Hva er reaktiv effektkompensasjonsteknologi dess optimaliseringsstrategier og betydning

1 Oversikt over reaktiv effektkompensasjonsteknologi
1.1 Rolle av reaktiv effektkompensasjonsteknologi

Reaktiv effektkompensasjonsteknologi er en av de mest brukte teknikkene i kraftsystemer og elektriske nett. Den brukes hovedsakelig for å forbedre effektfaktoren, redusere linjetap, forbedre strømkvaliteten, og øke overføringskapasiteten og stabiliteten i nettet. Dette sikrer at strømapparatene fungerer i et mer stabilt og pålitelig miljø, samtidig som det øker nettets evne til å overføre aktiv effekt.

1.2 Begrensninger ved reaktiv effektkompensasjonsteknologi

Selv om den er bredt anvendt, er reaktiv effektkompensasjonsteknologi ikke egnet for alle bruksområder. For eksempel, i systemer med ofte varierte belastninger, kan skiftehastigheten til kompensasjonsenhetene mislykkes med å holde tempo med hurtige belastningsendringer. Dette kan føre til utilstrekkelig respons, som resulterer i ustabile spenningsfluktueringer i nettet.

I visse tilfeller kan reaktiv effektkompensasjonseinnsats generere harmoniske strømmer og harmoniske spenninger, som kan ha negative konsekvenser for det totale kraftsystemet og tilknyttet utstyr. Derfor må harmoniske problemer fullt ut tas i betraktning under design og implementering av kompensasjonsskjemaer, og passende undertrykkelsesforanstaltninger bør inngås.

2 Optimaliseringsstrategier for reaktiv effektkompensasjon

Den foreslåtte reaktiv effektkompensasjonsteknologien basert på kraftkondensatorer i denne artikkelen implementeres innenfor et komplett kompensasjonssystem. Systemet består hovedsakelig av tre komponenter: S751e-JP-hovedkontrolleren, S751e-VAR-kontrollbrettet (kondensator-skifteutøveren) og kraftkondensatorbanken. Av disse opererer S751e-JP-hovedkontrolleren og S751e-VAR-kontrollbrettet i en hoved-underordnet relasjon.

Under normal drift mottar S751e-VAR-kontrollbrettet instruksjoner fra S751e-JP-hovedkontrolleren og kontrollerer deretter de interne sammensatte skrutene for å skifte forhåndsgrupperte kraftkondensatorer. S751e-JP-hovedkontrolleren er ansvarlig for å samle inn og analysere sanntid-operasjonsdata fra kraftsystemet. Ved hjelp av innebygd programvare og algoritmer beregner den den nødvendige mengden reaktiv effektkompensasjon, og konverterer deretter denne informasjonen til signaler som er kompatible med S751e-VAR-kontrollbrettet. Når kontrollbrettet mottar kommandoen, utfører det skifteoperasjonene i henhold til forhåndsbestemt logikk, noe som gjør nøyaktig reaktiv effektkompensasjon for kraftsystemet mulig.

2.1 Design og konfigurasjon av reaktiv effektkompensasjonseinnsats
2.1.1 Kompensasjonskapasitet av kraftkondensatorer

En forenklet beregningsmetode brukes ofte for å estimere kompensasjonskapasiteten til kraftkondensatorer. Imidlertid har denne metoden visse begrensninger i praktisk bruk. Derfor benytter denne artikkelen en mer detaljert og nøyaktig algoritme for å fastsette den nødvendige kompensasjonen. Først fastsettes den opprinnelige effektfaktoren (cosφ) i systemet under ubelasted forhold.

$P$ og $Q$ er aktive og reaktive effektverdier, henholdsvis, når nettet opererer på full last;
$\α$ er det årlige gjennomsnittlige aktive belastningsfaktoren i kraftsystemet (eller nettet), vanligvis mellom 0,70 og 0,75;
$\β$ er det årlige gjennomsnittlige reaktive belastningsfaktoren i kraftsystemet (eller nettet), generelt tatt som 0,76.

Hvis kraftsystemet allerede er i normal drift, kan historiske strømmålingsdata brukes til beregning. I dette tilfellet:

der:
W_m er den månedlige gjennomsnittlige aktive energiforbrukelsen i kraftsystemet;
W_rm er den månedlige gjennomsnittlige reaktive energiforbrukelsen i kraftsystemet.

Basert på den nevnte målfestefaktoren, kan den faktiske kompensasjonskapasiteten til kraftkondensatoren fastsettes ved hjelp av følgende formel:

2.1.2 Koplingstyper for kraftkondensatorbanker

Under normal drift av kraftsystemet, bruker kraftkondensatorbanker typisk to grunnleggende koplingstyper: delta (Δ) kopling og Y (star) kopling. I tillegg, avhengig av plasseringen av skruvedevicer i kretsen, kan de også klassifiseres som interne eller eksterne skruvekonfigurasjoner.

