Cosa è la Tecnologia di Compensazione della Potenza Reattiva, le Sue Strategie di Ottimizzazione e il Suo Significato
1 Panoramica della Tecnologia di Compensazione del Potere Reactivo
1.1 Ruolo della Tecnologia di Compensazione del Potere Reactivo
La tecnologia di compensazione del potere reattivo è una delle tecniche ampiamente utilizzate nei sistemi elettrici e nelle reti elettriche. Viene principalmente impiegata per migliorare il fattore di potenza, ridurre le perdite di linea, migliorare la qualità dell'energia e aumentare la capacità e la stabilità di trasmissione della rete. Ciò assicura che l'equipaggiamento elettrico operi in un ambiente più stabile e affidabile, aumentando anche la capacità della rete di trasmettere potenza attiva.
1.2 Limitazioni della Tecnologia di Compensazione del Potere Reactivo
Anche se ampiamente applicata, la tecnologia di compensazione del potere reattivo non è adatta a tutte le situazioni di applicazione. Ad esempio, in sistemi con carichi variabili frequentemente, la velocità di commutazione dei dispositivi di compensazione potrebbe non riuscire a tenere il passo con i rapidi cambiamenti del carico. Ciò può portare a una risposta inadeguata, causando fluttuazioni instabili della tensione nella rete.
In alcuni casi, l'equipaggiamento di compensazione del potere reattivo può generare correnti e tensioni armoniche, che possono influire negativamente sul sistema elettrico complessivo e sull'equipaggiamento collegato. Pertanto, gli aspetti armonici devono essere pienamente considerati durante la progettazione e l'implementazione degli schemi di compensazione, e devono essere adottate misure appropriate di soppressione.
2 Strategie di Ottimizzazione per la Compensazione del Potere Reactivo
La tecnologia di compensazione del potere reattivo basata su condensatori proposta in questo documento viene implementata all'interno di un sistema di compensazione completo. Il sistema è composto principalmente da tre componenti: il controllore principale S751e-JP, la scheda di controllo S751e-VAR (unità di esecuzione di commutazione dei condensatori) e il banco di condensatori. Tra questi, il controllore principale S751e-JP e la scheda di controllo S751e-VAR operano in una relazione master-slave.
Durante l'operazione normale, la scheda di controllo S751e-VAR riceve istruzioni dal controllore principale S751e-JP e controlla di conseguenza gli interruttori compositi interni per commutare i condensatori preaggruppati. Il controllore principale S751e-JP è responsabile della raccolta e dell'analisi dei dati operativi in tempo reale dal sistema elettrico. Utilizzando software e algoritmi integrati, calcola la quantità di compensazione del potere reattivo necessaria, quindi converte queste informazioni in segnali compatibili con la scheda di controllo S751e-VAR. Al ricevimento del comando, la scheda di controllo esegue le operazioni di commutazione secondo la logica predefinita, consentendo una compensazione precisa del potere reattivo per il sistema elettrico.
2.1 Progettazione e Configurazione dell'Equipaggiamento di Compensazione del Potere Reactivo
2.1.1 Capacità di Compensazione dei Condensatori
Un metodo di calcolo semplificato viene comunemente utilizzato per stimare la capacità di compensazione dei condensatori. Tuttavia, questo metodo ha certe limitazioni nelle applicazioni pratiche. Pertanto, questo documento adotta un algoritmo più dettagliato e accurato per determinare la compensazione richiesta. In primo luogo, si stabilisce il fattore di potenza iniziale (cosφ) del sistema in condizioni non compensate.
e sono i valori di potenza attiva e reattiva, rispettivamente, quando la rete opera a pieno carico;
è il fattore di carico attivo medio annuale del sistema elettrico (o rete), tipicamente compreso tra 0,70 e 0,75;
è il fattore di carico reattivo medio annuale del sistema elettrico (o rete), generalmente preso come 0,76.
Se il sistema elettrico è già in funzione normale, si possono utilizzare i dati storici di consumo di elettricità per il calcolo. In questo caso:
dove:
Wm è il consumo medio mensile di energia attiva del sistema elettrico;
Wrm è il consumo medio mensile di energia reattiva del sistema elettrico.
Basandosi sul fattore di potenza obiettivo menzionato sopra, la capacità effettiva di compensazione del condensatore può essere determinata utilizzando la seguente formula:
2.1.2 Metodi di Connessione dei Banchi di Condensatori
Durante l'operazione normale del sistema elettrico, i banchi di condensatori tipicamente impiegano due metodi di connessione di base: la connessione delta (Δ) e la connessione Y (stellata). Inoltre, a seconda della posizione dei dispositivi di commutazione nel circuito, possono essere classificati come configurazioni di commutazione interna o esterna.
