Mi az Reaktív Teljesítmény Kompenzációs Technológia Optimalizálási Stratégiái és Jelentősége

1 Reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia áttekintése
1.1 A reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia szerepe

A reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia egy széles körben használt módszer az energia rendszerekben és villamos hálózatokban. Főleg a hatásfok javítására, a vonalveszteségek csökkentésére, a minőség javítására, valamint a hálózat átviteli képességének és stabilitásának növelésére használják. Ez biztosítja, hogy a berendezések egy stabilabb és megbízhatóbb környezetben működjenek, ugyanakkor növeli a hálózat aktív teljesítmény-átviteli képességét is.

1.2 A reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia korlátai

Bár széles körben alkalmazott, a reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia nem minden alkalmazási esetben alkalmas. Például olyan rendszerekben, ahol a terhelés gyakran változik, a kiegyenlítő berendezések kapcsolási sebessége nem tudja követni a gyors terhelés-változásokat. Ez eredményezhet inadékony választ, ami instabil feszültség-fluktuációkat okoz a hálózatban.

Egyes esetekben a reaktív teljesítmény kiegyenlítő berendezések harmonikus áramokat és feszültségeket generálhatnak, amelyek kedvezőtlen hatással lehetnek az egész energiaszerkezetre és a hozzákapcsolt berendezésekre. Emiatt a harmonikus problémákat teljes mértékben figyelembe kell venni a kiegyenlítő rendszerek tervezésekor és megvalósításakor, és megfelelő elnyomó intézkedéseket kell alkalmazni.

2 Optimalizálási stratégiák a reaktív teljesítmény kiegyenlítéséhez

Ebben a tanulmányban bemutatott, erőteljes kondenzátorokon alapuló reaktív teljesítmény kiegyenlítési technológia egy teljes kiegyenlítő rendszer keretében valósul meg. A rendszer főbb elemei három részből állnak: az S751e-JP főkontroller, az S751e-VAR vezérlőlap (kondenzátor-kapcsoló végrehajtó egység) és az erőteljes kondenzátorbank. Ezek közül az S751e-JP főkontroller és az S751e-VAR vezérlőlap mesterszolgálati viszonyban működik.

Normál működés közben az S751e-VAR vezérlőlap utasításokat kap az S751e-JP főkontrollertől, és ennek megfelelően irányítja a belső összetett kapcsolókat, hogy előre csoportosított erőteljes kondenzátorokat kapcsoljon. Az S751e-JP főkontroller felelős a villamos rendszerből származó valós idejű működési adatok gyűjtéséért és elemzéséért. Beépített szoftverekkel és algoritmusokkal kiszámítja a szükséges reaktív teljesítmény kiegyenlítést, majd ezt információt az S751e-VAR vezérlőlap által elfogadható jelként konvertálja. A parancs fogadása után a vezérlőlap előre beállított logika szerint végzi a kapcsoló műveleteket, lehetővé téve a villamos rendszer számára pontos reaktív teljesítmény kiegyenlítést.

2.1 A reaktív teljesítmény kiegyenlítő berendezések tervezése és konfigurációja
2.1.1 Erőteljes kondenzátorok kiegyenlítő kapacitása

Gyakran egyszerűsített számítási módszert használnak az erőteljes kondenzátorok kiegyenlítő kapacitásának becslésére. Azonban ez a módszer praktikus alkalmazásokban bizonyos korlátokkal jár. Ezért ebben a tanulmányban részletesebb és pontosabb algoritmust alkalmazunk a szükséges kiegyenlítés meghatározásához. Először rögzítjük a rendszer kezdeti hatásfokát (cosφ) a kiegyenlítés nélküli feltételek mellett.

$P$ és $Q$ a teljes terhelés mellett működő hálózat aktív és reaktív teljesítmény-értékei;
$\α$ az energia rendszer (vagy hálózat) éves átlagos aktív terhelési faktora, általában 0,70 és 0,75 között van;
$\β$ az energia rendszer (vagy hálózat) éves átlagos reaktív terhelési faktora, általában 0,76.

Ha az energia rendszer már normális működésben van, a történelmi fogyasztási adatokat felhasználva végezhetők a számítások. Ebben az esetben:

ahol:
W_m az energia rendszer havi átlagos aktív energia fogyasztása;
W_rm az energia rendszer havi átlagos reaktív energia fogyasztása.

A fenti célfok alapján a kondenzátor tényleges kiegyenlítő kapacitását a következő képlet segítségével határozhatjuk meg:

2.1.2 Erőteljes kondenzátorbankok csatlakozási módjai

Az energia rendszer normál működése közben az erőteljes kondenzátorbankok két alapvető csatlakozási módot használnak: delta (Δ) csatlakozást és Y (csillag) csatlakozást. Továbbá, a kapcsoló berendezések helyének függvényében, belső vagy külső kapcsolókonfigurációkra is oszthatók.

A delta csatlakozás gyors, egyszerre háromfázisú kiegyenlítést tesz lehetővé, ami hatékonyan csökkenti a vonal egyensúlytalanságának időtartamát, és javítja a kiegyenlítés hatékonyságát. Ugyanakkor általában csak relatíve egyensúlyban lévő háromfázisú terhelések esetén alkalmas, és nem tud precíz hálózati kiegyenlítést nyújtani.

