Wat is Schakelvermogenscompensatietechnologie haar optimalisatiestrategieën en betekenis

1 Overzicht van technologie voor schakelvermogenscompensatie
1.1 Rol van technologie voor schakelvermogenscompensatie

Technologie voor schakelvermogenscompensatie is een van de breed toegepaste technieken in elektriciteitsnetwerken en energieopwekkingssystemen. Het wordt voornamelijk gebruikt om het vermogensfactor te verbeteren, lijnverliezen te verlagen, de kwaliteit van de stroom te verhogen en de transmissiecapaciteit en -stabiliteit van het netwerk te vergroten. Dit zorgt ervoor dat elektrische apparatuur in een stabielere en betrouwbaardere omgeving werkt, terwijl ook de mogelijkheid van het netwerk om actief vermogen te transporteren wordt verhoogd.

1.2 Beperkingen van technologie voor schakelvermogenscompensatie

Hoewel wijdverspreid toegepast, is de technologie voor schakelvermogenscompensatie niet geschikt voor alle toepassingsomstandigheden. Bijvoorbeeld, in systemen met vaak wisselende belastingen kan de schakelsnelheid van compensatieapparatuur niet bijhouden met snelle belastingsveranderingen. Dit kan leiden tot onvoldoende respons, wat resulteert in instabiele spanningsschommelingen in het netwerk.

In bepaalde gevallen kunnen schakelvermogenscompensatieapparaten harmonische stromen en harmonische spanningen genereren, die nadelig kunnen zijn voor het gehele elektriciteitsnetwerk en aangesloten apparatuur. Daarom moeten harmonische problemen volledig worden meegewogen bij het ontwerp en de implementatie van compensatieschema's, en passende onderdrukkingsmaatregelen worden genomen.

2 Optimalisatiestrategieën voor schakelvermogenscompensatie

De in dit artikel voorgestelde technologie voor schakelvermogenscompensatie op basis van krachtcondensatoren wordt geïmplementeerd binnen een compleet compensatiesysteem. Het systeem bestaat voornamelijk uit drie componenten: de S751e-JP hoofdcontroller, de S751e-VAR bedieningsplaat (condensator-schakelaarsexecutie-eenheid) en de krachtcondensatorbank. Onder deze componenten functioneren de S751e-JP hoofdcontroller en de S751e-VAR bedieningsplaat in een meester-slave-relatie.

Tijdens normale operatie ontvangt de S751e-VAR bedieningsplaat instructies van de S751e-JP hoofdcontroller en regelt daarmee de interne composietschakelaars om vooraf gegroepeerde krachtcondensatoren te schakelen. De S751e-JP hoofdcontroller is verantwoordelijk voor het verzamelen en analyseren van real-time operationele gegevens van het elektriciteitsnetwerk. Met ingebouwde software en algoritmen berekent het de benodigde hoeveelheid schakelvermogenscompensatie, en converteert deze informatie vervolgens naar signalen die compatibel zijn met de S751e-VAR bedieningsplaat. Na ontvangst van het commando voert de bedieningsplaat de schakeloperaties uit volgens vooraf ingestelde logica, waardoor nauwkeurige schakelvermogenscompensatie voor het elektriciteitsnetwerk mogelijk wordt.

2.1 Ontwerp en configuratie van schakelvermogenscompensatieapparatuur
2.1.1 Compensatiecapaciteit van krachtcondensatoren

Een vereenvoudigde berekeningmethode wordt vaak gebruikt om de compensatiecapaciteit van krachtcondensatoren te schatten. Echter, deze methode heeft bepaalde beperkingen in praktische toepassingen. Daarom maakt dit artikel gebruik van een gedetailleerder en nauwkeuriger algoritme om de benodigde compensatie te bepalen. Eerst wordt de initiële vermogensfactor (cosφ) van het systeem onder ongecompenseerde omstandigheden vastgesteld.

$P$ en $Q$ zijn respectievelijk de actieve en schakelvermogenswaarden wanneer het netwerk op volle belasting werkt;
$\α$ is de jaarlijkse gemiddelde actieve belastingsfactor van het elektriciteitsnetwerk (of net), meestal variërend van 0,70 tot 0,75;
$\β$ is de jaarlijkse gemiddelde schakelbelastingsfactor van het elektriciteitsnetwerk (of net), meestal 0,76.

Als het elektriciteitsnetwerk al normaal werkt, kunnen historische stroomgebruiksgegevens worden gebruikt voor de berekening. In dit geval:

waarbij:
W_m de maandelijkse gemiddelde actieve energieverbruik van het elektriciteitsnetwerk is;
W_rm is het maandelijkse gemiddelde schakelenergieverbruik van het elektriciteitsnetwerk.

Op basis van de bovenstaande doelvermogensfactor kan de daadwerkelijke compensatiecapaciteit van de krachtcondensator worden bepaald met behulp van de volgende formule:

2.1.2 Aansluitmethoden voor krachtcondensatorbanken

Tijdens normale operatie van het elektriciteitsnetwerk maken krachtcondensatorbanken meestal gebruik van twee basisaansluitmethoden: delta (Δ) aansluiting en Y (ster) aansluiting. Bovendien kunnen ze, afhankelijk van de locatie van schakelapparatuur in het circuit, worden geclassificeerd als interne of externe schakelconfiguraties.

