Što je tehnologija kompenzacije reaktivne snage njeni strategiji optimizacije i značaj

1 Pregled tehnologije kompenzacije reaktivne snage
1.1 Uloga tehnologije kompenzacije reaktivne snage

Tehnologija kompenzacije reaktivne snage jedna je od široko korištenih tehnika u električnim sustavima i mrežama. Primarno se koristi za poboljšanje faktora snage, smanjenje gubitaka na linijama, poboljšanje kvalitete snage i povećanje kapaciteta i stabilnosti mreže. To osigurava da oprema za proizvodnju energije radi u stabilnijem i pouzdanijem okruženju, a istodobno povećava sposobnost mreže za prijenos aktivne snage.

1.2 Ograničenja tehnologije kompenzacije reaktivne snage

Iako je široko primijenjena, tehnologija kompenzacije reaktivne snage nije prikladna za sve scenarije primjene. Na primjer, u sustavima s često varirajućim opterećenjima, brzina prekidača kompenzacijskih uređaja može ne uspijeti pratiti brze promjene opterećenja. To može dovesti do nedovoljnog odgovora, što rezultira nestabilnim fluktuacijama napona u mreži.

U nekim slučajevima, oprema za kompenzaciju reaktivne snage može generirati harmonijske struje i harmonijske napone, što može negativno utjecati na ukupni sustav snage i spojenu opremu. Stoga moraju biti potpuno uzete u obzir harmonijske probleme tijekom dizajna i implementacije shema kompenzacije, a trebaju se primijeniti odgovarajuće mjere suzbijanja.

2 Strategije optimizacije kompenzacije reaktivne snage

Tehnologija kompenzacije reaktivne snage temeljena na kondenzatorima snage predložena u ovom radu implementirana je unutar kompletnog sustava kompenzacije. Sustav se uglavnom sastoji od tri komponente: glavnog kontrolera S751e-JP, kontrolne ploče S751e-VAR (blok izvršenja prekidača kondenzatora) i banki kondenzatora snage. Među njima, glavni kontroler S751e-JP i kontrolna ploča S751e-VAR rade u odnosu glavni-pomoćni.

Tokom normalne operacije, kontrolna ploča S751e-VAR prima upute od glavnog kontrolera S751e-JP i prema tome kontroliše unutarnje kombinirane prekidače kako bi prebacili prethodno grupirane kondenzatore snage. Glavni kontroler S751e-JP je odgovoran za prikupljanje i analizu stvarnih podataka o radu sustava snage. Koristeći ugrađeni softver i algoritme, izračunava potrebnu količinu kompenzacije reaktivne snage, zatim pretvara tu informaciju u signale kompatibilne s kontrolnom pločom S751e-VAR. Nakon što prima naredbu, kontrolna ploča izvršava operacije prebacivanja prema predefiniranoj logici, omogućujući preciznu kompenzaciju reaktivne snage u sustavu snage.

2.1 Dizajn i konfiguracija opreme za kompenzaciju reaktivne snage
2.1.1 Kapacitet kompenzacije kondenzatora snage

Često se koristi pojednostavljeni metod za procjenu kapaciteta kompenzacije kondenzatora snage. Međutim, taj metod ima određena ograničenja u praktičnoj primjeni. Stoga ovaj rad koristi detaljniji i precizniji algoritam za određivanje potrebne kompenzacije. Prvo, postavlja se početni faktor snage (cosφ) sustava bez kompenzacije.

$P$ i $Q$ su vrijednosti aktivne i reaktivne snage, redom, kada mreža radi na punom opterećenju;
$\α$ je godišnji prosječni faktor aktivnog opterećenja sustava snage (ili mreže), obično u rasponu od 0,70 do 0,75;
$\β$ je godišnji prosječni faktor reaktivnog opterećenja sustava snage (ili mreže), obično se uzima kao 0,76.

Ako je sustav snage već u normalnoj operaciji, mogu se koristiti povijesni podaci o potrošnji struje za izračun. U tom slučaju:

gdje:
W_m je mjesečna prosječna potrošnja aktivne energije sustava snage;
W_rm jeste mjesečna prosječna potrošnja reaktivne energije sustava snage.

Na temelju gore navedenog ciljnog faktora snage, stvarni kapacitet kompenzacije kondenzatora snage može se odrediti koristeći sljedeću formulu:

2.1.2 Metode povezivanja banki kondenzatora snage

Tokom normalne operacije sustava snage, banki kondenzatora snage obično koriste dvije osnovne metode povezivanja: delta (Δ) povez i Y (star) povez. Također, ovisno o lokaciji prekidača unutar kruga, mogu se klasificirati kao interne ili eksterne konfiguracije prekidača.

