Kas ir reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģija tās optimizācijas stratēģijas un nozīme

1 Reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģijas pārskats
1.1 Reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģijas loma

Reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģija ir viena no plaši izmantotajām tehnoloģijām enerģētikas sistēmās un elektrības tīklos. Tā galvenokārt tiek izmantota, lai uzlabotu spēka faktoru, samazinātu līniju zudumus, palielinātu enerģijas kvalitāti un tīkla pārnesejspēju un stabilitāti. Tas nodrošina, ka enerģijas ierīces darbojas stabilākā un uzticībākā vide, palielinot arī tīkla spēju pārvadāt aktīvo spēku.

1.2 Reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģijas ierobežojumi

Lai arī plaši izmantota, reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģija nav piemērota visiem lietojuma scenārijiem. Piemēram, sistēmās ar bieži mainīgām slodzēm, kompensācijas ierīču pārslēgšanas ātrums var nebūt pietiekams, lai sasniedztu ātru slodzes maiņu. Tas var novest pie nepietiekamas atbildes, kas rada nestabilas sprieguma svārstības tīklā.

Dažos gadījumos, reaktivā spēka kompensācijas ierīces var radīt harmoniskos strāvas un sprieguma plūsmas, kas negatīvi ietekmē veselu enerģijas sistēmu un savienotos ierīčus. Tāpēc, harmoniskās problēmas jāņem vērā pilnībā kompensācijas shēmu dizainā un realizācijā, un jāpieņem atbilstošas apgrūtinājumu mazināšanas pasākumi.

2 Reaktivā spēka kompensācijas optimizācijas stratēģijas

Šajā rakstā piedāvātā reaktivā spēka kompensācijas tehnoloģija balstās uz enerģijas kondensatoriem un tika realizēta pilnībā kompensācijas sistēmā. Sistēma galvenokārt sastāv no trim komponentiem: S751e-JP galvenais kontrolētājs, S751e-VAR kontrolēšanas plāksne (kondensatoru pārslēgšanas izpildes vienība) un enerģijas kondensatoru banka. Šajā sistēmā, S751e-JP galvenais kontrolētājs un S751e-VAR kontrolēšanas plāksne darbojas kā galvenais un palīgkontrolētājs.

Normālā darbībā, S751e-VAR kontrolēšanas plāksne saņem norādījumus no S751e-JP galvenā kontrolētāja un atbilstoši kontrolē iekšējos kombinētos slēdzienus, lai pārslēgtu iepriekš grupētus enerģijas kondensatorus. S751e-JP galvenais kontrolētājs ir atbildīgs par enerģijas sistēmas reāllaika darbības datu apkopošanu un analīzi. Izmantojot iebūvēto programmatūru un algoritmus, tā aprēķina nepieciešamo reaktivā spēka kompensācijas daudzumu, pēc tam konvertē šo informāciju signālos, kas saderīgi ar S751e-VAR kontrolēšanas plāksni. Saņemot komandu, kontrolēšanas plāksne veic pārslēgšanas operācijas saskaņā ar iepriekš noteikto loģiku, ļaujot precīzu reaktivā spēka kompensāciju enerģijas sistēmai.

2.1 Reaktivā spēka kompensācijas ierīču dizains un konfigurācija
2.1.1 Enerģijas kondensatoru kompensācijas spēja

Parasti tiek izmantots vienkāršots aprēķināšanas paņēmiens, lai aptuveni novērtētu enerģijas kondensatoru kompensācijas spēju. Tomēr, šis paņēmiens praksē ir ar noteiktām ierobežojumiem. Tāpēc, šajā rakstā tiek izmantots detalizētāks un precīzāks algoritms, lai noteiktu nepieciešamo kompensāciju. Pirmkārt, tiek noteikts sistēmas sākotnējais spēka faktors (cosφ) bez kompensācijas.

$P$ un $Q$ ir aktīvā un reaktivā spēka vērtības, atbilstoši, kad tīkls darbojas pilnā slodzē;
$\α$ ir gada vidējais aktīvā slodzes koeficients enerģijas sistēmā (vai tīklā), parasti atrodas starp 0,70 un 0,75;
$\β$ ir gada vidējais reaktivā slodzes koeficients enerģijas sistēmā (vai tīklā), parasti tiek pieņemts 0,76.

Ja enerģijas sistēma jau normāli darbojas, var izmantot vēsturiskos elektroenerģijas patēriņa datus aprēķināšanai. Šajā gadījumā:

kur:
W_m ir mēneša vidējais aktīvā enerģijas patēriņš enerģijas sistēmā;
W_rm ir mēneša vidējais reaktivā enerģijas patēriņš enerģijas sistēmā.

Balstoties uz minēto mērķa spēka faktoru, enerģijas kondensatora faktiskā kompensācijas spēja var tikt noteikta, izmantojot šādu formulu:

2.1.2 Enerģijas kondensatoru banku savienojuma metodes

Enerģijas sistēmas normālā darbībā, enerģijas kondensatoru bankas parasti izmanto divas pamata savienojuma metodes: delta (Δ) savienojums un Y (starpsavienojums). Papildus tam, atkarībā no pārslēgšanas ierīču atrašanās vietas šķērsējā, tos var klasificēt kā iekšējo vai ārējo pārslēgšanas konfigurācijas.

