Qu'est-ce que la Technologie de Compensation de Puissance Réactive, Ses Stratégies d'Optimisation et Sa Signification
1 Aperçu de la technologie de compensation de la puissance réactive
1.1 Rôle de la technologie de compensation de la puissance réactive
La technologie de compensation de la puissance réactive est l'une des techniques largement utilisées dans les systèmes électriques et les réseaux. Elle est principalement employée pour améliorer le facteur de puissance, réduire les pertes de ligne, améliorer la qualité de l'énergie, et augmenter la capacité de transmission et la stabilité du réseau. Cela assure que l'équipement électrique fonctionne dans un environnement plus stable et fiable, tout en renforçant la capacité du réseau à transmettre de la puissance active.
1.2 Limites de la technologie de compensation de la puissance réactive
Bien que largement appliquée, la technologie de compensation de la puissance réactive n'est pas adaptée à tous les scénarios d'application. Par exemple, dans les systèmes avec des charges souvent variables, la vitesse de commutation des dispositifs de compensation peut ne pas suivre le rythme des changements rapides de charge. Cela peut entraîner une réponse inadéquate, conduisant à des fluctuations instables de tension dans le réseau.
Dans certains cas, l'équipement de compensation de puissance réactive peut générer des courants harmoniques et des tensions harmoniques, qui peuvent affecter négativement l'ensemble du système électrique et l'équipement connecté. Par conséquent, les problèmes harmoniques doivent être pleinement pris en compte lors de la conception et de la mise en œuvre des schémas de compensation, et des mesures appropriées de suppression doivent être adoptées.
2 Stratégies d'optimisation de la compensation de la puissance réactive
La technologie de compensation de la puissance réactive basée sur les condensateurs proposée dans ce document est mise en œuvre au sein d'un système de compensation complet. Le système se compose principalement de trois composants : le contrôleur principal S751e-JP, la carte de contrôle S751e-VAR (unité d'exécution de commutation des condensateurs) et la banque de condensateurs de puissance. Parmi ceux-ci, le contrôleur principal S751e-JP et la carte de contrôle S751e-VAR fonctionnent en relation maître-esclave.
Lors du fonctionnement normal, la carte de contrôle S751e-VAR reçoit des instructions du contrôleur principal S751e-JP et contrôle les interrupteurs composites internes pour commuter les condensateurs de puissance pré-groupés. Le contrôleur principal S751e-JP est responsable de la collecte et de l'analyse des données opérationnelles en temps réel du système électrique. À l'aide de logiciels et d'algorithmes intégrés, il calcule la quantité requise de compensation de puissance réactive, puis convertit cette information en signaux compatibles avec la carte de contrôle S751e-VAR. Une fois la commande reçue, la carte de contrôle exécute les opérations de commutation selon une logique prédéfinie, permettant une compensation précise de la puissance réactive pour le système électrique.
2.1 Conception et configuration de l'équipement de compensation de la puissance réactive
2.1.1 Capacité de compensation des condensateurs de puissance
Une méthode de calcul simplifiée est généralement utilisée pour estimer la capacité de compensation des condensateurs de puissance. Cependant, cette méthode présente certaines limites dans les applications pratiques. Par conséquent, ce document adopte un algorithme plus détaillé et précis pour déterminer la compensation requise. Tout d'abord, le facteur de puissance initial (cosφ) du système sans compensation est établi.
et sont les valeurs de puissance active et réactive, respectivement, lorsque le réseau fonctionne à pleine charge ;
est le facteur de charge actif annuel moyen du système électrique (ou du réseau), généralement compris entre 0,70 et 0,75 ;
est le facteur de charge réactif annuel moyen du système électrique (ou du réseau), généralement pris comme 0,76.
Si le système électrique est déjà en fonctionnement normal, les données historiques de consommation d'électricité peuvent être utilisées pour le calcul. Dans ce cas :
où :
Wm est la consommation moyenne mensuelle d'énergie active du système électrique ;
Wrm est la consommation moyenne mensuelle d'énergie réactive du système électrique.
Sur la base du facteur de puissance cible mentionné ci-dessus, la capacité de compensation réelle du condensateur de puissance peut être déterminée en utilisant la formule suivante :
2.1.2 Méthodes de connexion des banques de condensateurs de puissance
Lors du fonctionnement normal du système électrique, les banques de condensateurs de puissance emploient généralement deux méthodes de connexion de base : la connexion delta (Δ) et la connexion Y (en étoile). De plus, en fonction de l'emplacement des dispositifs de commutation dans le circuit, elles peuvent également être classées en configurations de commutation interne ou externe.
