Kaj je tehnologija kompenzacije reaktivne moči njeni optimizacijske strategije in pomen?

1 Pregled tehnologije kompenzacije reaktivne moči
1.1 Vloga tehnologije kompenzacije reaktivne moči

Tehnologija kompenzacije reaktivne moči je ena od široko uporabljanih tehnik v električnih sistemih in omrežjih. Primarno se uporablja za izboljšanje faktorja moči, zmanjševanje izgub v vodnikih, izboljšanje kakovosti moči in povečanje prenosne zmogljivosti in stabilnosti omrežja. To zagotavlja, da električna oprema deluje v bolj stabilnem in zanesljivem okolju, hkrati pa tudi poveča zmogljivost omrežja za prenos aktivne moči.

1.2 Omejitve tehnologije kompenzacije reaktivne moči

Čeprav se široko uporablja, tehnologija kompenzacije reaktivne moči ni primerna za vse uporabniške situacije. Na primer, v sistemih z pogosto spreminjajočimi se obremenitvami lahko hitrost preklopa kompenzacijskih naprav ne more priti v korak s hitrimi spremembami obremenitve. To lahko povzroči nedostatečno odziv, kar vodi do nestabilnih nihanj napetosti v omrežju.

V določenih primerih lahko oprema za kompenzacijo reaktivne moči ustvari harmonične tokove in harmonične napetosti, ki lahko negativno vplivajo na celoten sistem moči in priključeno opremo. Zato morajo biti harmonične težave polnoma upoštevane med načrtovanjem in izvajanjem shem kompenzacije, ter bi morale biti sprejete ustrezne ukrepe za njihovo utiševanje.

2 Optimizacijske strategije za kompenzacijo reaktivne moči

Tehnologija kompenzacije reaktivne moči, temelječa na močnih kondenzatorjih, predlagana v tem članku, se izvaja znotraj popolnega sistema kompenzacije. Sistem se glavno sestoji iz treh komponent: glavnega nadzornika S751e-JP, nadzorne plošče S751e-VAR (enota za preklop kondenzatorjev) in banke močnih kondenzatorjev. Med temi komponentami delujeta glavni nadzornik S751e-JP in nadzorna plošča S751e-VAR v odnosu gospodar-sluga.

Med normalnim delovanjem prejme nadzorna plošča S751e-VAR navodila od glavnega nadzornika S751e-JP in ustrezno nadzira notranje kombinirane preklopnike za preklop predhodno skupiniranih močnih kondenzatorjev. Glavni nadzornik S751e-JP je odgovoren za zbiranje in analizo realnih podatkov o delovanju sistema moči. S pomočjo vgrajenega programskega opreme in algoritmov izračuna potrebno količino kompenzacije reaktivne moči, nato pa ta informacijo pretvori v signale, združljive z nadzorno ploščo S751e-VAR. Po prejemu ukaza izvaja nadzorna plošča preklope glede na prednastavljeno logiko, kar omogoča točno kompenzacijo reaktivne moči v sistemu moči.

2.1 Izdelava in konfiguracija opreme za kompenzacijo reaktivne moči
2.1.1 Kompenzacijosposobnost močnih kondenzatorjev

Za oceno kompenzacijosposobnosti močnih kondenzatorjev se pogosto uporablja poenostavljena metoda računanja. Ta metoda pa ima določene omejitve v praktični uporabi. Zato ta članek uporablja bolj podrobno in natančno algoritem za določitev potrebne kompenzacije. Najprej se vzpostavi začetni faktor moči (cosφ) sistema brez kompenzacije.

$P$ in $Q$ so vrednosti aktivne in reaktivne moči, ko omrežje deluje na polno obremenitev;
$\α$ je letni povprečni faktor aktivne obremenitve sistema moči (ali omrežja), tipično v obsegu 0,70 do 0,75;
$\β$ je letni povprečni faktor reaktivne obremenitve sistema moči (ali omrežja), običajno vzeto 0,76.

Če je sistem moči že v normalnem delovanju, se lahko za izračun uporabijo zgodovinski podatki o porabi električne energije. V tem primeru:

kjer:
W_m je mesecna povprečna poraba aktivne energije sistema moči;
W_rm je mesecna povprečna poraba reaktivne energije sistema moči.

Na podlagi zgoraj omenjenega ciljnega faktorja moči se lahko določi dejansko kompenzacijosposobnost močnega kondenzatorja z naslednjim obrazcem:

2.1.2 Povezovalne metode bank močnih kondenzatorjev

Med normalnim delovanjem sistema moči se banka močnih kondenzatorjev običajno uporablja z dvema osnovnima povezovalnima metodama: delta (Δ) povezava in Y (wye) povezava. Poleg tega, glede na lokacijo preklopnih naprav v kraku, jih lahko razvrstimo kot interne ali eksterne preklopne konfiguracije.

