8 (800) 707-1482
+7 (495) 981-9839

Rus Eng
Заказ обратного звонка
заказать звонок 8 (800) 707-1482
+7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882
sales@khomovelectro.ru
Отправить заявку
Компания «Хомов электро» — завод-изготовитель, имея многолетний опыт работы на рынке электротехнического оборудования по производству конденсаторных установок и налаженные прямые поставки комплектующих высокого качества для компенсации реактивной мощности от мировых производителей, — признанных лидеров в своих отраслях бизнеса, готова оперативно и качественно выполнить ваш заказ на изготовление и поставку оборудования в срок.
большой опыт работы
качество продукции
оперативность выполнения
индивидуальный подход

Компенсация реактивной мощности в электроустановках с генераторами


	
		
			

1. Введение

До сих пор обсуждалась компенсация реактивной мощности в первом и втором квадрантах системы координат. В последнее время всё чаще промышленные предприятия, к примеру, на которых сжигается древесная пыль, используют генераторы с приводом от паровых машин, работающие параллельно сети.

В этой главе рассматриваются технические и экономические аспекты, относящиеся к требуемому коэффициенту мощности или величине реактивной энергии, которая должна оплачиваться. Если генераторы подают активную энергию обратно к поставщику, это означает, что речь идёт о 4-квадрантной работе. При этом возникают новые аспекты, относящиеся к тарификации потребления реактивной энергии. Как показано далее, тариф, требующий обеспечения среднего коэффициента мощности cosφ = 0,9 (отстающий) (см. главу 4), становится некорректным.

Также разъясняется, что понятия «коэффициент мощности» (cosφ) и «реактивная мощность» (Q) характеризуют совершенно разные электрофизические величины. Это можно выразить следующим неравенством:

cosφ ≠ Q ≠ cosφ

То есть коэффициент мощности — это отнюдь не то же самое, что реактивная мощность и наоборот.

 

2. Общие понятия

О планах по вводу в действие генератора (генераторов) необходимо сообщать поставщику электроэнергии, при этом должен заключаться специальный договор. В нём должно быть указано, к какому входу электропитания (если их больше одного) подключается генератор. При этом необходимо строго соблюдать технические требования, предусмотренные национальными или международными регулирующими организациями [1, 2].

Прежде всего, необходимо отметить, что следует отличать постоянно работающие силовые генераторные устройства, подключенные параллельно сети, от аварийных генераторов, например в больницах, которые включаются в случае аварии в сети питания. Аварийные силовые генераторные установки используются в течение короткого времени, в основном до появления напряжения сети. Поэтому такую ситуацию можно исключить при рассмотрении 4-квадрантной работы.

Силовые генераторные установки могут питаться за счёт энергии воды или ветра, от солнечных батарей, ТЭЦ или топливных элементов.

Электрическая энергия может вырабатываться синхронными или асинхронными генераторами, а также генераторами постоянного тока с преобразователями постоянного тока в переменный.

При работе генератора параллельно с сетью имеют большое значение стабильность напряжения, качество напряжения и синхронизация по частоте. Следует принимать во внимание, планируется ли работа без обмена энергией с сетью. Это возможно в основном при использовании синхронных генераторов.

 

3. Автоматическое управление реактивной мощностью в 4 квадрантах

3.1 Техническая сторона вопроса

На рисунке 1 показаны 4 квадранта системы координат. При работе генераторов могут иметь место 4 режима нагрузки:

  • квадрант I — потребление (+) активной и реактивной энергии;
  • квадрант II — потребление (+) активной и отдача (-) реактивной энергии;
  • квадрант III — отдача (-) активной и реактивной энергии;
  • квадрант IV — отдача (-) активной энергии и потребление (+) реактивной энергии.

В квадрантах III и IV генераторы отдают в сеть поставщика активную энергию, которая должна измеряться отдельным киловаттметром. Наибольшее внимание уделяется ситуации в квадранте IV. Асинхронные генераторы могут отдавать активную энергию в сеть, но они потребляют реактивную энергию для намагничивания.

