6 Батареи статических конденсаторов, как источники реактивной мощности

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. Конденсаторывыпускаются а однофазном и трехфазном исполнении на номинальное напряжение 0,22 - 10,5 кВ.

 

 

Принципиальные схемы батарей конденсаторов: а, б – последовательное и параллельное соединение конденсаторов; в, г – соединение фаз БСК треугольником и звездой.

 

При соединении шунтовых конденсаторов звездой мощность батареи:

 

.

 

При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи:

 

.

 

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых БСК число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. При этом изменяется С- емкость БСК (формула 9.5) и мощность, выдаваемая в сеть.

 

Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем:

        возможность применения, как на низком, так и на высоком напряжении;

        малые потери активной мощности.

Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима:

        зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения может способствовать возникновению лавины напряжения;

        невозможность потребления реактивной мощности (регулирование напряжения возможно только в одну сторону);

        ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения, следовательно, регулирование напряжения не плавное, а ступенчатое;

        чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

 

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).

7 Электрические генераторы электростанций – регуляторы реактивной мощности

8 Синхронные двигатели – регуляторы реактивной мощности

Технические характеристики синхронных машин как ИРМ одинаковы для всех видов синхронных машин. Они представляют собой плавно регулируемый ИРМ. За счет изменения тока возбуждения обеспечивается регулирование реактивной мощности по любому закону. На рис.6.4 приведена так на­зываемая F-образная характеристика СД, представляющая собой зависимость тока статора 1 от тока возбуждения 1_в при Р = const. Левая ветвь кривой соответствует недовозбуждению СД, в этом режиме он, как и асинхронный, представляет собой активную и индуктивную нагрузки сети. Правая ветвь -режим перевозбуждения, в этом режиме СД представляют собой активную и емкостную нагрузки сети, т.е. работает не только как двигатель, но и как компенсатор Q.

Минимальное значение тока статора - при значении cosφ = 1,0. Из рис.6.4 следует, что работа СД с точки зрения теплового режима с cosφ = = 1,0 возможна всегда, даже при 100%-ной активной нагрузке на его валу. При этом СД не потребляет из сети реактивной мощности. Именно этим и объясняется целесообразность использования СД вместо асинхронных той же мощности во всех случаях, когда это допускается технологией. В случае, если СД предназначен для нормальной работы в режиме перевозбуждения, т.е. с опережающим коэффициентом мощности, то он даже при 100%-ной загрузке активным током может компенсировать реактивную нагрузку сети. Компенсирующая способность СД - это отношение реактивной мощности, отдаваемой двигателем в сеть (кВАр), к полной мощности двигателя (кВАр). Ее не следует повышать на длительное время путем увеличения тока возбуж­дения сверх его номинального значения во избежание перегрева ротора. Единственно возможным путем увеличения компенсирующей способности на длительный период является снижение активной нагрузки СД при неизменном токе возбуждения, равном номинальному.

В черной, цветной, химической и газовой промышленности СД составляют 70-80% от всех электроприводов. Они изготавливаются с номинальным опережающим cosφ = 0,9, т.е. могут работать в режиме генерации реактивной мощности. Техническая возможность использования СД в качестве ИРМ ограничивается наибольшей реактивной мощностью, которую он может генерировать в нормальном режиме работы, так называемая располагаемая реак­тивная мощность СД О_т и определяется по формуле

где α_m - коэффициент допустимой перегрузки двигателя, зависящий от его загрузки по активной мощности типа СД , и относительного напряжения на его зажимах; η - КПД СД; α_т = Q/Q_H - коэффициент загрузки по Q ; α_m ⁼ Q_m /Q_h - наибольшая загрузочная способность СД по реактивной мощности

где β= Р/Р_н- коэффициент загрузки по активной мощности; U_o = U_cemu/U_H - относительное напряжение на зажимах СД.

На рис.6.5 приведена зависимость α_m = f(β U_o) , а на рис.6.6 номо-грамма для определения значения α_m при номинальном токе возбуждения и U = U_h b зависимости от коэффициента β. Как уже отмечалось, СД нормальных серий изготавливаются с опережающим cosφ = 0,9 независимо от реактивной мощности, которую предприятие может использовать. Поэтому в расчетных затратах должна учитываться только стоимость активных потерь электроэнергии на генерацию реактивной мощности и стоимость регулятора возбуждения, если он устанавливается специально для этих целей.

В табл.6.1 приведены значения номинальной активной мощности СД при различной частоте вращения ротора для различных энергосистем.

Наряду с величиной располагаемой реактивной мощности СД его показателем также является потеря активной мощности ∆Р на генерацию Q_едрасп дополнительные потери.

∆Р существенно зависит от Р_н и частоты вращения двигателя. Чем ниже значение Р_нед и частота вращения СД, тем выше потери в двигателе на генерацию реактивной мощности. Потери активной мощности в СД на гене­рацию реактивной мощности

где Д₁, Д₂ - постоянные коэффициенты, зависящие от технических парамет­ров СД. Их значения приведены в [9, 22].

Для группы параллельно работающих однотипных СД с одинаковым режимом работы величина суммарных потерь ∆Р [кВт], обусловленных генерацией Q, будет равна

Синхронные машины обладают хорошими статическими характери­стиками по реактивной мощности Q = f(U). При снижении напряжения на вводах СМ до определенного уровня синхронные машины позволяют увели­чивать генерацию Q и тем самым способствуют устранению дефицита Q , вызванного понижением напряжения.

На рис.6.7 приведены статические характеристики располагаемой Q_pacn для одного из СД, построенные в относительных единицах при различном коэффициенте загрузки двигателя по активной мощности (К₃ ). За базисные условия приняты U_H и Q_нед-

При глубоких (аварийных) снижениях U у синхронных машин проис-ходит автоматическая форсировка возбуждения, приводящая с существен­ному увеличению генерации Q.

Синхронные машины обладают хорошими динамическими характери-стиками по Q, отражающими реакцию СМ по реактивной мощности на ко-лебания напряжения в электрической сети. У СМ колебания напряжения вы-зывают изменения Q , при этом колебания напряжения находятся в проти-вофазе с изменением Q . В результате СМ сглаживают график Q и способ-ствуют уменьшению колебания напряжения.

Синхронные машины малочувствительны к несинусоидальности на-пряжения, поэтому они могут использоваться в качестве ИРМ в электрических сетях, питающих мощные вентильные преобразователи.