Analyse der Blindleistung im Energiesystem

Analyse der Blindleistung im Energiesystem

Blindleistung ist eine imaginäre Leistung, wird aber dennoch im Energiesystem benötigt. Wenn die Blindleistung im Energiesystem zu hoch ist, kann die Spannung ansteigen und im Falle eines Mangels an Blindleistung kann die Spannung niedrig sein. In diesem Artikel erklären wir verschiedene Aspekte der Blindleistung, welche Rolle sie im Stromsystem spielt und wie sie in das Stromsystem eingespeist werden kann.

Grundlagen von Spannung und Blindleistung im Energiesystem:

Es ist wünschenswert, dass die Spannung im Stromnetz überall 1 pro Einheit (pu) beträgt (aber es ist höchst unmöglich, sie aufrechtzuerhalten). Die Kontrolle der Blindleistung und der Höhe der Spannung sind fast verwandte Wörter; In ähnlicher Weise sind die Steuerung der Wirkleistung und des Spannungswinkels fast verwandte Wörter. Betrachten Sie Abbildung-1. Bus-1 ist mit einem unendlichen Bus mit einer langen Übertragungsleitung verbunden. Im Allgemeinen fließt Wirkleistung von einem hohen Spannungswinkel zu einem niedrigeren Spannungswinkel und Blindleistung fließt von einer höheren Spannungsgröße zu einer niedrigeren Spannungsgröße. In Abbildung 1 fließen also sowohl Wirk- als auch Blindleistung von Bus-1 nach Bus-2 (in einigen Fällen hängt dies auch von anderen Faktoren ab).

Analyse der Blindleistung im Synchrongenerator:

Betrachten Sie eine einfache Ersatzschaltung eines Synchrongenerators (SG), wie in Abbildung 2 gezeigt. Seine Klemmenspannung beträgt 1∠0, oder wir können sagen, dass SG direkt mit dem unendlichen Bus verbunden ist.

Es ist zu beachten, dass Blindleistung eine imaginäre Leistung ist so kann es von SG geliefert oder absorbiert werden. Wenn E_f kleiner als „1“ ist (also E_f t ), dann werden wir sagen, dass es mit niedriger Erregung läuft (d. h. der Gleichstrom in seiner Feldwicklung ist niedrig); In diesem Fall kann SG Blindleistung verbrauchen. Wenn E_f größer als „1“ ist (also E_f>V_t ), dann werden wir sagen, dass es mit hoher Erregung läuft (d. H. Der Gleichstrom in seiner Feldwicklung ist hoch); In diesem Fall kann SG Blindleistung liefern.

Wirkleistung wird wahre Leistung genannt. SG liefert immer Wirkleistung; Sie können also verstehen, warum der Rotorwinkel im Falle eines Synchrongenerators plus und im Falle eines Synchronmotors minus ist.

Gleichung „Input =Output + Verluste“ gilt für jede Maschine. Für SG lautet die Gleichung „Mechanischer Eingang =Elektrischer Ausgang (Wirkleistung) + Verluste“.

Wie oben geschrieben, wenn SG mit hoher Erregung läuft, kann es Blindleistung erzeugen, d. h. SG liefert die Blindleistung an das System. Tatsächlich ist es nur ein Energieaustausch zwischen Generator und Last. (Angenommen, die Last ist ein Induktionsmotor. Es findet also ein Energieaustausch zwischen SG und Induktionsmotor statt; oder wir können sagen, dass SG Blindleistung erzeugt und der Induktionsmotor die Blindleistung verbraucht; aber es sind nur Konventionen, Blindleistung ist imaginär Strom kann daher weder erzeugt noch verbraucht werden).

In den Büchern von Power System wird zur Berechnung komplexer Leistung die Formel S=VI* erwähnt. Wenn die Formel S =V * I verwendet wird, kann das gleiche Ergebnis gefunden werden, außer dass das Vorzeichen der Blindleistung umgekehrt wird. So haben Gelehrte der Elektrotechnik die Formel S=VI* fertiggestellt und die zweite Formel verworfen. Warum sie die erste Formel statt der zweiten gewählt haben, versuchen Sie anhand dieses Artikels selbst zu analysieren.

Aus Abbildung 3 können Sie leicht verstehen, warum Wirkleistung als wahre Leistung und Blindleistung als imaginäre Leistung bezeichnet wird.

Ein Diagramm von SG ist in Abbildung 4 dargestellt . Auch diese Abbildung ist selbsterklärend.