De delta-aansluiting stelt snel, gelijktijdig driefasecompensatie in, waardoor de duur van lijnonbalans effectief wordt verkleind en de compensatieefficiëntie wordt verbeterd. Echter, het is over het algemeen alleen geschikt voor systemen met relatief evenwichtige driefasebelastingen en kan geen nauwkeurige netcompensatie bereiken.

De Y-aansluiting stelt onafhankelijke en nauwkeurige compensatie voor elke fase van de condensatorbank in. Echter, het kan leiden tot onder- of overspanning in één fase en gaat meestal gepaard met hogere implementatiekosten.

Daarom stelt dit artikel een hybride benadering voor die de voordelen van beide aansluitmethoden combineert, waarbij het aantal en de capaciteit van condensatorgroepen worden aangepast aan de werkelijke belastingsomstandigheden.

2.1.3 Groeperingsconfiguratie van krachtcondensatoren

De groeperingsconfiguratie van krachtcondensatoren omvat doorgaans schema's met gelijke en ongelijke capaciteit.

Bij groepering met gelijke capaciteit wordt de totale condensatorbank verdeeld in groepen met identieke capaciteit, waarbij het aantal groepen wordt bepaald op basis van de totale benodigde capaciteit. Deze methode biedt eenvoudige assemblage en eenvoudige schakelcontrolelogica. Echter, door minder groepen en grotere individuele capaciteiten resulteert het in grove compensatiestappen, waardoor nauwkeurige compensatie moeilijk wordt. Frequent schakelen kan ook de slijtage van apparatuur versnellen en de onderhoudskosten verhogen.

Bij groepering met ongelijke capaciteit worden condensatorcapaciteiten verdeeld volgens een vooraf gedefinieerde ratio (bijvoorbeeld 1∶2∶4∶8). Deze aanpak biedt hogere compensatieprecisie en flexibiliteit, waardoor fijn afgestemde schakelvermogensregulering mogelijk wordt. Echter, het vereist complexe systeemontwerp en controlelogica, waardoor de schaalbaarheid beperkt is. Bovendien kunnen kleinere capaciteiten te veel schakeloperaties ondergaan, wat de langetermijnbetrouwbaarheid negatief beïnvloedt.

Na een grondige evaluatie maakt dit artikel gebruik van de groeperingsmethode met gelijke capaciteit. Echter, de capaciteit van de gemeenschappelijke compensatiegroep is iets groter dan die van de gesplitste fasecompensatiegroep. Deze configuratie ondersteunt beter cyclische schakeloperaties, verbetert zowel de compensatieprecisie als de responssnelheid, en vermindert de controlecomplexiteit. Het verkort ook de compensatiecyclus en verhoogt de algemene efficiëntie.

2.2 Optimalisatie van de strategie voor schakelvermogenscompensatie

Een goed ontworpen strategie voor schakelvermogenscompensatie zorgt voor effectieve compensatie onder verschillende werkingsomstandigheden. Tijdens normale systeemoperatie kan de real-time status van het compensatiesysteem worden verdeeld in zones—zoals de inschakelzone, stabiele zone en uitschakelzone—op basis van parameters zoals actief en schakelvermogen.

Het optimaliseren van de compensatiestrategie is een cruciaal aspect van het systeemontwerp, dat direct invloed heeft op de compensatieprestaties. Traditionele single-parameter controlestrategieën richten zich alleen op één variabele, waardoor ze ontoereikend zijn voor het afhandelen van complexe of dynamische omstandigheden. Dit leidt vaak tot overcompensatie of excessief schakelen, wat de exploitatie- en onderhoudskosten verhoogt.

Daarom maakt dit artikel gebruik van een multi-parameter samengestelde controlestrategie. Een parameter wordt gebruikt als primaire besliscriteria, terwijl andere parameters dienen als hulpfactoren. Het systeem evalueert meerdere parameters tegelijk, voert uitgebreide berekeningen uit om de schakelbehoeften te bepalen en voert schakelacties uit overeenkomstig, waardoor de controleprecisie en -stabiliteit worden verbeterd.

2.3 Bedrijfsvoering en onderhoud van compensatieapparatuur

Om de stabiliteit en stoorsafheid van de compensatieapparatuur te verbeteren, moet een ingebouwd softwarebeschermingssysteem worden geïmplementeerd. Dit zorgt ervoor dat het apparaat normaal kan blijven werken of veilig kan worden afgekoppeld onder diverse abnormale omstandigheden, waardoor de operationele betrouwbaarheid en veiligheid worden verbeterd.

Bovendien moeten professionele technici regelmatig installatiecommissie en inspecties uitvoeren om potentiële veiligheidsrisico's in de apparatuur te identificeren en tijdig versterkingen uit te voeren.

Schakelvermogenscompensatiesystemen zijn doorgaans uitgerust met beschermingsfuncties zoals overstroming, overspanning en onderspanning. Om ervoor te zorgen dat deze beschermingen correct reageren op storingen, is regelmatige testen van hun operationele prestaties nodig. Bovendien moet overstroming- en temperatuurbescherming worden geïmplementeerd om afwijkingen snel te detecteren en het escaleren van fouten te voorkomen.