Delta povezava omogoča hitro, hkratno tri-fazno kompenzacijo, učinkovito zmanjša trajanje neravnovesja v vodniku in izboljša učinkovitost kompenzacije. Vendar je običajno primerna le za sisteme z relativno uravnoteženimi tri-faznimi obremenitvami in ne more doseči točne kompenzacije omrežja.

Y povezava omogoča neodvisno in točno kompenzacijo vsake faze banke kondenzatorjev. Vendar pa lahko v eni fazi vodi do premajhne ali prevelike napetosti in običajno vključuje višje stroške izvedbe.

Zato ta članek predlaga kombinirani pristop, ki združuje prednosti obeh povezovalnih metod, prilagajajoč število in kapaciteto skupin kondenzatorjev glede na dejanske pogoje obremenitve.

2.1.3 Skupinska konfiguracija močnih kondenzatorjev

Skupinska konfiguracija močnih kondenzatorjev običajno vključuje sheme enakih kapacitet in različnih kapacitet.

Pri skupinah enakih kapacitet se cela banka kondenzatorjev razdeli na skupine enake kapacitete, število skupin pa se določi glede na skupno potrebno kapaciteto. Ta metoda ponuja preprosto sestavo in enostavno logiko preklopne kontrole. Vendar, zaradi manjše števile skupin in večjih posameznih kapacitet, to vodi do grobih korakov kompenzacije, kar teži točni kompenzaciji. Pogoste preklope lahko pospešijo nosečnost opreme in povečajo stroške vzdrževanja.

Pri skupinah različnih kapacitet so kapacitete kondenzatorjev razporejene glede na preddefinirano razmerje (npr. 1∶2∶4∶8). Ta pristop ponuja višjo natančnost in prilagodljivost, omogoča fino reguliranje reaktivne moči. Vendar, vključuje kompleksno načrtovanje in logiko kontrole, omejuje skalabilnost. Poleg tega lahko manjše kapacitete kondenzatorjev izkušajo prekomerno število preklopov, kar vpliva na dolgoročno zanesljivost.

Po celoviti oceni ta članek uporablja metodo skupin enakih kapacitet. Vendar je kapaciteta skupne kompenzacije malo večja kot kapaciteta razdeljene faze kompenzacije. Ta konfiguracija bolje podpira ciklične preklope, izboljša natančnost in hitrost kompenzacije, zmanjša kompleksnost kontrole, skračuje cikel kompenzacije in izboljša splošno učinkovitost.

2.2 Optimizacija strategije kompenzacije reaktivne moči

Dobro oblikovana strategija kompenzacije reaktivne moči zagotavlja učinkovito kompenzacijo pod različnimi delovnimi pogoji. Med normalnim delovanjem sistema se realni stanje sistema kompenzacije lahko razdeli na zone – kot so zona vklopa, stabilna zona in zona izklopa – glede na parametre, kot so aktivna in reaktivna moč.

Optimizacija strategije kompenzacije je ključni vidik načrtovanja sistema, ki neposredno vpliva na učinkovitost kompenzacije. Tradicionalne strategije enoparametrične kontrole se osredotočajo samo na eno spremenljivko, kar jih čini neprimernimi za obdelavo kompleksnih ali dinamičnih pogojev. To pogosto vodi do prekomerne kompenzacije ali prekomernih preklopov, kar poveča operativne in vzdrževalne stroške.

Zato ta članek uporablja strategijo večparametrične kombinirane kontrole. Eden parameter se uporablja kot glavni kriterij odločanja, medtem ko drugi služijo kot pomožni faktorji. Sistem hkrati evalvira več parametrov, izvaja celovita izračuna za določitev potreb za preklopom in izvaja preklope glede na to, kar izboljša natančnost in stabilnost kontrole.

2.3 Delovanje in vzdrževanje opreme za kompenzacijo

Za izboljšanje stabilnosti in odpornosti opreme za kompenzacijo na motnje bi morala biti implementirana vgrajena programska varnostna sistema. To zagotavlja, da lahko naprava normalno deluje ali se varno odklopi pod različnimi nenormalnimi pogoji, kar izboljša zanesljivost in varnost delovanja.

Dodatno bi morali profesionalni tehničarji redno izvajati nameščanje, kalibracijo in pregled, da bi identificirali morebitne varnostne tveganja znotraj opreme in izvedli pravočasno ojačitev.

Sistemi kompenzacije reaktivne moči so običajno opremljeni z varnostnimi funkcijami, kot so zaščita pred pretokom, pretlačjem in podtlačjem. Za zagotovitev pravilnega delovanja teh zaščit je potrebno redno testiranje njihove operativne učinkovitosti. Poleg tega bi morali biti implementirane zaščite pred pretokom in temperaturo, da bi bile zaznane anormalnosti in preprečili eskalacijo napak.