Ситуация в квадрантах I и II хорошо известна. Управление реактивной мощностью осуществляется с помощью автоматического контроллера. Диапазон нечувствительности ограничивается так называемыми пороговыми линиями C/k и вращением вокруг точки нуля системы координат в зависимости от заданного коэффициента мощности.

На рисунке 1 показаны два заданных коэффициента мощности: 0,85 (отстающий) и единичный. Для вектора нагрузки 3 для получения коэффициента мощности около 0,85 (отстающий) достаточно одной ступени батареи, при этом контроллер находится в режиме ожидания. Для получения коэффициента мощности cosφ = 1 контроллер реактивной мощности коммутирует ещё 3 конденсатора.

Если генератор, работающий параллельно, уменьшает потребление активной энергии из сети, векторы остаются в пределах первого или второго квадранта (см. рисунок 2b). Однако если генератор принимает на себя всю потребляемую мощность и даже отдаёт активную энергию в сеть поставщика, векторы переходят в третий или четвёртый квадрант (см. рисунок 2c). Большинство электронных контроллеров реактивной мощности имеют цифровой дисплей, показывающий текущее значение коэффициента мощности. При управлении реактивной мощностью во всех четырёх квадрантах при отдаче мощности генератором может индицироваться неправильное значение коэффициента мощности (см. рисунок 2c). При управлении во всех четырёх квадрантах может индицироваться значение коэффициента мощности от 0 до 1 в первом или третьем квадранте и от 1 до 0 во втором и четвёртом квадрантах. Таким образом, если контроллер пригоден для 4-квадрантной работы, он показывает любое возможное значение в пределах 360° системы координат.

Предполагается, что контроллер реактивной мощности пригоден для работы во всех 4 квадрантах. Необходимо ещё раз подчеркнуть, что текущее значение коэффициента мощности cosφа ничего не говорит о текущем значении реактивной мощности Q.

Рис. 1 Управление реактивной мощностью во всех 4 квадрантах

Вектор 4 в квадранте IV на рисунке 1 изображает ситуацию, когда генератор покрывает всё потребление активной мощности и, кроме того, отдаёт в сеть такую же величину. Если бы был задан коэффициент мощности 0,85 (отстающий), контроллер мог бы неожиданно компенсировать до коэффициента мощности 0,85 на опережающей стороне. Диапазон C/k распространяется от первого квадранта через ноль в третий квадрант. Это называется зеркальной характеристикой контроллера. При этом компенсационной батареи оказывается недостаточно для компенсации до 0,85 на опережающей стороне (вектор 6). Для получения заданного коэффициента мощности может понадобиться 7 конденсаторных ступеней. Как известно, при компенсации в емкостной области имеется недостаток, связанный с увеличением напряжения. Многие современные контроллеры реактивной мощности вырабатывают предупредительный сигнал, если имеющихся ступеней недостаточно для получения требуемого высокого значения коэффициента мощности. Получить надлежащее управление реактивной мощностью — не означает задать требуемое значение во втором квадранте, например, 0,9 на стороне опережения, чтобы получить 0,9 на стороне отставания при управлении в четвёртом квадранте (см. рисунок 1). Простейший способ решить эту проблему — задать требуемый коэффициент мощности равным единице (cosφ = 1). При задании такого коэффициента мощности обеспечивается симметричное управление реактивной мощностью во всех 4 квадрантах (векторы 5 и 2). Таким образом, если компенсация реактивной мощности работает во всех квадрантах, ёмкость конденсатора определяется исходя из необходимости получения среднего коэффициента мощности, равного 1 (cosφ = 1).

Напомним, что полная компенсация реактивной мощности экономит активную энергию благодаря снижению потерь в проводниках. Такое решение незаменимо не только с технической точки зрения, но также с экономической. Об этом идёт речь в следующем разделе.

