Was ist Blindleistungskompensationstechnologie Ihre Optimierungsstrategien und Bedeutung

1 Übersicht über die Technologie der Blindleistungskompensation
1.1 Rolle der Technologie der Blindleistungskompensation

Die Technologie der Blindleistungskompensation ist eine der weit verbreiteten Techniken in Stromnetzen und elektrischen Netzen. Sie wird hauptsächlich eingesetzt, um den Leistungsfaktor zu verbessern, die Leitungsausfälle zu reduzieren, die Netzqualität zu steigern und die Übertragungskapazität und Stabilität des Netzes zu erhöhen. Dies sorgt dafür, dass die Stromversorgungsanlagen in einer stabileren und zuverlässigeren Umgebung arbeiten, während auch die Fähigkeit des Netzes zur Übertragung von Wirkleistung gesteigert wird.

1.2 Einschränkungen der Technologie der Blindleistungskompensation

Obwohl sie weit verbreitet ist, eignet sich die Technologie der Blindleistungskompensation nicht für alle Anwendungsszenarien. So kann beispielsweise in Systemen mit häufig wechselnden Lasten die Schaltgeschwindigkeit der Kompensationsgeräte nicht mit den schnellen Laständerungen Schritt halten. Dies kann zu unzureichenden Reaktionen führen, was zu instabilen Spannungsschwankungen im Netz führt.

In bestimmten Fällen können Blindleistungskompensationseinrichtungen harmonische Ströme und harmonische Spannungen erzeugen, die die Gesamtstromsysteme und angeschlossenen Geräte negativ beeinflussen können. Daher müssen harmonische Probleme bei der Planung und Implementierung von Kompensationssystemen vollständig berücksichtigt werden, und angemessene Unterdrückungsmaßnahmen sollten ergriffen werden.

2 Optimierungsstrategien für die Blindleistungskompensation

Die in diesem Artikel vorgeschlagene Technologie der Blindleistungskompensation basierend auf Starkstromkondensatoren wird innerhalb eines vollständigen Kompensationssystems implementiert. Das System besteht hauptsächlich aus drei Komponenten: dem S751e-JP Hauptcontroller, der S751e-VAR Steuerplatine (Kondensatorschalt-Ausführungsmodul) und dem Starkstromkondensatorbank. Dabei arbeiten der S751e-JP Hauptcontroller und die S751e-VAR Steuerplatine in einem Master-Slave-Verhältnis.

Während des normalen Betriebs empfängt die S751e-VAR Steuerplatine Befehle vom S751e-JP Hauptcontroller und steuert entsprechend die internen kombinierten Schalter, um vordefinierte Gruppen von Starkstromkondensatoren zu schalten. Der S751e-JP Hauptcontroller ist verantwortlich für das Sammeln und Analysieren von Echtzeit-Betriebsdaten des Stromsystems. Mit eingebauter Software und Algorithmen berechnet er die erforderliche Menge an Blindleistungskompensation und konvertiert diese Informationen in Signale, die mit der S751e-VAR Steuerplatine kompatibel sind. Nachdem der Befehl erhalten wurde, führt die Steuerplatine die Schaltvorgänge gemäß vorgegebener Logik aus, um eine präzise Blindleistungskompensation für das Stromsystem zu ermöglichen.

2.1 Design und Konfiguration von Blindleistungskompensationseinrichtungen
2.1.1 Kompensationskapazität von Starkstromkondensatoren

Eine vereinfachte Berechnungsmethode wird häufig verwendet, um die Kompensationskapazität von Starkstromkondensatoren zu schätzen. Allerdings hat diese Methode in der Praxis bestimmte Einschränkungen. Daher verwendet dieser Artikel einen detaillierteren und genauereren Algorithmus, um die erforderliche Kompensation zu bestimmen. Zunächst wird der initiale Leistungsfaktor (cosφ) des Systems unter unkompenzierten Bedingungen festgelegt.

$P$ und $Q$ sind die Wirk- und Blindleistungswerte, wenn das Netz mit voller Last betrieben wird;
$\α$ ist der jährliche durchschnittliche Wirklastfaktor des Stromsystems (oder Netzes), der typischerweise zwischen 0,70 und 0,75 liegt;
$\β$ ist der jährliche durchschnittliche Blindlastfaktor des Stromsystems (oder Netzes), der in der Regel 0,76 beträgt.

Wenn das Stromsystem bereits im Normalbetrieb ist, können historische Stromverbrauchsdaten zur Berechnung verwendet werden. In diesem Fall:

wobei:
W_m die monatliche durchschnittliche Wirkenergieverbrauch des Stromsystems ist;
W_rm der monatliche durchschnittliche Blindenergieverbrauch des Stromsystems ist.

Basierend auf dem oben erwähnten Ziel-Leistungsfaktor kann die tatsächliche Kompensationskapazität des Starkstromkondensators mit der folgenden Formel bestimmt werden:

2.1.2 Verbindungsmethoden von Starkstromkondensatorbanken

Während des normalen Betriebs des Stromsystems verwenden Starkstromkondensatorbanken in der Regel zwei grundlegende Verbindungsmethoden: Delta (Δ)-Verbindung und Y (Stern)-Verbindung. Darüber hinaus können sie je nach Lage der Schaltelemente im Schaltkreis als interne oder externe Schaltkonfigurationen klassifiziert werden.

