Mikä on reaktiivisen tehon kompensaatioteknologia sen optimointistrategiat ja merkitys

1 Vastustevalon kompensaatiotekniikan yleiskatsaus
1.1 Vastustevalon kompensaatiotekniikan rooli

Vastustevalon kompensaatiotekniikka on yksi laajasti käytettyistä menetelmistä sähköverkoissa ja -järjestelmissä. Sitä käytetään pääasiassa tehokkuuskerroksen parantamiseen, linjahäviöiden vähentämiseen, sähkölaadun parantamiseen ja verkon siirtokapasiteetin ja vakauden lisäämiseen. Tämä varmistaa, että sähkövälineet toimivat vakavammassa ja luotettavammassa ympäristössä, samalla lisäämällä verkon kykyä siirtää aktiivista energiaa.

1.2 Vastustevalon kompensaatiotekniikan rajoitukset

Vaikka vastustevalon kompensaatiotekniikkaa käytetään laajasti, se ei sovellu kaikkiin käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi järjestelmissä, joissa kuormitus vaihtelee usein, kompensaation laitteiston kytkemisnopeus saattaa olla liian hitaana reagoimaan nopeisiin kuormituksen muutoksiin. Tämä voi johtaa epäriittävään reaktioon, mikä aiheuttaa epävakaita jännitevaihteluja verkkoon.

Joissakin tapauksissa vastustevalon kompensaatiolaitteisto voi tuottaa harmonia-voimakkuuksia ja -jännitteitä, jotka voivat vaarantaa koko sähköjärjestelmän ja sen yhteydessä olevat laitteet. Siksi harmoniat on huomioitava täysin kompensaatio-ohjelmien suunnittelussa ja toteutuksessa, ja on otettava käyttöön sopivat hillintatoimenpiteet.

2 Vastustevalon kompensaation optimointistrategiat

Tässä esitetty vastustevalon kompensaatiotekniikka perustuu tehocondensoreihin ja se toteutetaan täydellisessä kompensaatiojärjestelmässä. Järjestelmä koostuu pääasiassa kolmesta osasta: S751e-JP-pääkontrollerista, S751e-VAR-kontrollipaavalikosta (kapasitoren kytkemisen suoritusyksikkö) ja tehocondensoripankista. Näistä S751e-JP-pääkontrolleri ja S751e-VAR-kontrollipaavalikko toimivat isäntä-lapsusuhteessa.

Normaalissa toiminnassa S751e-VAR-kontrollipaavalikko vastaanottaa ohjeita S751e-JP-pääkontrolleriltä ja kontrolloi siten sisäisiä yhdistelmäkytkimiä, jotta voidaan kytkää pre-ryhmitellyt tehocondensorit. S751e-JP-pääkontrolleri on vastuussa sähköjärjestelmän reaaliaikaisen toimintadatan keräämisestä ja analysoinnista. Se käyttää sisäistä ohjelmistoa ja algoritmeja laskemaan tarvittavan määrän vastustevalon kompensaatiota, ja muuttaa tämän tiedon signaaleiksi, jotka ovat yhteensopivia S751e-VAR-kontrollipaavalikon kanssa. Kun kontrollipaavalikko vastaanottaa komennon, se suorittaa kytkemisoperaatiot ennaltasettujen loogisten sääntöjen mukaan, mikä mahdollistaa tarkan vastustevalon kompensaation sähköjärjestelmälle.

2.1 Vastustevalon kompensaatiolaitteiston suunnittelu ja konfigurointi
2.1.1 Tehocondensorien kompensaatiokapasiteetti

Yleisesti käytettyä yksinkertaistettua laskentamenetelmää käytetään estimoidaksemme tehocondensorien kompensaatiokapasiteettia. Kuitenkin tämä menetelmä on käytännössä tiettyihin rajoituksiin sidottu. Siksi tässä työssä käytetään yksityiskohtaisempaa ja tarkempaa algoritmia määrittämään tarvittava kompensaatio. Ensiksi määritetään järjestelmän alkuperäinen tehokkuuskerroin (cosφ) ilman kompensaatiota.