La connessione delta consente una compensazione rapida e simultanea a tre fasi, riducendo efficacemente la durata dell'asimmetria della linea e migliorando l'efficienza della compensazione. Tuttavia, è generalmente adatta solo per sistemi con carichi trifase relativamente bilanciati e non può raggiungere una compensazione precisa della rete.
La connessione Y permette una compensazione indipendente e precisa per ogni fase del banco di condensatori. Tuttavia, può portare a sotto-tensione o sovratensione in una fase e solitamente comporta costi di implementazione più elevati.
Pertanto, questo documento propone un approccio ibrido che combina i vantaggi di entrambi i metodi di connessione, regolando il numero e la capacità dei gruppi di condensatori in base alle condizioni di carico effettive.
2.1.3 Configurazione dei Gruppi di Condensatori
La configurazione dei gruppi di condensatori include generalmente schemi a capacità uguale e a capacità disuguali.
Nel raggruppamento a capacità uguale, il banco totale di condensatori viene diviso in gruppi di capacità identica, con il numero di gruppi determinato sulla base della capacità totale richiesta. Questo metodo offre un assemblaggio semplice e una logica di controllo di commutazione diretta. Tuttavia, a causa di meno gruppi e capacità individuali maggiori, comporta passi di compensazione grossolani, rendendo difficile una compensazione precisa. La commutazione frequente può anche accelerare l'usura dell'equipaggiamento e aumentare i costi di manutenzione.
Nel raggruppamento a capacità disuguali, le capacità dei condensatori sono distribuite secondo un rapporto predefinito (ad esempio, 1∶2∶4∶8). Questo approccio fornisce un'accuratezza e una flessibilità di compensazione superiori, consentendo un regolamento fine del potere reattivo. Tuttavia, comporta un design e una logica di controllo del sistema complessi, limitando la sua scalabilità. Inoltre, i condensatori di capacità minore possono subire operazioni di commutazione eccessive, influendo sulla loro affidabilità a lungo termine.
Dopo una valutazione complessiva, questo documento adotta il metodo di raggruppamento a capacità uguale. Tuttavia, la capacità del gruppo di compensazione comune è leggermente maggiore rispetto a quella del gruppo di compensazione trifase. Questa configurazione supporta meglio le operazioni di commutazione cicliche, migliora sia l'accuratezza della compensazione che la velocità di risposta e riduce la complessità del controllo. Inoltre, accorcia il ciclo di compensazione e migliora l'efficienza complessiva.
2.2 Ottimizzazione della Strategia di Compensazione del Potere Reactivo
Una strategia di compensazione del potere reattivo ben progettata assicura una compensazione efficace in varie condizioni operative. Durante l'operazione normale del sistema, lo stato in tempo reale del sistema di compensazione può essere suddiviso in zone—come la zona di commutazione in, la zona stabile e la zona di commutazione out—basandosi su parametri come potenza attiva e reattiva.
L'ottimizzazione della strategia di compensazione è un aspetto critico del progetto del sistema, influenzando direttamente le prestazioni di compensazione. Le strategie di controllo a singolo parametro tradizionali si concentrano solo su una variabile, rendendole inadeguate per gestire condizioni complesse o dinamiche. Spesso, ciò porta a sovra-compensazione o a commutazioni eccessive, aumentando i costi operativi e di manutenzione.
Pertanto, questo documento impiega una strategia di controllo composito multi-parametro. Un parametro viene utilizzato come criterio decisionale principale, mentre altri servono come fattori ausiliari. Il sistema valuta contemporaneamente più parametri, esegue calcoli complessivi per determinare i requisiti di commutazione ed esegue le azioni di commutazione di conseguenza, migliorando l'accuratezza e la stabilità del controllo.
2.3 Operazione e Manutenzione dell'Equipaggiamento di Compensazione
Per migliorare la stabilità e la resistenza agli interferenze dell'equipaggiamento di compensazione, dovrebbe essere implementato un sistema di protezione software integrato. Ciò assicura che il dispositivo possa operare normalmente o disconnettersi in sicurezza in varie condizioni anomale, migliorando la affidabilità e la sicurezza operativa.
Inoltre, tecnici professionisti dovrebbero regolarmente eseguire la messa in servizio e le ispezioni per identificare eventuali pericoli di sicurezza nell'equipaggiamento e intraprendere tempestivamente rafforzamenti.
I sistemi di compensazione del potere reattivo sono tipicamente dotati di funzioni di protezione come sovracorrente, sovratensione e sotto-tensione. Per garantire che queste protezioni rispondano correttamente ai guasti, è necessario testare regolarmente le loro prestazioni operative. Inoltre, dovrebbe essere implementata la protezione contro la sovracorrente e la temperatura per rilevare prontamente anomalie e prevenire l'escalation dei guasti.
