Источник: Електротехніка, електроніка та мікропроцесорная техніка: Всеукраїнська науково-технічна конференція студентів, м. Донецк, 25-26 травня 2011 р.
Проблема компенсации реактивной мощности является актуальным вопросом на сегодняшний день. Она занимает важное место среди вопросов увеличения эффективности распределения, потребления и передачи электроэнергии. Нахождение правильного решения данной проблемы позволяет уменьшить материальные и экономические затраты.
Компенсация реактивной мощности – это наиболее эффективный способ энергосбережения на промышленных предприятиях. К мерам по снижению потребления реактивной мощности относят естественную компенсацию, которая не требует больших ма-териальных затрат и должна проводиться на предприятиях в первую очередь. Также выделяют искусственную компенсацию, которая осуществляется с использованием специальных компенсирующих устройств. Среди них можно выделить следующие: си-ловые статические конденсаторы, синхронные машины, статические тиристорные компенсаторы, компенсационные преобразователи с искусственной коммутацией.
Автоматические конденсаторные установки получили наибольшее распространение благодаря присущим им преимуществам по сравнению с другими средствами компенсации реактивной мощности, основными из которых являются:
Однако, несмотря на все перечисленные достоинства конденсаторных установок, они имеют и ряд немаловажных недостатков. К ним можно отнести такие как ступенчатое регулирование мощности; осуществление только генерации реактивной мощности; снижение выдачи реактивной мощности при снижении напряжения в сети.
Эти недостатки можно ликвидировать путем использования в качестве компенсирующих устройств синхронных машин. Наиболее широкое применение получили синхронные двигатели. Они используются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. Ток возбуждения в обмотке ротора синхронного двигателя определяет характер и значение реактивной мощности. На рис.1 показана U-образная характеристика синхронного двигателя, которая представляет собой зависимость тока статора I от тока возбуждения Iв при P=const. Левая ветвь кривой – режим недовозбуждения, в котором двигатель представляет собой
Рисунок 1 – U-образная характеристика синхронного двигателя
активную и индуктивную нагрузки в сети. Правая ветвь – режим перевозбуждения и, следовательно, активная и емкостная нагрузки сети. Другими словами, в этом режиме двигатель работает еще и как компенсатор реактивной мощности. При cosφ=1 ток статора минимален. [1]
Наибольшая компенсирующая способность двигателя обеспечивается номинальным током возбуждения при 100% его загрузке. Увеличение компенсирующей способности на длительный период можно осуществить снижением активной нагрузки при неизменном токе возбуждения. В таком случае при снижении реактивной нагрузки сети компенсирующая способность снижается путем уменьшения тока возбуждения. При необходимости кратковременного увеличения компенсирующей способности можно повышать ток возбуждения сверх номинального. Это может понадобиться для повышения устойчивости в переходных процессах, снижения колебаний реактивной мощности и напряжения в сети и т.д.
Преимуществом синхронных двигателей, используемых для компенсации реактивной мощности, по сравнению конденсаторными батареями является возможность плавного регулирования вырабатываемой реактивной мощности. Недостатком же – то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для синхронных двигателей больше, чем конденсаторных батарей, так как зависят от квадрата генерируемой мощности синхронным двигателем.
Потери активной мощности в случае, когда активная, реактивная мощность и напряжение сети отличаются от номинальных значений, равны:
где Q' – величина генерируемой синхронным двигателем реактивной мощности, квар;
QНОМ – номинальное значение реактивной мощности синхронного двигателя;
D1 , D2 – постоянные коэффициенты, кВт.
Аналогичным средством компенсации являются синхронные генераторы, которые также обладают плавным и автоматическим регулированием генерируемой реактивной мощности. Ее передача от синхронного генератора осуществляется на значительные расстояния. Поэтому использование генераторов ограничивается только технико-экономическими условиями.
Последним видом синхронных машин, используемых в качестве компенсационных устройств, являются синхронные компенсаторы, которые представляют собой специальные синхронные машины, работающие в режиме двигателя без нагрузки на валу. Они предназначены только для генерации и потребления реактивной мощности. Выгодно применять синхронные компенсаторы, когда требуется плавное и быстродействующее средство регулирования реактивной мощности и напряжения в сети. Наиболее широко они применяются при наличии резкопеременной реактивной нагрузки.
Существенным недостатком всех синхронных машин являются значительные потери активной мощности.
Таким образом, несмотря на недостатки в экономической эффективности синхронных машин по сравнению с конденсаторными установками, прослеживается явная техническая целесообразность их применения в качестве компенсирующих устройств.