Delta povez omogućuje brzu, istovremenu trofaznu kompenzaciju, efektivno smanjujući trajanje neravnoteže linija i poboljšavajući učinkovitost kompenzacije. Međutim, obično je prikladan samo za sustave s relativno ravnotežnim trofaznim opterećenjima i ne može postići preciznu kompenzaciju mreže.

Y povez omogućuje neovisnu i preciznu kompenzaciju svake faze banke kondenzatora. Međutim, može dovesti do nadnapona ili podnapona u jednoj fazi i obično uključuje veće troškove implementacije.

Stoga ovaj rad predlaže hibridni pristup koji kombinira prednosti obje metode povezivanja, prilagođavajući broj i kapacitet grupa kondenzatora prema stvarnim uvjetima opterećenja.

2.1.3 Konfiguracija grupiranja kondenzatora snage

Konfiguracija grupiranja kondenzatora snage obično uključuje sheme jednakog i nejednakog kapaciteta.

U grupiranju jednakog kapaciteta, ukupna banka kondenzatora dijeli se u grupe jednakog kapaciteta, a broj grupa se određuje na temelju ukupno potrebnog kapaciteta. Ovaj metod nudi jednostavnu montažu i jasnu logiku upravljanja prekidačima. Međutim, zbog manjeg broja grupa i većih pojedinačnih kapaciteta, rezultira grubim koracima kompenzacije, što teško postiže preciznu kompenzaciju. Frekventno prekidanje također može ubrzati iznos opreme i povećati troškove održavanja.

U grupiranju nejednakog kapaciteta, kapaciteti kondenzatora raspoređeni su prema predefiniranom odnosu (npr., 1∶2∶4∶8). Ovaj pristup nudi veću preciznost i fleksibilnost kompenzacije, omogućujući fino podešavanje reaktivne snage. Međutim, uključuje složeni dizajn i logiku upravljanja, ograničavajući skalabilnost. Također, manji kapacitetski kondenzatori mogu iskusiti prekomjerno prekidanje, što utječe na dugoročnu pouzdanost.

Nakon kompleksne procjene, ovaj rad prihvaća metod grupiranja jednakog kapaciteta. Međutim, kapacitet zajedničke kompenzacije grupe malo je veći od kapaciteta grupe razdvojene faze. Ova konfiguracija bolje podržava cikličke operacije prekidanja, poboljšava preciznost kompenzacije i brzinu odgovora, smanjuje složenost upravljanja, skraćuje ciklus kompenzacije i poboljšava ukupnu učinkovitost.

2.2 Optimizacija strategije kompenzacije reaktivne snage

Dobro dizajnirana strategija kompenzacije reaktivne snage osigurava učinkovitu kompenzaciju pod različitim uvjetima rada. Tijekom normalne operacije sustava, stvarno stanje sustava kompenzacije može se podijeliti u zone – poput zone uključivanja, zone stabilnosti i zone isključivanja – na temelju parametara poput aktivne i reaktivne snage.

Optimizacija strategije kompenzacije ključan je aspekt dizajna sustava, direktno utječe na performanse kompenzacije. Tradicionalne strategije upravljanja s jednim parametrom fokusirane su samo na jednu varijablu, što ih čini neadekvatnim za rukovanje složenim ili dinamičnim uvjetima. To često dovodi do prekomjerne kompenzacije ili prekomjernog prekidanja, povećavajući operativne i održavateljske troškove.

Stoga ovaj rad koristi višeparametarsku kombiniranu strategiju upravljanja. Jedan parametar koristi se kao glavni kriterij odluke, dok nekoliko drugih služi kao pomoćni faktori. Sustav istovremeno procjenjuje više parametara, vrši kompleksne izračune kako bi odredio potrebe prekidanja i izvršava prekidanja prema tome, poboljšavajući točnost i stabilnost upravljanja.

2.3 Rad i održavanje opreme za kompenzaciju

Kako bi se poboljšala stabilnost i otpornost na smetnje opreme za kompenzaciju, treba implementirati ugrađeni softverski sustav za zaštitu. To osigurava da uređaj može normalno raditi ili sigurno isključiti pod različitim anormalnim uvjetima, time poboljšavajući pouzdanost i sigurnost operacije.

Dodatno, profesionalni tehničari trebaju redovito provoditi instalaciju, kalibraciju i inspekcije kako bi identificirali potencijalne sigurnosne rizike unutar opreme i izvršili pravo vrijeme jačanje.

Sustavi kompenzacije reaktivne snage obično su opremljeni funkcijama zaštite, poput zaštite od prekorne struje, previsokog i premaloga napona. Da bi se osiguralo da te zaštite točno reaguju na greške, potrebno je redovito testirati njihovu operativnu performansu. Također, trebaju se implementirati zaštita od prekorne struje i temperature kako bi se vremenski detektirale anomalije i sprečile eskalacija grešaka.