Die Delta-Verbindung ermöglicht eine schnelle, gleichzeitige Dreiphasenkompensation, die die Dauer der Leitungsunausgewogenheit effektiv reduziert und die Kompensationseffizienz verbessert. Sie ist jedoch in der Regel nur für Systeme mit relativ ausgewogenen Dreiphasenlasten geeignet und kann keine präzise Netz-Kompensation erreichen.

Die Y-Verbindung ermöglicht eine unabhängige und genaue Kompensation für jede Phase der Kondensatorbank. Sie kann jedoch zu Unter- oder Überspannung in einer Phase führen und erfordert in der Regel höhere Implementierungskosten.

Daher schlägt dieser Artikel einen hybriden Ansatz vor, der die Vorteile beider Verbindungsmethoden kombiniert und die Anzahl und Kapazität der Kondensatorgruppen gemäß den tatsächlichen Lastbedingungen anpasst.

2.1.3 Gruppierungskonfiguration von Starkstromkondensatoren

Die Gruppierungskonfiguration von Starkstromkondensatoren umfasst in der Regel gleiche und unterschiedliche Kapazitätspläne.

Bei der Gruppierung gleicher Kapazität wird die gesamte Kondensatorbank in Gruppen mit identischer Kapazität unterteilt, wobei die Anzahl der Gruppen basierend auf der gesamten erforderlichen Kapazität bestimmt wird. Diese Methode bietet einfache Montage und einfache Schaltsteuerlogik. Aufgrund weniger Gruppen und größerer individueller Kapazitäten führt sie jedoch zu groben Kompensationsschritten, was eine präzise Kompensation erschwert. Häufiges Schalten kann zudem die Verschleißrate der Ausrüstung beschleunigen und die Wartungskosten erhöhen.

Bei der Gruppierung unterschiedlicher Kapazitäten werden die Kondensatorkapazitäten gemäß einem vordefinierten Verhältnis (z.B. 1∶2∶4∶8) verteilt. Dieser Ansatz bietet eine höhere Kompensationsgenauigkeit und Flexibilität, ermöglicht eine feine Regulierung der Blindleistung. Er erfordert jedoch ein komplexeres Systemdesign und Steuerlogik, was seine Skalierbarkeit einschränkt. Darüber hinaus können kleinere Kondensatoren zu vielen Schaltvorgängen führen, was die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigt.

Nach einer umfassenden Bewertung verwendet dieser Artikel die Gruppierung gleicher Kapazität. Die Kapazität der gemeinsamen Kompensationsgruppe ist jedoch etwas größer als die der Phasengeteilten Kompensationsgruppe. Diese Konfiguration unterstützt besser zyklische Schaltvorgänge, verbessert sowohl die Kompensationsgenauigkeit als auch die Reaktionsgeschwindigkeit und reduziert die Steuerkomplexität. Sie verkürzt auch den Kompensationszyklus und erhöht die Gesamteffizienz.

2.2 Optimierung der Strategie der Blindleistungskompensation

Eine gut gestaltete Strategie der Blindleistungskompensation stellt sicher, dass unter verschiedenen Betriebsbedingungen eine effektive Kompensation erfolgt. Während des normalen Systembetriebs kann der Echtzeit-Zustand des Kompensationssystems basierend auf Parametern wie Wirk- und Blindleistung in Zonen unterteilt werden – wie zum Beispiel die Einschalzone, die Stabilisierungszone und die Ausschalzone.

Die Optimierung der Kompensationsstrategie ist ein entscheidender Aspekt des Systemdesigns und beeinflusst direkt die Kompensationsleistung. Traditionelle Einparameter-Steuerstrategien fokussieren sich nur auf eine Variable, was sie für komplexe oder dynamische Bedingungen unzureichend macht. Dies führt oft zu Überkompensation oder zu häufigem Schalten, was die Betriebs- und Wartungskosten erhöht.

Daher verwendet dieser Artikel eine Mehrparameter-Komposit-Steuerstrategie. Ein Parameter wird als primäre Entscheidungskriterium verwendet, während mehrere andere als Hilfsfaktoren dienen. Das System bewertet mehrere Parameter gleichzeitig, führt umfassende Berechnungen durch, um die Schaltanforderungen zu bestimmen, und führt die Schaltvorgänge entsprechend aus, um die Steuergenauigkeit und -stabilität zu verbessern.

2.3 Betrieb und Wartung der Kompensationseinrichtungen

Um die Stabilität und Störfestigkeit der Kompensationseinrichtungen zu verbessern, sollte ein eingebautes Software-Schutzsystem implementiert werden. Dies stellt sicher, dass das Gerät unter verschiedenen Ausnahmesituationen normal arbeiten oder sicher abgeschaltet werden kann, was die Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit verbessert.

Darüber hinaus sollten professionelle Techniker regelmäßig Installationen, Inbetriebnahmen und Inspektionen durchführen, um potenzielle Sicherheitsrisiken in der Ausrüstung zu identifizieren und rechtzeitig Maßnahmen zur Stärkung zu ergreifen.

Blindleistungskompensationssysteme sind in der Regel mit Schutzfunktionen wie Überstrom-, Über- und Unterspannungsschutz ausgestattet. Um sicherzustellen, dass diese Schutze richtig auf Fehler reagieren, ist eine regelmäßige Prüfung ihrer Funktionalität notwendig. Darüber hinaus sollten Überstrom- und Temperaturschutz implementiert werden, um Abnormitäten frühzeitig zu erkennen und die Ausweitung von Fehlern zu verhindern.