$P$ ja $Q$ ovat aktiivisen ja vastustevalon arvot, kun verkko toimii täysi kuormituksella;
$\α$ on sähköjärjestelmän (tai verkon) vuosittainen keskimääräinen aktiivinen kuormituskerroin, yleensä välillä 0,70–0,75;
$\β$ on sähköjärjestelmän (tai verkon) vuosittainen keskimääräinen vastustevalon kuormituskerroin, yleensä otetaan 0,76.

Jos sähköjärjestelmä on jo normaalissa toiminnassa, historiallisia sähkönkulutustietoja voidaan käyttää laskentaan. Tällaisessa tapauksessa:

missä:
W_m on sähköjärjestelmän kuukausittainen keskiarvoinen aktiivinen energiankulutus;
W_rm on sähköjärjestelmän kuukausittainen keskiarvoinen vastustevalon energiankulutus.

Edellä mainitun tavoitteen mukaisen tehokkuuskerroin perusteella tehocondensorin todellinen kompensaatiokapasiteetti voidaan määrittää seuraavan kaavan avulla:

2.1.2 Tehocondensoripankkien yhdistämismenetelmät

Sähköjärjestelmän normaalissa toiminnassa tehocondensoripankkeja yleensä käytetään kahdella perusyhdistämismenetelmällä: delta (Δ)-yhdistelmällä ja Y (sterntähti)-yhdistelmällä. Lisäksi kytkimislaitteiden sijainnin mukaan ne voidaan luokitella sisäiseksi tai ulkoiseksi kytkimiskonfiguraatioksi.

Deltayhdistelmä mahdollistaa nopean, samanaikaisen kolmifaseisen kompensaation, mikä vähentää linjan epätasapainon kestoa ja parantaa kompensaation tehokkuutta. Se on kuitenkin yleensä sovellettavissa vain järjestelmiin, joilla on suhteellisen tasapainoinen kolmifaseinen kuormitus, eikä se pysty saavuttamaan tarkkaa verkon kompensaatiota.

Y-yhdistelmä mahdollistaa jokaiselle kondensoripankin fasilta riippumattoman ja tarkan kompensaation. Se voi kuitenkin johtaa alijännitteeseen tai ylijännitteeseen yhdessä fasissa ja sen toteuttaminen on yleensä kalliimpaa.

Siksi tässä työssä ehdotetaan hybridia lähestymistapaa, joka yhdistää molempien yhdistämismenetelmien edut, ja säädellään kondatoriryhmien lukumäärää ja kapasiteettia oikeasti olevan kuormituksen mukaan.

2.1.3 Tehocondensorien ryhmittelykonfiguraatio

Tehocondensorien ryhmittelykonfiguraatio sisältää yleensä yhtäsuuret- ja erisuuret-kapasiteettirakenteet.

Yhtäsuuret-ryhmittelyssä kokonaissä condensoripankki jaetaan identtisiin kapasiteetteihin, ja ryhmien määrä määräytyy kokonaisvaatimuksen mukaan. Tämä menetelmä tarjoaa yksinkertaisen asennuksen ja suoraviivaisen kytkemisen hallintalogiikkaa. Kuitenkin vähemmän ryhmiä ja suurempi yksittäinen kapasiteetti johtavat karkeisiin kompensaatiokynnyksiin, mikä tekee tarkasta kompensaatiosta vaikeaa. Usein toistuva kytkeminen voi myös nopeuttaa laitteiston kulutusta ja lisätä huoltokustannuksia.