La connexion delta permet une compensation triphasée rapide et simultanée, réduisant efficacement la durée de déséquilibre de la ligne et améliorant l'efficacité de la compensation. Cependant, elle est généralement adaptée uniquement aux systèmes avec des charges triphasées relativement équilibrées et ne peut pas assurer une compensation précise du réseau.
La connexion Y permet une compensation indépendante et précise pour chaque phase de la banque de condensateurs. Cependant, elle peut entraîner une sous-tension ou une surtension dans une phase et implique généralement des coûts de mise en œuvre plus élevés.
Par conséquent, ce document propose une approche hybride qui combine les avantages des deux méthodes de connexion, en ajustant le nombre et la capacité des groupes de condensateurs en fonction des conditions de charge réelles.
2.1.3 Configuration de regroupement des condensateurs de puissance
La configuration de regroupement des condensateurs de puissance comprend généralement des schémas de capacité égale et de capacité inégale.
Dans le regroupement de capacité égale, la banque totale de condensateurs est divisée en groupes de capacité identique, le nombre de groupes étant déterminé en fonction de la capacité totale requise. Cette méthode offre un assemblage simple et une logique de commande de commutation directe. Cependant, en raison de moins de groupes et de capacités individuelles plus grandes, elle entraîne des étapes de compensation grossières, rendant difficile la compensation précise. Les commutations fréquentes peuvent également accélérer l'usure de l'équipement et augmenter les coûts de maintenance.
Dans le regroupement de capacité inégale, les capacités des condensateurs sont distribuées selon un ratio prédéfini (par exemple, 1∶2∶4∶8). Cette approche offre une précision de compensation plus élevée et une plus grande flexibilité, permettant une régulation fine de la puissance réactive. Cependant, elle implique une conception et une logique de commande complexes, limitant sa scalabilité. De plus, les condensateurs de petite capacité peuvent subir des opérations de commutation excessives, affectant leur fiabilité à long terme.
Après une évaluation complète, ce document adopte la méthode de regroupement de capacité égale. Cependant, la capacité du groupe de compensation commun est légèrement plus grande que celle du groupe de compensation monophasée. Cette configuration soutient mieux les opérations de commutation cycliques, améliore à la fois la précision de la compensation et la rapidité de réponse, et réduit la complexité de la commande. Elle raccourcit également le cycle de compensation et améliore l'efficacité globale.
2.2 Optimisation de la stratégie de compensation de la puissance réactive
Une stratégie de compensation de la puissance réactive bien conçue assure une compensation efficace dans diverses conditions de fonctionnement. Lors du fonctionnement normal du système, l'état en temps réel du système de compensation peut être divisé en zones - telles que la zone de commutation, la zone stable et la zone de déconnexion - en fonction des paramètres tels que la puissance active et réactive.
L'optimisation de la stratégie de compensation est un aspect crucial de la conception du système, influençant directement la performance de la compensation. Les stratégies de contrôle à un seul paramètre traditionnelles se concentrent uniquement sur une variable, ce qui les rend insuffisantes pour gérer des conditions complexes ou dynamiques. Cela conduit souvent à une surcompensation ou à des commutations excessives, augmentant les coûts opérationnels et de maintenance.
Par conséquent, ce document utilise une stratégie de contrôle composite à plusieurs paramètres. Un paramètre est utilisé comme critère de décision principal, tandis que plusieurs autres servent de facteurs auxiliaires. Le système évalue simultanément plusieurs paramètres, effectue des calculs complets pour déterminer les besoins en commutation et exécute les actions de commutation en conséquence, améliorant la précision et la stabilité de la commande.
2.3 Exploitation et maintenance de l'équipement de compensation
Pour améliorer la stabilité et la résistance aux interférences de l'équipement de compensation, un système de protection logiciel intégré doit être mis en place. Cela assure que le dispositif peut fonctionner normalement ou se déconnecter en toute sécurité dans diverses conditions anormales, améliorant ainsi la fiabilité et la sécurité opérationnelle.
De plus, des techniciens professionnels doivent effectuer régulièrement des mises en service et des inspections pour identifier les dangers potentiels dans l'équipement et réaliser des renforcements opportuns.
Les systèmes de compensation de puissance réactive sont généralement équipés de fonctions de protection contre les surintensités, les surtensions et les sous-tensions. Pour s'assurer que ces protections répondent correctement aux défauts, un test régulier de leurs performances opérationnelles est nécessaire. De plus, la protection contre les surintensités et la température doit être mise en œuvre pour détecter rapidement les anomalies et prévenir l'aggravation des défauts.
