siri 6% atau 7% boleh digunakan? Dan bilakah kadar reactance siri 13% atau 14% boleh digunakan? Bahagian ini akan terus dijelaskan dalam topik kemudian.
Penjana Var statik (SVG) Pampasan
Penjana var statik adalah peranti elektronik kuasa baru yang digunakan untuk pampasan kuasa reaktif. Ia boleh dengan cepat dan berterusan memberikan pampasan bagi jumlah kuasa reaktif dan urutan negatif yang berbeza-beza. Permohonannya boleh mengatasi kelajuan tindak balas yang perlahan, kawalan pampasan yang tidak tepat, dan kecenderungan untuk menyebabkan resonans selari dan ayunan beralih dalam pampasan kuasa reaktif tradisional seperti pampasan FC.
Berbanding dengan FCA, terdapat tiga kelebihan utama iaitu::
1 Pampasan linear kuasa reaktif dengan langkah pampasan yang lebih kecil daripada 1KVar; 2 Pampasan bebas polariti, yang boleh mengeluarkan kuasa reaktif kapasitif dan induktif; 3 Masa tindak balas cepat, dengan jumlah masa tindak balas kurang daripada 5ms.
Ekonomi pampasan kuasa reaktif oleh Tsai Ing-wen
● Mengimbangi kuasa reaktif untuk meningkatkan faktor kuasa.
Menurut notis mengenai "kaedah menyesuaikan yuran elektrik berdasarkan faktor kuasa", tidak sukar untuk mencari peraturan pelarasan faktor kuasa mengambil 0.9 sebagai nilai standard. Dengan meningkatkan faktor kuasa, pengguna boleh mengurangkan jumlah yuran elektrik mereka. Di samping itu, pengguna pengedaran dengan faktor kuasa yang lebih tinggi daripada 0.9 juga boleh menerima ganjaran daripada syarikat kuasa untuk pelarasan faktor kuasa. Melalui pampasan yang munasabah, faktor kuasa pada titik pengukuran boleh diselaraskan untuk memenuhi piawaian kebangsaan, yang boleh menghapuskan caj faktor kuasa dan dengan ketara mengurangkan kos elektrik untuk pengguna kuasa.
Penjimatan tenaga aktif peranti pampasan kuasa reaktif dinamik hanya mengurangkan kehilangan bekalan kuasa dan pengedaran dari titik pampasan kepada penjana. Oleh itu, pampasan kuasa reaktif pada sisi grid voltan tinggi tidak dapat mengurangkan kerugian pada sisi voltan rendah atau meningkatkan kadar penggunaan transformer kuasa voltan rendah. Menurut teori pampasan optimum, pampasan kuasa reaktif dinamik tempatan mempunyai kesan penjimatan tenaga yang paling ketara.
Di samping itu, banyak peranti pampasan di pasaran menggalakkan konsep seperti "penjimatan tenaga" dan "penjimatan kuasa". Kebanyakan mereka bermula dengan pampasan kuasa reaktif, meningkatkan faktor kuasa, mengurangkan penalti faktor kuasa, atau mengubah faktor kuasa penalti menjadi faktor kuasa ganjaran, akhirnya mencapai matlamat menjimatkan wang untuk pengguna pengedaran. Oleh itu, dari perspektif pemindahan tenaga semulajadi dalam alam semula jadi, pampasan kuasa reaktif yang tegasnya tidak tergolong dalam kategori "penjimatan tenaga" atau "penjimatan kuasa." Walau bagaimanapun, ia benar-benar boleh menjimatkan wang untuk pengguna pengedaran.
● Mengurangkan kerugian dalam talian penghantaran dan pampasan transformersReasonable berkesan boleh mengurangkan sistem semasa. Mengambil kuasa semula jadi sistem 0.7 sebagai contoh, jika faktor kuasa sistem meningkat hampir 1 melalui peranti pampasan, arus sistem akan jatuh kira-kira 30%. Ini bermakna kerugian dalam talian dan transformer boleh dikurangkan kepada P = I2R =(1-30%)2R = 0.49R, yang merupakan pengurangan 51% dalam talian dan transformer kerugian. Faktor kuasa semulajadi perusahaan elektrik biasanya sekitar 0.7. Kadar pengurangan kehilangan garis dan kehilangan tembaga dalam transformer daripada meningkatkan faktor kuasa dari 0.7 ke atas 0.95 ditunjukkan dalam jadual di bawah.