A Y csatlakozás lehetővé teszi a kondenzátorbank minden fázisának független és pontos kiegyenlítését. Ugyanakkor egy fázisban alulfeszültség vagy túlfeszültség lehetséges, és általában magasabb implementációs költségekkel jár.

Ezért ebben a tanulmányban egy hibrid megközelítést javasolunk, amely kombinálja mindkét csatlakozási módot előnyeit, és a kondenzátor csoportok számát és kapacitását a tényleges terhelési körülmények szerint igazítja.

2.1.3 Erőteljes kondenzátorok csoportosítási konfigurációja

Az erőteljes kondenzátorok csoportosítási konfigurációja általában egyenlő-kapacitású és egyenlőtlen-kapacitású sémákat tartalmaz.

Az egyenlő-kapacitású csoportosításnál a teljes kondenzátorbank azonos kapacitású csoportokra bontódik, a csoportok száma a teljes szükséges kapacitás alapján határozható meg. Ez a módszer egyszerű összeállítást és egyszerű kapcsolólogikát kínál. Azonban a kevesebb csoport és a nagyobb egyedi kapacitás miatt durvább kiegyenlítési lépések jelennek meg, ami a pontos kiegyenlítést nehezíti. A gyakori kapcsolás gyorsíthatja a berendezések sérülését, és növelheti a karbantartási költségeket.

Az egyenlőtlen-kapacitású csoportosításnál a kondenzátor kapacitásokat előre definiált arányban (pl. 1∶2∶4∶8) osztják el. Ez a megközelítés magasabb kiegyenlítési pontosságot és rugalmasságot kínál, lehetővé téve a finomhangolt reaktív teljesítmény szabályozást. Ugyanakkor összetettebb rendszertervezést és kapcsolólogikát igényel, ami korlátozza a skálázhatóságát. Továbbá a kisebb kapacitású kondenzátorok túlzottan gyakori kapcsolásokat tapasztalhatnak, ami a hosszú távú megbízhatóságot befolyásolhatja.

Komplex értékelés után ebben a tanulmányban az egyenlő-kapacitású csoportosítási módszert alkalmazzuk. Azonban a közös kiegyenlítő csoport kapacitása kissé nagyobb, mint a szétválasztott fázisú kiegyenlítő csoporté. Ez a konfiguráció jobban támogatja a ciklikus kapcsoló műveleteket, javítja a kiegyenlítés pontosságát és reakcióidőjét, csökkentve a vezérlés komplexitását. Rövidíti a kiegyenlítési ciklust, és növeli az általános hatékonyságot.

2.2 A reaktív teljesítmény kiegyenlítési stratégiák optimalizálása

Egy jól tervezett reaktív teljesítmény kiegyenlítési stratégia biztosítja a hatékony kiegyenlítést különböző működési körülmények között. A rendszer normál működése közben a kiegyenlítő rendszer valós idejű állapotát zónákba oszthatjuk - például a bekapcsolási zóna, a stabil zóna, és a kikapcsolási zóna - az aktív és reaktív teljesítmény paramétereinek alapján.

A kiegyenlítési stratégiák optimalizálása a rendszertervezés kulcsfontosságú aspektusa, közvetlenül befolyásolja a kiegyenlítési teljesítményt. A hagyományos egyparaméteres ellenőrzési stratégiák csak egyetlen változóra összpontosítanak, ami nem elegendő összetett vagy dinamikus körülmények kezelésére. Ez gyakran túlkiegyenlítéshez vagy túl sok kapcsoláshoz vezethet, ami növeli a működési és karbantartási költségeket.

Ezért ebben a tanulmányban többparaméteres összetett ellenőrzési stratégiát alkalmazunk. Egy paramétert a fő döntési kritériumként használunk, míg több más paramétert segédfaktorként. A rendszer egyszerre értékel több paramétert, teljes körű számításokat végez a kapcsolási igények meghatározásához, és a kapcsolási műveleteket ennek megfelelően végzi, így javítva a vezérlés pontosságát és stabilitását.

2.3 A kiegyenlítő berendezések üzemeltetése és karbantartása

A kiegyenlítő berendezések stabilitásának és zavarkezelési képességének javítása érdekében beépített szoftveres védelmi rendszert kell megvalósítani. Ez biztosítja, hogy a berendezés normális működésben maradjon vagy biztonságosan szakadjon ki különböző anomális körülmények között, így javítva az üzemeltetési megbízhatóságot és biztonságát.

Továbbá, szakértőknek rendszeresen kell telepítési beállítást és ellenőrzést végezni, hogy potenciális biztonsági kockázatokat azonosítsanak a berendezésekben, és időben erősítsék őket.

A reaktív teljesítmény kiegyenlítő rendszerek általában olyan védelmi funkciókkal vannak ellátva, mint a túlmenő áram, túlfeszültség és alulfeszültség védelem. Ahhoz, hogy ezek a védelmek helyesen reagáljanak a hibákra, szükséges rendszeresen ellenőrizni a működési teljesítményüket. Továbbá, túlmenő áram és hőmérséklet védelmet is be kell építeni, hogy időben észlelje a hibákat, és megelőzze a hiba fokozódását.