Co je technologie kompenzace reaktivního výkonu její optimalizační strategie a význam

1 Přehled technologie kompenzace reaktivního výkonu
1.1 Role technologie kompenzace reaktivního výkonu

Technologie kompenzace reaktivního výkonu je jednou z široce používaných metod v elektrických systémech a sítích. Je primárně používána k zlepšení faktoru využití, snížení ztrát na převodu, zlepšení kvality energie a zvýšení kapacity a stability sítě. To zajistí, aby elektrické zařízení fungovalo ve stabilnějším a spolehlivějším prostředí, a zároveň posílí schopnost sítě přenášet aktivní výkon.

1.2 Omezení technologie kompenzace reaktivního výkonu

I když je široce aplikována, technologie kompenzace reaktivního výkonu není vhodná pro všechny scénáře použití. Například v systémech s často se měnícími zatěžovacími podmínkami může být rychlost přepínání kompenzačních zařízení nedostatečná pro následování rychlých změn zatěžování. To může vést k neadekvátní odezvě, což vede k nestabilním kolísáním napětí v síti.

V některých případech mohou zařízení pro kompenzaci reaktivního výkonu generovat harmonické proudy a napětí, což může negativně ovlivnit celkový elektrický systém a připojené zařízení. Proto je třeba při návrhu a implementaci kompenzačních schémat plně zohlednit problémy s harmonickými složkami a použít příslušná opatření k jejich potlačení.

2 Optimalizační strategie pro kompenzaci reaktivního výkonu

Tento článek navrhuje technologii kompenzace reaktivního výkonu založenou na kondenzátorech, která je implementována v kompletním kompenzačním systému. Systém se skládá ze tří hlavních komponent: hlavního řadiče S751e-JP, řídící desky S751e-VAR (jednotka pro přepínání kondenzátorů) a banky kondenzátorů. Hlavní řadič S751e-JP a řídící deska S751e-VAR fungují v relaci hlavní-podřízený.

Během normálního provozu řídící deska S751e-VAR přijímá instrukce od hlavního řadiče S751e-JP a řídí vnitřní kompoziční přepínače k přepnutí předem seskupených kondenzátorů. Hlavní řadič S751e-JP je odpovědný za shromažďování a analýzu reálných dat o provozu elektrického systému. Pomocí vestavěného software a algoritmů vypočítá potřebnou množství kompenzace reaktivního výkonu a převede tuto informaci na signály kompatibilní s řídící deskou S751e-VAR. Po přijetí příkazu řídící deska vykoná přepínací operace podle přednastavené logiky, umožňující přesnou kompenzaci reaktivního výkonu v elektrickém systému.

2.1 Návrh a konfigurace zařízení pro kompenzaci reaktivního výkonu
2.1.1 Kompenzační kapacita kondenzátorů

Pro odhad kompenzační kapacity kondenzátorů se často používá zjednodušená výpočtová metoda. Tato metoda však má určitá omezení v praxi. Proto tento článek používá detailnější a přesnější algoritmus pro stanovení požadované kompenzace. Nejprve se stanoví počáteční faktor využití (cosφ) systému bez kompenzace.

$P$ a $Q$ jsou hodnoty aktivního a reaktivního výkonu, když síť pracuje na plném zatěžování;
$\α$ je roční průměrný faktor aktivního zatěžování elektrického systému (nebo sítě), obvykle v rozmezí 0,70 až 0,75;
$\β$ je roční průměrný faktor reaktivního zatěžování elektrického systému (nebo sítě), obvykle se bere jako 0,76.

Pokud je elektrický systém již v normálním provozu, lze pro výpočet použít historická data o spotřebě energie. V tomto případě:

kde:
W_m je měsíční průměrná spotřeba aktivní energie elektrického systému;
W_rm je měsíční průměrná spotřeba reaktivní energie elektrického systému.

Na základě uvedeného cílového faktoru využití lze skutečnou kompenzační kapacitu kondenzátoru určit pomocí následujícího vzorce:

2.1.2 Připojovací metody bank kondenzátorů

Během normálního provozu elektrického systému se banky kondenzátorů obvykle používají dvě základní připojovací metody: delta (Δ) připojení a Y (hvězda) připojení. Kromě toho, v závislosti na umístění přepínačů v obvodu, mohou být také klasifikovány jako interní nebo externí přepínací konfigurace.