Mengurangkan kerugian garis dan pengubah dan menjimatkan kuasa aktif adalah langkah penjimatan tenaga yang penting. Dalam industri petroleum, di mana garis panjang dan kompleks, meningkatkan peralatan pampasan kuasa reaktif dapat mengurangkan arus operasi, dengan itu mengurangkan kerugian garis dan menjimatkan kuasa aktif, dengan kesan penjimatan tenaga yang ketara.
● Meningkatkan kapasiti penghantaran grid kuasa dan meningkatkan penggunaan peralatan
Peranti pampasan berkesan boleh mengurangkan sistem kuasa semasa dan jelas, dengan itu berkesan mengurangkan kapasiti semua peralatan yang berkaitan dalam pembinaan grid kuasa dan mengurangkan pelaburan dalam pembinaan grid kuasa. Untuk sistem dengan faktor kuasa sekitar 0.7, pampasan yang berkesan dapat mengurangkan arus sistem sebanyak 30%, yang bermaksud meningkatkan kapasiti penyimpanan beban loji kuasa dan transformasi kuasa dan kemudahan pengedaran sebanyak 30%.
Sekiranya terdapat kapasiti yang tidak mencukupi dalam transformer dan garisan, kaedah memasang peranti pampasan kuasa reaktif boleh digunakan. Memasang peranti pampasan kuasa reaktif boleh mengimbangi kuasa reaktif di dalam negara, mengurangkan arus mengalir melalui garis dan transformer, melambatkan kelajuan penuaan dawai dan penebat pengubah, dan memanjangkan hayat perkhidmatan mereka. Pada masa yang sama, ia boleh melepaskan kapasiti transformer dan garisan, meningkatkan keupayaan membawa beban mereka. Sebagai contoh, dengan pengubah 100KVA yang kini beroperasi pada beban 85% dengan COSΦ 0.7, memasang peralatan pampasan kuasa reaktif boleh meningkatkan kapasiti beban pengubah sebanyak 30%. Pengguna boleh meningkatkan beban mereka tanpa mengembangkan keupayaan untuk memudahkan pengembangan pengeluaran selanjutnya.
● Meningkatkan kualiti voltan
Sejumlah besar beban induktif dalam sistem akan menyebabkan penurunan voltan pada garis kuasa, terutamanya pada akhir garis kuasa. Pampasan yang munasabah berkesan dapat mengurangkan penurunan voltan talian dan meningkatkan kualiti kuasa.
Rumus untuk mengira kehilangan voltan dalam talian adalah sebagai berikut::
dalam formula:
P-kuasa aktif, kW
Voltan U-Rated, kV
Ω R - jumlah rintangan garis, Ω
Q-kuasa reaktif, kVar
xl - tindak balas induktif garis, Ω
Kerana sistem kearuhan reactance adalah jauh lebih besar daripada impedans yang, ia boleh dilihat dari formula yang perubahan dalam kuasa reaktif boleh menjejaskan variasi voltan. Apabila kuasa reaktif Q dalam baris berkurangan, kehilangan voltan juga berkurangan.
Pada akhir talian bekalan kuasa, voltan umumnya rendah. Meningkatkan peranti pampasan reaktif boleh meningkatkan voltan pada hujung baris untuk memastikan operasi peralatan yang selamat dan boleh dipercayai.
Sebaliknya, dengan pembangunan industri, penggunaan sebilangan besar peralatan kawalan automatik dan beban bukan linear telah menyebabkan aliran harmonik yang ketara dalam rangkaian pengedaran kuasa, mencemari grid. Salah satu cara utama untuk meningkatkan kualiti kuasa adalah untuk menekan atau mengurangkan kesan harmonik ke atas sistem bekalan kuasa dan peralatan elektrik melalui peruntukan yang munasabah peralatan penapisan pampasan.
Akhirnya, dengan kebangkitan sistem kuasa baru, isu-isu kualiti kuasa terikat untuk menghadapi banyak isu-isu berkaitan kualiti kuasa, isu-isu berikut adalah bernilai pemahaman lanjut, pengenalan, dan penerokaan:
1. Analisis isu-isu resonans, apa itu resonans?
2. Apakah senario biasa di mana penapis sering rosak?
3. Apakah perbezaan antara pampasan tempatan dan pampasan terpusat penapis?
4. Bagaimana untuk memahami keperluan untuk mengurangkan harmonik kepada 5%?
5. Bolehkah memasang penapis benar-benar mencapai "penjimatan tenaga"?
6. Bagaimana integrasi peranti elektronik kuasa seperti simpanan tenaga, fotovoltaik, dan kuasa angin menjejaskan kualiti kuasa?
7.Adakah permintaan untuk kualiti kuasa dalam sistem microgrid penting?
8.... (and dan sebagainya)
