Управление режимами реактивной мощности

Для обеспечения баланса реактивной мощности в электроэнергетических системах используются различные средства: генераторы электростанций, линии электропередачи, синхронные двигатели промышленных предприятий, различные компенсирующие устройства. Дадим краткую характеристику перечисленных средств.

Генераторы электрических станций.

Изменение выдаваемой или потребляемой генератором реактивной мощности осуществляется путем регулирования тока возбуждения. При этом одновременно изменяется и напряжение на зажимах генератора, которое обычно находится в пределах от 0,95U_ном до 1,05U_ном.

Линия электропередачи.

В зависимости от передаваемой мощности воздушные и кабельные линии электропередачи могут быть как источниками, так и потребителями реактивной мощности. Их режим зависит от соотношения зарядной мощности Q_b и потерь реактивной мощности DQ:

При малых нагрузках dQ > 0, и линия является источником реактивной мощности. При больших нагрузках dQ < 0. В этом случае для покрытия потерь затрачивается вся зарядная мощность и часть реактивной мощности, поступающей из сети.

Зарядная мощность и потери реактивной мощности зависят от удельных емкости С₀ и индуктивности L₀, которые в свою очередь связаны с конструктивным исполнением линии (воздушная или кабельная), диаметрами проводов фаз и расстояниями между фазами. Кроме того, указанные мощности зависят от напряжения линии. Существенного воздействия на соотношение dQ можно добиться путем реализации различных вариантов разрабатываемых воздушных компактных линий электропередачи, которые обладают повышенной емкостью и пониженной индуктивностью. Из формулы также следует, что управлять режимом реактивной мощности линии можно, воздействуя в условиях эксплуатации на режимное напряжение линии.

Синхронные двигатели.

Они широко применяются на промышленных предприятиях для привода технологических машин, которые не требуют регулирования частоты вращения. Значения реактивной мощности, которую может выдать в сеть синхронный двигатель, зависят от загрузки активной мощностью и напряжения на его зажимах.

Компенсирующие устройства.

Они могут быть предназначены только для генерации реактивной мощности, только для потребления избыточной ре­активной мощности либо как для выдачи, так и для потребления.

Синхронные компенсаторы (СК). Они представляют собой синхронные двигатели, работающие без механической нагрузки на валу. Потребляя из сети активную мощность на вращение, путем регулирования тока возбуждения в обмотке возбуждения в них можно изменять режим реактивной мощности.

К преимуществам СК, как компенсирующих устройств, относятся возможность выдачи и потребления реактивной мощности, плавного и автоматического регулирования, независимость выдаваемой реактивной мощности от напряжения в сети. К недостаткам СК относятся наличие вращающихся частей, достаточно большие затраты активной мощности на их вращение, большие удельные капитальные затраты, особенно при малых мощностях СК.

Батареи конденсаторов (БК).

К достоинствам БК относят меньшие потери активной мощности, составляющие примерно 0,5%, по сравнению с СК, простоту в обслуживании и производстве монтажных работ, а также возможность набрать из отдельных конденсаторов любую мощность. В то же время они не могут работать в режиме потребления реактивной мощности. Существенный недостаток БК связан с зависимостью выдаваемой реактивной мощности от напряжения. Для регулирования выдаваемой БК реактивной мощности ее разделяют на отдельные секции, подключаемые к сети через свои коммутационные аппараты. К недостаткам такого регулирования относится возникновение сверхтоков и перенапряжений при операциях с коммутационной аппаратурой.

К другим недостаткам БК относятся значительные размеры при большой мощности, недостаточная надежность из‑за относительно частых повреждений при токах короткого замыкания и повышении напряжений более 1,1U_ном, невозможность восстановления поврежденных конденсаторов, перегрев при наличии в сети высших гармоник, ведущий к выходу конденсаторов из строя.

Шунтирующие реакторы.

Эти устройства представляют собой индуктивную катушку с малым активным сопротивлением, намотанную на магнитопровод. Они могут только потреблять из сети реактивную индуктивную мощность. С помощью них ограничиваются длительные повышения напряжения в режимах малых нагрузок, кратковременные повышения напряжения на линии при ее одностороннем включении и перенапряжения, возникающие при коммутации линии.

Мощность ШР

Q_p = U²b_p, (13.15)
где b_p – реактивная, индуктивная по характеру, проводимость реактора.

Управляемые реакторы.

УР представляет собой электромагнитную систему, магнитопровод которой подмагничивается постоянным током. Подмагничивающий поток может создаваться как от постороннего источника постоянного тока и специальной обмотки, так и путем создания искусственных контуров замыкания постоянного тока в рабочей обмотке с помощью тиристоров. Изменение мощности реактора в широких пределах обеспечивается за счет изменения насыщения стали магнитным потоком и соответствующего изменения магнитной проницаемости магнитопровода.