Аналіз параметрів якості електроенергії при встановлені компенсаторів реактивної потужності

Abstract

Збільшення кількості електронних пристроїв, під’єднаних до електромереж змінного струму, збільшує частку перехідних процесів в мережі та обумовлює динамічний характер, спожитої від мережі енергії. Це явище збільшує обсяг генерування реактивної потужності, що має негативний вплив на обладнання електричної мережі і збільшує втрати енергії під час її транспортування до споживача. Зазвичай для зменшення обсягу генерованої реактивної потужності встановлюють компенсатори реактивної потужності. Залежно від типу реактивної потужності встановлюють один з декількох можливих типів компенсаторів. У статті аналізується вартість та ефективність використання компенсаторів різного типу. У статті проаналізовано теоретичні аспекти компенсації реактивної потужності. Повна електрична потужність розділено на пасивну і активну, визначено обмеження щодо струму компенсатора відповідно до вимог щодо параметрів якості електроенергії. В досліджені також враховано зменшення вихідної потужності генератора електромережі завдяки компенсації реактивної потужності. Запропоновано використання аналізатора параметрів якості електроенергії як ефективний засіб для визначення типу та потужності компенсатора. Аналізатор виготовлено та протестовано на декількох типах розповсюджених навантажень. Розроблено простий алгоритм для розрахунку параметрів компенсаторів реактивної потужності. При досліджені враховано коливання частоти мережі у реальних електромережах. Алгоритм застосовано для таких навантажень: лінійного реактивного, нелінійного реактивного і динамічного реактивного навантажень. Алгоритм розрахунку параметрів компенсатора реалізовано у програмному пакеті MatLab. Розраховано економічний ефект для різних компенсаторів і типів навантажень відповідно до актуальних цін на компенсатори і генератори. Як результат, для лінійних реактивних навантажень найбільш доцільно використовувати статичні синхронні компенсатори (СТАТКОМ) з прибутком 104.3 % на рік, для нелінійних реактивних навантажень найвідповіднішими є активні фільтри з прибутком 17.9 % на рік, для динамічних реактивних навантажень – динамічні компенсатори з прибутком 44.7 % на рік.The increase of the number of electronic devices connected to the AC power grid causes the increasing of the quantity of transient processes and the dynamic mode of consumed energy from the power grid. This problem increases reactive power energy generation that has a negative impact on power grid equipment and increases power loses when energy transporting to the consumers. Usually for decreasing reactive power reactive power compensations are used. Depend on reactive power type one of few common compensator types may be chosen for improving energy quality parameters especially power factor. In the paper cost and effectiveness of reactive power compensators are analyzed. Theoretical aspects of reactive power compensation are discussed.Electric power is separated on passive and active and requirements for compensator current based on energy quality parameters restrictions are proposed. Also effect of decreasing of a generator output power after reactive power compensation is taking to account. An electric energy analyzer as an effective tool for reactive power compensator type and power determining is proposed. The analyzer is manufactured and tested on few common loads. A simple algorithm for the compensator parameters calculation based on the analyzer data is developed. The power grid frequency deviation is taking to account during the calculations. The algorithm is implemented for common loads: linear reactive, non-linear reactive and reactive dynamic. A program software in MatLab is developed. An economic effect for different compensator and load types based on real compensators and generators prices is calculated. As result, for linear reactive load is more effective static synchronous compensator (STATCOM) with benefit 104.3 % per year, for reactive nonlinear load more appropriate to use active filter with benefit 17.9 % per year, for dynamic reactive load we can use dynamic compensator with benefit 44.7%. The developed program software and hardware device may be adopted for commercial use and implemented for improved compensator parameters calculation before its installation.