Šta je tehnologija kompenzacije reaktivne snage njeni strategiji optimizacije i značaj

1 Pregled tehnologije kompenzacije reaktivne snage
1.1 Uloga tehnologije kompenzacije reaktivne snage

Tehnologija kompenzacije reaktivne snage je jedna od široko korišćenih tehnika u električnim sistemima i mrežama. Primarno se koristi za poboljšanje faktora snage, smanjenje gubitaka na linijama, unapređenje kvaliteta struje, povećanje kapaciteta prenosa i stabilnosti mreže. Ovo osigurava da električna oprema radi u stabilnijem i pouzdanijem okruženju, uz povećanje sposobnosti mreže da prenosi aktivnu snagu.

1.2 Ograničenja tehnologije kompenzacije reaktivne snage

Iako je široko primenjivana, tehnologija kompenzacije reaktivne snage nije pogodna za sve situacije. Na primer, u sistemima sa često varirajućim opterećenjima, brzina preključivanja kompenzacionih uređaja može biti nedovoljna da prati brze promene opterećenja. To može dovesti do neadekvatnog odgovora, što rezultira nestabilnim fluktuacijama napona u mreži.

U nekim slučajevima, oprema za kompenzaciju reaktivne snage može generisati harmonijske struje i harmonijske napone, što može negativno uticati na ukupni električni sistem i povezanu opremu. Stoga, problemi harmonijskih talasa moraju biti potpuno razmotreni tokom dizajna i implementacije shema kompenzacije, i trebaju se usvojiti odgovarajuće mere za suzbijanje.

2 Strategije optimizacije kompenzacije reaktivne snage

Tehnologija kompenzacije reaktivne snage bazirana na kondenzatorima predložena u ovom radu je implementirana unutar kompletnog sistema kompenzacije. Sistem se uglavnom sastoji od tri komponente: glavnog kontrolera S751e-JP, kontrolne ploče S751e-VAR (jedinica za preključivanje kondenzatora) i banka kondenzatora. Između ovih, glavni kontroler S751e-JP i kontrolna ploča S751e-VAR rade u odnosu glavni-pomoćni.

Tokom normalne operacije, kontrolna ploča S751e-VAR prima instrukcije od glavnog kontrolera S751e-JP i odgovarajuće kontrolizuje interne složene prekidače kako bi preključivala prethodno grupisane kondenzatore. Glavni kontroler S751e-JP je odgovoran za sakupljanje i analizu podataka o stvarnom stanju rada električnog sistema. Koristeći ugrađeni softver i algoritme, izračunava potrebnu količinu kompenzacije reaktivne snage, zatim pretvara tu informaciju u signale kompatibilne sa kontrolnom pločom S751e-VAR. Nakon što dobije naredbu, kontrolna ploča izvršava operacije preključivanja prema predefinisanoj logici, omogućavajući preciznu kompenzaciju reaktivne snage električnog sistema.

2.1 Dizajn i konfiguracija opreme za kompenzaciju reaktivne snage
2.1.1 Kapacitet kompenzacije kondenzatora

Za procenu kapaciteta kompenzacije kondenzatora često se koristi pojednostavljena metoda računanja. Međutim, ova metoda ima određena ograničenja u praktičnoj primeni. Stoga, ovaj rad usvaja detaljniji i tačniji algoritam za određivanje potrebne kompenzacije. Prvo, postavlja se početni faktor snage (cosφ) sistema bez kompenzacije.

$P$ i $Q$ su vrednosti aktivne i reaktivne snage, redom, kada mreža radi na punom opterećenju;
$\α$ je godišnji prosečan faktor aktivnog opterećenja električnog sistema (ili mreže), obično u rasponu od 0,70 do 0,75;
$\β$ je godišnji prosečan faktor reaktivnog opterećenja električnog sistema (ili mreže), obično uzima se kao 0,76.

Ako je električni sistem već u normalnoj operaciji, mogu se koristiti istorijski podaci o potrošnji struje za izračunavanje. U tom slučaju:

gde:
W_m je mesecni prosečan potrošnji aktivne energije električnog sistema;
W_rm je mesecni prosečan potrošnji reaktivne energije električnog sistema.

Na osnovu ciljnog faktora snage spomenutog iznad, stvarni kapacitet kompenzacije kondenzatora može se odrediti koristeći sledeću formulu:

2.1.2 Metode povezivanja banke kondenzatora

Tokom normalne operacije električnog sistema, banke kondenzatora tipično koriste dve osnovne metode povezivanja: delta (Δ) povez i Y (wye) povez. Takođe, u zavisnosti od lokacije preključivačkih uređaja u kolu, mogu se klasifikovati kao interne ili eksterne konfiguracije preključivanja.