Delta savienojums ļauj ātru, vienlaikus trīs fāžu kompensāciju, efektīvi samazinot līnijas nevienmērības ilgumu un uzlabojot kompensācijas efektivitāti. Tomēr, tas ir parasti piemērots tikai sistēmām ar salīdzinoši vienmērīgām trīs fāžu slodzēm un nevar sasniegt precīzu tīkla kompensāciju.

Y savienojums ļauj neatkarīgu un precīzu kompensāciju katram kondensatoru bankas fāzei. Tomēr, tas var izraisīt nespēcīgu vai pārspēcīgu vienas fāzes stāvokli un parasti prasa lielākas ieviešanas izmaksas.

Tāpēc, šajā rakstā tiek piedāvāts hibrīda pieeja, kas apvieno abu savienojuma metožu priekšrocības, pielāgojot kondensatoru grupu skaitu un spēju atbilstoši faktiskajam slodzes stāvoklim.

2.1.3 Enerģijas kondensatoru grupēšanas konfigurācija

Enerģijas kondensatoru grupēšanas konfigurācija parasti ietver vienādas un dažādas spējas shēmas.

Vienādas spējas grupēšanā, kopējā kondensatoru banka tiek sadalīta grupās ar vienādu spēju, ar grupu skaitu, kas noteikts atkarībā no kopējā nepieciešamā spēja. Šis paņēmiens piedāvā vienkāršu montāžu un vieglu pārslēgšanas kontroles loģiku. Tomēr, tāpēc, ka ir mazāk grupu un lielākas individuālas spējas, tas rezultē grozītā kompensācijas solī, padarot precīzu kompensāciju grūtāku. Bieža pārslēgšana var paātrināt ierīču apnākšanos un palielināt uzturēšanas izmaksas.

Dažādas spējas grupēšanā, kondensatoru spējas tiek sadalītas saskaņā ar iepriekš noteikto attiecību (piemēram, 1∶2∶4∶8). Šis paņēmiens piedāvā augstāku kompensācijas precizitāti un elastību, ļaujot mīkstu reaktivā spēka regulēšanu. Tomēr, tas ietver sarežģītu sistēmas dizainu un kontrolēšanas loģiku, ierobežojot to skalējamību. Papildus tam, mazākas spējas kondensatori var pieredzēt pārāk biežu pārslēgšanu, ietekmējot ilgtermiņa uzticamību.

Pēc visaptverošas novērtēšanas, šajā rakstā tiek izmantota vienādas spējas grupēšanas metode. Tomēr, kopējā kompensācijas grupas spēja ir nedaudz lielāka nekā atsevišķu fāžu kompensācijas grupas. Šī konfigurācija labāk atbalsta cikliskas pārslēgšanas operācijas, uzlabojot gan kompensācijas precizitāti, gan atbildes ātrumu, un samazinot kontroles sarežģītību. Tas arī saīsina kompensācijas ciklu un palielina kopējo efektivitāti.

2.2 Reaktivā spēka kompensācijas stratēģijas optimizācija

Labāk izstrādāta reaktivā spēka kompensācijas stratēģija nodrošina efektīvu kompensāciju dažādos darbības apstākļos. Normālā sistēmas darbībā, kompensācijas sistēmas reāllaika stāvoklis var tikt sadalīts zonās, piemēram, ieslēgšanas zona, stabila zona un izslēgšanas zona, balstoties uz parametriem, kā aktīvā un reaktivā spēka.

Kompensācijas stratēģijas optimizācija ir kritiska aspekts sistēmas dizainam, tieši ietekmējot kompensācijas veiktspēju. Parastās vienparametriskās kontroles stratēģijas fokusējas tikai uz vienu mainīgo, kas tos padara nepietiekamus, lai apstrādātu sarežģītus vai dinamiskus apstākļus. Tas bieži ved pie pārāk lielas kompensācijas vai pārāk biezas pārslēgšanas, palielinot darbības un uzturēšanas izmaksas.

Tāpēc, šajā rakstā tiek izmantota vairākparametriskā savienojuma kontroles stratēģija. Viens parametrs tiek izmantots kā primārs lēmumu pieņemšanas kritērijs, savukārt vairāki citi kā palīgfaktori. Sistēma vienlaikus novērtē vairākus parametrus, veic visaptverošus aprēķinus, lai noteiktu pārslēgšanas prasības, un atbilstoši veic pārslēgšanas darbības, uzlabojot kontroles precizitāti un stabilitāti.

2.3 Kompensācijas ierīču darbība un uzturēšana

Lai uzlabotu kompensācijas ierīču stabilitāti un interferences noturību, jāievieš iebūvēta programmatūras aizsardzības sistēma. Tas nodrošina, ka ierīce var normāli darboties vai droši atslēgties dažādos neatbilstošos apstākļos, tādējādi uzlabojot darbības uzticamību un drošību.

Papildus tam, profesionālie tehniķi regulāri jāveic instalācijas komisijas un pārbaudes, lai identificētu potenciālas drošības riska faktorus ierīcē un lai veiktu laikus stiprinājumus.

Reaktivā spēka kompensācijas sistēmas parasti ir aprīkotas ar aizsardzības funkcijām, piemēram, pārstrāves, pārsprieguma un nepietiekama sprieguma aizsardzību. Lai nodrošinātu, ka šīs aizsardzības pareizi atbild uz kļūdām, regulāri jāveic to darbības pārbaudes. Turklāt, pārstrāves un temperatūras aizsardzība jāievieš, lai ātri izceltu neatbilstības un novērstu kļūdu palielināšanos.