Режим полной компенсации реактивной мощности в электрической системе с учетом свойств линии электропередачи

Abstract

В статье рассматривается проблема исследования режимов компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения, питаемой от синхронного генератора с заданными параметрами. При этом осуществляется анализ системы, в которой реактивная составляющая сопротивления генератора задана необоснованно большим значением, значительно превышающим те величины, которое используется на практике, а расчеты такой системы электроснабжения осуществляются без системного анализа. Показано, что такой подход к рассматриваемой проблеме приводит к некорректным результатам по оценке, как исходного режима, так и режима компенсации реактивной мощности. В результате проведения расчета режима компенсации методом поисковой оптимизации выявляется, что реактивная мощность при некорректно заданном комплексном сопротивлении генератора оказывается не полностью скомпенсированной и коэффициент мощности оказывается меньшим, чем задекларированный в рассматриваемом примере коэффициент, равный единице. Продемонстрирована возможность применения метода поисковой оптимизации для поиска уточненных параметров системы электроснабжения, которые обеспечивают заданные уровни потребления активной мощности нагрузкой и отдачи заданного уровня активной мощности синхронным генератором. В основу таких расчетов положено уравнение равновесия и два ограничения, задающие уровни активных мощностей, отдаваемой генератором и потребляемой нагрузкой, решение которого выполнено в программе MathCAD с помощью парой операторов given-find, реализующими поисковую оптимизацию. В программе MATLAB с использованием поисковой оптимизации, применяемой к визуальной модели, рассчитана величина емкости косинусного конденсатора, при которой достигается полная компенсация реактивной мощности в системе. Рассчитанные таким методом параметры системы электроснабжения обеспечивают снижение активных потерь в линии электропередачи на 20%, чем при режиме частичной компенсации реактивной мощности.

The article discusses the problem of studying the modes of reactive power compensation in the power supply system, powered by a synchronous generator with specified parameters. At the same time, the system is analyzed in which the reactive component of the generator resistance is set to an unreasonably large value, significantly exceeding those used in practice, and the calculations of such a power supply system are carried out without system analysis. It is shown that this approach to the problem under consideration leads to incorrect results in evaluating both the initial mode and the reactive power compensation mode. As a result of the calculation of the compensation mode by search optimization, it is revealed that the reactive power with an incorrectly set complex resistance of the generator is not fully compensated and the power factor is lower than the coefficient declared in the considered example, equal to unity. The possibility of applying the search optimization method to search for refined parameters of the power supply system that provide specified levels of active power consumption by the load and return of a given level of active power by a synchronous generator is demonstrated. The basis of such calculations is the equilibrium equation and two constraints that specify the levels of active power given by the generator and the consumed load, the solution of which is performed in the MathCAD program using a pair of given-find operators that implement search optimization. Using the search optimization applied to the visual model, the MATLAB program calculates the value of the capacitance of the cosine capacitor at which full compensation of the reactive power in the system is achieved. The parameters of the power supply system calculated by this method provide a 20% reduction in active losses in the power line than in the case of partial reactive power compensation.