Delta povez omogućava brzu, istovremenu trofaznu kompenzaciju, efektivno smanjujući trajanje neravnoteže linija i poboljšavajući efikasnost kompenzacije. Međutim, on je obično pogodan samo za sisteme sa relativno ravnotežnim trofaznim opterećenjima i ne može dostići preciznu kompenzaciju mreže.

Y povez omogućava nezavisnu i tačnu kompenzaciju svake faze banke kondenzatora. Međutim, može dovesti do podnapona ili prenapona u jednoj fazi i obično zahteva više troškova implementacije.

Stoga, ovaj rad predlaže hibridni pristup koji kombinuje prednosti oba metoda povezivanja, prilagođavajući broj i kapacitet grupa kondenzatora prema stvarnim uslovima opterećenja.

2.1.3 Konfiguracija grupisanja kondenzatora

Konfiguracija grupisanja kondenzatora obično uključuje sheme sa jednakim i nejednakim kapacitetima.

U grupisanju sa jednakim kapacitetima, ukupna banka kondenzatora deli se na grupe sa identičnim kapacitetima, a broj grupa se određuje na osnovu ukupnog potrebnog kapaciteta. Ovaj metod nudi jednostavnu montažu i jasan logički kontrolni mehanizam preključivanja. Međutim, zbog manjeg broja grupa i većih pojedinačnih kapaciteta, rezultira grubim koracima kompenzacije, što čini teškim preciznu kompenzaciju. Frekventno preključivanje takođe može ubrzati iznosiranje opreme i povećati troškove održavanja.

U grupisanju sa nejednakim kapacitetima, kapaciteti kondenzatora su raspoređeni prema predefinisanim odnosima (npr., 1∶2∶4∶8). Ovaj pristup pruža veću tačnost i fleksibilnost kompenzacije, omogućavajući fino podešavanje reaktivne snage. Međutim, uključuje složeniji dizajn sistema i logiku kontrole, ograničavajući skalabilnost. Takođe, kondenzatori manjeg kapaciteta mogu doživeti previše preključivanja, što utiče na dugoročnu pouzdanost.

Nakon kompletne procene, ovaj rad usvaja metod grupisanja sa jednakim kapacitetima. Međutim, kapacitet zajedničke grupe kompenzacije je malo veći od kapaciteta grupe za razdvojeno fazono kompenzovanje. Ova konfiguracija bolje podržava ciklične operacije preključivanja, poboljšava tačnost i brzinu kompenzacije, smanjuje složenost kontrole, skraćuje ciklus kompenzacije i unapređuje ukupnu efikasnost.

2.2 Optimizacija strategije kompenzacije reaktivne snage

Dobro dizajnirana strategija kompenzacije reaktivne snage osigurava efektivnu kompenzaciju pod različitim uslovima rada. Tokom normalne operacije sistema, stvarno stanje sistema kompenzacije može se podeliti u zone - poput zone uključivanja, stabilne zone i zone isključivanja - na osnovu parametara poput aktivne i reaktivne snage.

Optimizacija strategije kompenzacije je ključni aspekt dizajna sistema, direktno utičući na performanse kompenzacije. Tradicionalne strategije kontrole sa jednim parametrom fokusirane su samo na jednu promenljivu, što ih čini neadekvatnim za rukovanje složenim ili dinamičkim uslovima. To često dovodi do prekomerne kompenzacije ili previše preključivanja, povećavajući operativne i održavanje troškove.

Stoga, ovaj rad koristi multi-parametarsku kompozitnu strategiju kontrole. Jedan parametar se koristi kao primarna kriterijumska promenljiva, dok druge služe kao pomoćni faktori. Sistem istovremeno procenjuje više parametara, vrši kompleksne izračune kako bi odredio potrebe za preključivanjem i izvršava preključivanja prema tome, poboljšavajući tačnost i stabilnost kontrole.

2.3 Rad i održavanje opreme za kompenzaciju

Da bi se poboljšala stabilnost i otpornost opreme na interferenciju, treba implementirati ugrađeni softverski sistem za zaštitu. Ovo osigurava da uređaj može raditi normalno ili sigurno isključiti pod različitim abnormalnim uslovima, time unapređujući operativnu pouzdanost i sigurnost.

Takođe, profesionalni tehničari treba regularno da obavljaju instalaciju, komisiju i inspekcije kako bi identifikovali potencijalne bezbednosne rizike unutar opreme i izvršili pravo vreme ojačanje.

Sistemi kompenzacije reaktivne snage obično poseduju funkcije zaštite kao što su zaštita od prekorne struje, previsokog i premalogo napona. Da bi se osiguralo da ove zaštite pravilno reaguju na greške, potrebno je redovno testirati njihovu operativnu performansu. Takođe, treba implementirati zaštitu od prekorne struje i temperature kako bi se pravo vreme detektovale anomalije i sprečile eskalacija grešaka.