Erisuuret-ryhmittelyssä kondatorien kapasiteetit jaetaan etukäteen määriteltyyn suhteeseen (esim. 1∶2∶4∶8). Tämä lähestymistapa tarjoaa korkeamman kompensaation tarkkuuden ja joustavuuden, mikä mahdollistaa tarkan vastustevalon säännöksen. Kuitenkin se vaatii monimutkaisemman järjestelmän suunnittelun ja hallintalogiikan, mikä rajoittaa skaalautuvuutta. Lisäksi pienemmät kapasiteetit voivat kokea liian paljon kytkemisiä, mikä vaikuttaa pitkäaikaiseen luotettavuuteen.

Perinteisempien menetelmien kattavan arvioinnin jälkeen tässä työssä käytetään yhtäsuuret-ryhmittelymenetelmää. Kuitenkin yhteisen kompensaatioryhmän kapasiteetti on hieman suurempi kuin jakautuneen phasen kompensaatioryhmän. Tämä konfiguraatio tukee paremmin sykliseen kytkemiseen, parantaa sekä kompensaation tarkkuutta että vastetta, ja vähentää hallintakompleksisuutta. Se myös lyhentää kompensaatiocykliä ja parantaa yleistä tehokkuutta.

2.2 Vastustevalon kompensaatiotekniikan strategian optimointi

Hyvin suunniteltu vastustevalon kompensaatiotekniikan strategia varmistaa tehokkaan kompensaation eri toimintatilanteissa. Normaalissa järjestelmän toiminnassa kompensaatiojärjestelmän reaaliaikainen tila voidaan jakaa vyöhykkeisiin – kuten kytkemisvyöhykkeeseen, vakautettuun vyöhykkeeseen ja kytkemisvyöhykkeeseen – aktiivisen ja vastustevalon parametreiden perusteella.

Kompensaatiotekniikan strategian optimointi on kriittinen osa järjestelmän suunnittelua, joka vaikuttaa suoraan kompensaation suorituskykyyn. Perinteiset yksiparametrinen hallintastrategiat keskittyvät vain yhteen muuttujaan, mikä tekee niistä riittämättömiä käsittelemään monimutkaisia tai dynaamisia olosuhteita. Tämä usein johtaa ylipäätään kompensaatioon tai liian paljon kytkemisiin, mikä lisää toiminnallisia ja ylläpitokustannuksia.

Siksi tässä työssä käytetään moniparametrinen yhdistetty hallintastrategia. Yksi parametri toimii päätöksenteon ensisijaisena perusteena, kun taas muut toimivat apumuuttujina. Järjestelmä arvioi useita parametreja samanaikaisesti, suorittaa kattavia laskutoimituksia määrittääkseen kytkemisvaatimukset ja suorittaa kytkemisoperaatiot sen mukaan, mikä parantaa hallintatarkkuutta ja vakautta.

2.3 Kompensaatiolaitteiston toiminta ja ylläpito

Kompensaatiolaitteiston vakauden ja häiriökiinteyden parantamiseksi tulisi toteuttaa sisäänrakennettu ohjelmistonsuojajärjestelmä. Tämä varmistaa, että laite voi toimia normaalisti tai turvallisesti kytkyä pois erilaisissa poikkeustilanteissa, mikä parantaa toiminnan luotettavuutta ja turvallisuutta.

Lisäksi ammattilaisen teknikoiden tulisi säännöllisesti suorittaa asennuskomissionointi ja tarkastukset, jotta voidaan havaita mahdolliset turvallisuushaitat laitteissa ja tehdä ajantasaisia vahvistustoimenpiteitä.

Vastustevalon kompensaatiotekniikka sisältää yleensä suoja-ominaisuuksia, kuten ylikulutussuoja, ylijännitesuoja ja alijännitesuoja. Nämä suojat on testattava säännöllisesti varmistaakseen, että ne toimivat oikein virhetilanteissa. Lisäksi ylikulutus- ja lämpösuojauksen tulisi olla käytössä tunnistamaan epämuodostumat nopeasti ja estää virheiden laajenemista.