Выбор компенсирующих устройств

Компенсирующие устройства являются одним из способов регулирования напряжений в электрической сети. Данные устройства являются источниками или потребителями реактивной мощности таким образом, потребляя или генерируя реактивную мощность, эти устройства влияют на величины падения и потери напряжения на отдельных элементах электрической сети.

Виды компенсирующих устройств

Различаются следующие основные виды компенсирующих устройств:

• батарея статических конденсаторов;
• шунтирующий реактор;
• синхронный компенсатор;
• управляемый шунтирующий реактор;
• статический тиристорный компенсатор.

Принцип выбора мощности компенсирующего устройства

Принцип регулирования напряжения за счет изменения потока реактивной мощности приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема двухузловой сети

Напряжение в конце сети:

[math] \displaystyle \dot U_2 = \dot U_1 - \dot ΔU_{12}, [/math]

где [math] \dot U_2 [/math] — вектор напряжения в конце сети, кВ;

[math] \dot U_1 [/math] — вектор напряжения в начале сети, кВ;

[math] \dot ΔU_{12} [/math] — вектор падения напряжения на участке сети.

Вектор падения напряжения в основном зависит от продольной составляющей:

[math] \displaystyle ΔU_{12} = \frac{Р_{12}^Н⋅R_C+Q_{12}^Н⋅X_C}{U_1}, [/math]

где [math] ΔU_{12} [/math] — продольная составляющая вектора падения напряжения на участке сети, кВ;

[math] Р_{12}^Н [/math] — поток активной мощности в начале участка сети, МВт;

[math] Q_{12}^Н [/math] — поток реактивной мощности в начале участка сети, Мвар;

[math] R_C [/math] — активное сопротивление участка сети, Ом;

[math] X_C [/math] — индуктивное сопротивление участка сети, Ом;

[math] U_1 [/math] — модуль вектора напряжения в начале сети, кВ.

Если принять, что напряжение в начале участка сети удовлетворяет всем требованиям, а напряжение в конце участка сети выходит за пределы заданных ограничений, то с учетом выражений (1) и (2) на величину напряжения в конце участка сети можно повлиять только путем изменения значения потока реактивной мощности. Активная мощность определяется требованием нагрузки и не может корректироваться для регулирования режима. Параметры сети (активной и индуктивное сопротивление) также являются неизмененными параметрами, так как отражают марку, сечение и количество проводов на рассматриваемом участке сети, следовательно, они не могут изменяться в процессе изменения режима сети.

В упрощенном виде:

[math] \displaystyle U_2\sim\frac {1}{ΔU_{12}}\sim\frac{1}{Q_{12}} [/math]

То есть, чем больше значение передаваемой мощности, тем больше значение падения напряжения, тем больше снижается напряжение в рассматриваемом участке сети.

Для того, чтобы понять, какое именно компенсирующее устройство лучше подходит для проектируемого района сети, необходимо определиться с уровнем напряжения в сети относительно требуемого:

• если напряжение необходимо увеличить, то в соответствии с выражением (3) требуется уменьшить переток реактивной мощности, то есть создать дополнительную генерацию. В этих случаях подойдут батареи статических конденсаторов (БСК), синхронные компенсаторы в режиме перевозбуждения (СК) и статические тиристорные компенсаторы (СТК);
• если напряжение необходимо уменьшить, то в соответствии с выражением (3) требуется увеличить переток реактивной мощности, то есть создать дополнительную нагрузку. В этих случаях подойдут шунтирующие реакторы (ШР), синхронные компенсаторы в режиме недовозбуждения (СК) и статические тиристорные компенсаторы (СТК).

Мощность, которую необходимо выработать или потребить:

[math] \displaystyle Q_{КУ}^{min}=\frac{U_{2.ДОП}-U_2}{X_C}⋅U_{2.ДОП} [/math]

где [math] Q_{КУ}^{min}[/math] — минимальная реактивная мощность, которую необходимо скомпенсировать посредством компенсирующих устройств для введения напряжения в рассматриваемом узле в допустимую область, Мвар;

[math]U_{2.ДОП}[/math] — модуль допустимого напряжения в рассматриваемом узле, кВ;

[math]U_2[/math] — модуль напряжения в рассматриваемом узле, кВ;

[math]X_C[/math] — индуктивное сопротивление участка сети, Ом.

Использованные источники

1. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах: учебное пособие / С. С. Ананичева, А. А. Алексеев, А. Л. Мызин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, 97 с.;
2. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1989. 592 с.