Delta-koplingen tillater rask, samtidig trefas-kompensasjon, noe som effektivt reduserer varighet av linjeubalans og forbedrer kompensasjonseffektiviteten. Imidlertid er den generelt kun egnet for systemer med relativt balanserte trefas-belastninger og kan ikke oppnå nøyaktig nett-kompensasjon.

Y-koplingen tillater uavhengig og nøyaktig kompensasjon for hver fase av kondensatorbanken. Imidlertid kan den føre til undervoltage eller overvoltage i én fase og involverer generelt høyere implementeringskostnader.

Derfor foreslår denne artikkelen en hybridtilnærming som kombinerer fordeler ved begge koplingstyper, og justerer antall og kapasitet av kondensatorgrupper i henhold til faktiske belastningsforhold.

2.1.3 Gruppering av kraftkondensatorer

Grupperingen av kraftkondensatorer inkluderer generelt like-kapasitets- og ulike-kapasitets-skjemaer.

I like-kapasitets-gruppering, er total kondensatorbank delt inn i grupper med identisk kapasitet, med antall grupper bestemt basert på den totale nødvendige kapasiteten. Denne metoden tilbyr enkel montering og rettframd skruvekontrolllogikk. Imidlertid, på grunn av færre grupper og større individuelle kapasiteter, gir den grove kompensasjonssteg, noe som gjør nøyaktig kompensasjon vanskelig. Frekvent skruving kan også akselerere utstyrsvetting og øke vedlikeholdsomkostninger.

I ulike-kapasitets-gruppering, er kondensatorkapasiteter distribuert etter en forhåndsdefinert forhold (for eksempel 1∶2∶4∶8). Denne tilnærmingen gir høyere kompensasjonsnøyaktighet og fleksibilitet, noe som gjør finjustert reaktiv effektregulering mulig. Imidlertid involverer den en kompleks systemdesign og kontrolllogikk, noe som begrenser dens skalbarhet. I tillegg kan mindre kapasitete kondensatorer oppleve for mye skruving, noe som påvirker langtidsreliabilitet.

Etter en omfattende vurdering, benytter denne artikkelen like-kapasitets-grupperingsmetoden. Imidlertid er kapasiteten til den felles kompensasjonsgruppen litt større enn den split-fase kompensasjonsgruppen. Denne konfigurasjonen støtter bedre syklisk skruving, forbedrer både kompensasjonsnøyaktighet og respons tid, og reduserer kontrollkompleksiteten. Den forkorter også kompensasjonssyklusen og forbedrer den totale effektiviteten.

2.2 Optimalisering av reaktiv effektkompensasjonsstrategi

En godt designet reaktiv effektkompensasjonsstrategi sikrer effektiv kompensasjon under ulike driftsforhold. Under normal systemdrift, kan sanntidstillstanden for kompensasjonssystemet deles inn i zoner—som skifte-inn sone, stabil sone, og skifte-ut sone—basert på parametre som aktiv og reaktiv effekt.

Optimalisering av kompensasjonsstrategien er et kritisk aspekt av systemdesign, som direkte påvirker kompensasjonsytelsen. Tradisjonelle enkelt-parameter kontrollstrategier fokuserer bare på én variabel, noe som gjør dem utilstrekkelige for å håndtere komplekse eller dynamiske forhold. Dette fører ofte til overkompensasjon eller for mye skruving, noe som øker drifts- og vedlikeholdsomkostninger.

Derfor benytter denne artikkelen en flerparameter-blandet kontrollstrategi. En parameter brukes som hovedbeslutningskriterium, mens flere andre fungerer som hjelpefaktorer. Systemet vurderer flere parametre samtidig, utfører omfattende beregninger for å fastsette skruvebehov, og utfører skruveaksjoner i henhold til dette, noe som forbedrer kontrollnøyaktighet og stabilitet.

2.3 Drift og vedlikehold av kompensasjonseinnsats

For å forbedre stabiliteten og støyresistansen til kompensasjonseinnsats, bør et innebygd programvaresikringssystem implementeres. Dette sikrer at enheten kan fungere normalt eller sikker avkopling under ulike anormale forhold, noe som forbedrer driftsreliabilitet og sikkerhet.

I tillegg bør profesjonelle teknikere regelmessig gjennomføre installasjon, justering og inspeksjon for å identifisere potensielle sikkerhetsmessige faremomenter i utstyret og utføre tilpassede forsterkninger.

Reaktiv effektkompensasjonssystemer er vanligvis utstyrt med beskyttelsesfunksjoner som overstrøm, overvoltage og undervoltage beskyttelse. For å sikre at disse beskyttelsene reagerer korrekt på feil, er regelmessig testing av deres driftsytekniske ytelse nødvendig. I tillegg bør overstrøm og temperaturbeskyttelse implementeres for å oppdage avvik raskt og unngå feilutvikling.