Рис. 2 Неправильные значения коэффициента мощности при 4-квадрантной работе
(трансформатор тока установлен в точке подвода питания)

3.2 Экономическая сторона вопроса

Как было сказано ранее, потребители, имеющие собственные генераторы, обязаны компенсировать реактивную мощность для обеспечения коэффициента мощности, максимально близкого к единице (cosφd = 1).

При этом любое стандартное тарифное соглашение по достижению, к примеру, среднего коэффициента мощности 0,9 становится недействительным. Такой стандартизированный контракт принимает, что количество реактивной энергии, равное 48,5% потребления активной энергии, не оплачивается. То есть если потребление активной энергии составляет, к примеру, 1000 кВт·ч в течение расчётного периода, то 485 квар·ч реактивной энергии являются бесплатными.

Естественным желанием потребителей, имеющих генераторы, является снижение потребления энергии до нуля. В результате в конце расчётного периода счёт за энергоснабжение может содержать 0 кВт·ч активной энергии и, к примеру, 17 000 квар·ч потребления реактивной энергии. Разумеется, энергоснабжающая компания не будет поставлять реактивную энергию без оплаты. Во многих электроустановках с генераторами используются асинхронные двигатели, работающие с так называемым отрицательным скольжением. Независимо от того, работает машина в режиме двигателя или генератора, она постоянно потребляет реактивную энергию для намагничивания магнитопровода.

Таким образом, каждый потребитель, намеревающийся снизить потребление активной энергии, особенно если он собирается это делать с помощью генератора (генераторов), обязан при этом полностью компенсировать реактивную энергию, за исключением случаев, когда он заключил специальный договор с энергоснабжающей компанией.

Вышесказанное можно проиллюстрировать на следующем примере.

Пример. Асинхронный двигатель с номинальной мощностью 100 кВА работает в режиме генератора. Его номинальный коэффициент мощности — 0,82 (инд.). Генератор отдаёт в сеть активную энергию, но при этом потребляет реактивную мощность, которую можно рассчитать следующим образом.

cosφ = 0,82, φ = 34,9º, sinφ = 0,572.

Реактивная мощность

Q = S·sinφ (1)

Q = 100 кВА · 0,572 = 57,2 квар.

За сутки или 24 часа варметр насчитает 1373 квар·ч или около 41 200 квар·ч за месяц при непрерывной работе генератора, к примеру, на гидроэлектростанции.

При работе с синхронными генераторами потребление реактивной энергии зависит от заданных параметров возбуждения. Они задаются таким образом, чтобы коэффициент мощности был всегда отстающим. При этом реактивная мощность генератора рассчитывается по методике, приведённой выше для асинхронного генератора.

 

4 Заключение и выводы

Компенсация реактивной мощности во всех 4 квадрантах системы координат в отличие от классической работы в 2 квадрантах из-за наличия параллельно работающих генераторов требует применения совершенно других методов рассмотрения технических и экономических аспектов.

Основной целью компенсации является получение коэффициента мощности, как можно более близкого к единице (cosφ = 1). Исходя из этого должна выбираться компенсационная батарея. Контроллер реактивной мощности должен быть пригоден для работы во всех четырёх квадрантах.

Разумеется, трансформатор тока контроллера должен быть рассчитан также и на реактивный ток генератора (генераторов). Точка подключения питания генератора (генераторов) всегда должна быть обращена к стороне L корпуса трансформатора тока.

Необходимо выполнять все требования местных, национальных и международных нормативных документов.

143405, Московская область, г. Красногорск, ул. Ильинский тупик, д.6, Бизнес-центр "Березовая роща", офис 5.
Тел.: 8 (800) 707-1482, +7 (495) 981-98-39, +7 (495) 642-58-82, +7 (498) 653-40-68, факс:+7 (498) 653-40-69.
E-mail: sales@khomovelectro.ru. Время работы: с 8:00 до 17:00. © 2020 «Хомов электро»
Яндекс.Метрика