Delta připojení umožňuje rychlou, současnou třífázovou kompenzaci, což efektivně snižuje dobu nerovnováhy v čáru a zlepšuje efektivitu kompenzace. Je však obecně vhodné pouze pro systémy s relativně vyrovnaným třífázovým zatěžováním a nemůže dosáhnout přesné kompenzace sítě.

Y připojení umožňuje nezávislou a přesnou kompenzaci každé fáze banky kondenzátorů. Může však vést k podnapětí nebo přetlaku v jedné fázi a obvykle vyžaduje vyšší náklady na implementaci.

Proto tento článek navrhuje hybridní přístup, který kombinuje výhody obou připojovacích metod a upravuje počet a kapacitu skupin kondenzátorů podle skutečných zatěžovacích podmínek.

2.1.3 Skupinová konfigurace kondenzátorů

Skupinová konfigurace kondenzátorů obvykle zahrnuje stejnokapacitní a různokapacitní schémata.

V případě stejnokapacitního seskupení je celá banka kondenzátorů rozdělena na skupiny s identickou kapacitou, kde počet skupin je určen na základě celkové požadované kapacity. Tento postup nabízí jednoduchou montáž a přímou logiku přepínání. Nicméně, kvůli menšímu počtu skupin a větší jednotlivé kapacity vede k hrubým krokům kompenzace, což ztěžuje přesnou kompenzaci. Frekventní přepínání může také zrychlit opotřebení zařízení a zvýšit náklady na údržbu.

V případě různokapacitního seskupení jsou kapacity kondenzátorů distribuovány podle předdefinovaného poměru (např. 1∶2∶4∶8). Tento přístup poskytuje vyšší přesnost a flexibilitu, umožňuje jemné regulace reaktivního výkonu. Nicméně, zahrnuje komplexní návrh a logiku řízení, což omezuje škálovatelnost. Kromě toho, menší kapacitní kondenzátory mohou zaznamenat přebytečné přepínání, což ovlivňuje dlouhodobou spolehlivost.

Po komplexní evaluaci tento článek používá metodu stejnokapacitního seskupení. Nicméně, kapacita společné kompenzační skupiny je mírně větší než kapacita rozdělené fázové kompenzační skupiny. Tato konfigurace lépe podporuje cyklické přepínací operace, zlepšuje jak přesnost kompenzace, tak i rychlost odezvy a zkracuje složitost řízení. Zároveň zkracuje cyklus kompenzace a zvyšuje celkovou efektivitu.

2.2 Optimalizace strategie kompenzace reaktivního výkonu

Dobře navržená strategie kompenzace reaktivního výkonu zajišťuje efektivní kompenzaci v různých operačních podmínkách. Během normálního provozu systému lze reálný stav kompenzačního systému rozdělit do zón – jako je zóna přepínání, stabilní zóna a zóna vypínání – na základě parametrů jako aktivní a reaktivní výkon.

Optimalizace strategie kompenzace je klíčovým aspektem návrhu systému, který přímo ovlivňuje výkon kompenzace. Tradiční strategie řízení s jedním parametrem se zaměřují pouze na jednu proměnnou, což je nedostatečné pro zvládání složitých nebo dynamických podmínek. To často vede k překompenzaci nebo přebytečnému přepínání, což zvyšuje operační a údržbové náklady.

Proto tento článek používá víceparametrickou kompozitní strategii řízení. Jeden parametr slouží jako hlavní rozhodovací kritérium, zatímco několik dalších slouží jako pomocné faktory. Systém současně vyhodnocuje několik parametrů, provádí komplexní výpočty pro určení požadavků na přepínání a provádí přepínací akce, což zlepšuje přesnost a stabilitu řízení.

2.3 Provoz a údržba kompenzačního zařízení

Pro zlepšení stability a odolnosti kompenzačního zařízení by měl být implementován vestavěný software pro ochranu. To zajistí, že zařízení může fungovat normálně nebo bezpečně odpojit v různých anomálních podmínkách, což zlepšuje operační spolehlivost a bezpečnost.

Kromě toho by měli odborní technici pravidelně provádět instalaci, nastavení a kontroly, aby identifikovali potenciální bezpečnostní rizika v zařízení a provedli včasné posílení.

Systémy kompenzace reaktivního výkonu jsou obvykle vybaveny ochrannými funkcemi, jako je ochrana před přetokem, přepětím a podnapětím. Aby se zajistilo, že tyto ochrany správně reagují na poruchy, je nutné pravidelně testovat jejich funkčnost. Dále by měla být implementována ochrana před přetokem a teplotou, aby bylo možné včas detekovat anomálie a zabránit eskalaci poruch.