Ermitteln Sie in seinem Feld, ob Gleichspannung (oder DC Strom) hoch ist, liefert SG mehr Blindleistung. Vielleicht denken Sie also, dass die Gleichstromleistung der Feldwicklung in Blindleistung umgewandelt wird. Es ist ein großes Missverständnis unter Studenten. Bitte beachten Sie, dass mehr Gleichspannung in der Feldwicklung mehr Gleichstrom bedeutet und diese Leistung als I ² verbraucht wird R-Verluste im Feldwicklungswiderstand „R“. Es wird kein Gleichstrom im Feldkreis in Blindleistung umgewandelt. Wenn der Gleichstrom zunimmt und die von SG gelieferte Blindleistung zunimmt, bedeutet dies, dass der Energieaustausch des Generators mit der Last erhöht wird. Im Falle eines hohen Gleichstroms in der Feldwicklung ist der Fluss in der Induktivität der Feldwicklung hoch, was dazu beiträgt, Blindleistung durch SG zu erzeugen.

• Verwandter Beitrag: Wofür sind die farbigen Luftmarkierungskugeln auf Stromleitungen?

Betrachten Sie Abbildung-1 noch einmal. Wenn die Erregung von SG erhöht wird, passieren zwei Dinge

1. (i) Generator liefert mehr Blindleistung
2. (ii) seine Klemmenspannung (Höhe) wird zunehmen (wie bereits gesagt, die Kontrolle der Blindleistung und die Höhe der Spannung sind fast verwandte Wörter).

Wenn im Stromnetz ein Überschuss an Blindleistung vorhanden ist, als die Spannung steigt, ist es umgekehrt. Auf dieser Grundlage sollten die Leser versuchen, auch den Ferranti-Effekt zu verstehen. [Im Falle des Ferranti-Effekts ist die Empfangsendspannung höher als die Sendeendspannung. Es tritt ohne Last auf (oder Last ist sehr gering). Der größte Teil der Last im Stromversorgungssystem ist eine induktive Last. Im Leerlauf nimmt also der induktive Effekt ab und die Shunt-Kapazität (natürliche Shunt-Kapazitäten in der Luft) dominiert. Der Kondensator erzeugt Blindleistung und versucht daher, die Spannung zu erhöhen]

In den Büchern über elektrische Maschinen steht geschrieben, dass ein Transformator bei voreilender PF-Last (d. h. bei kapazitiver Last) eine negative Spannungsregelung haben kann; Leser sollten versuchen, diese Zeile auch mit Hilfe dieses Artikels zu verstehen. Beachten Sie, dass die kapazitive Last versucht, die Spannung zu erhöhen. Angenommen, Sie haben einen Transformator mit einem Windungsverhältnis von 1:1, die angelegte Spannung beträgt 100 V, seine Klemmenspannung beträgt 102 V, dann beträgt die Spannungsregelung des Transformators einfach -2 %. Bei kapazitiver Last ist dies möglich. Studienanfänger könnten überrascht sein, wie die Klemmenspannung des Transformators höher sein kann als die angelegte Spannung, sie sollten versuchen, sie zu analysieren.

• Verwandter Beitrag: Warum elektrische Energieübertragung ein Vielfaches von 11 ist, d. h. 11 kV, 22 kV, 66 kV usw.?

Shunt-Kompensation und Reihenkompensation:

Zwei Begriffe „Nebenschlusskompensation“ und „Reihenkompensation“ werden häufig in Power System verwendet. „Shunt-Kompensation“ steuert die Blindleistung und „Serienkompensation“ steuert die Wirkleistung. Die Shunt-Kompensation kann ein einfacher Kondensator im Shunt der Übertragungsleitung oder ein beliebiges FACTS-Shunt-Gerät sein. Die Serienkompensation kann ein einfacher Kondensator in Reihe mit der Übertragungsleitung oder eine beliebige Reihe von FACTS-Geräten sein.

Formel berücksichtigen (Es ist eine sehr berühmte Formel, daher wird hier keine detaillierte Erklärung gegeben). „X“ ist die Reaktanz der Übertragungsleitung. Diese Formel wird unter der Annahme abgeleitet, dass der Widerstand der Übertragungsleitung vernachlässigbar ist. Wenn ein einfacher Serienkondensator in die Übertragungsleitung (oder zwischen Bus-1 und Bus-2 in Abbildung 1) eingefügt wird, können wir sagen, dass es sich um eine Serienkompensation handelt. Indem wir den Wert des Reihenkondensators steuern, können wir „X“ steuern, daher kann „P“ gesteuert werden. Außerdem können Sie sehen, dass „P“ mit „δ“ verwandt ist. (Wie bereits geschrieben, sind Steuerung von „P“ und „Spannungswinkel“ eng verwandte Wörter).

• Verwandter Beitrag: Einführung in Oberschwingungen und Auswirkung von Oberschwingungen auf das Energiesystem

Methoden zum Einspeisen von Blindleistung in das Stromnetz:

Wenn die Spannung im Übertragungssystem weniger als 1 pu beträgt, sollte Blindleistung in das System eingespeist werden. Nachfolgend sind verschiedene Methoden zum Einspeisen/Absorbieren von Blindleistung im Stromnetz angegeben:

1. Steuerung der DC-Erregung von SG, wie oben in diesem Artikel erläutert,
2. Shunt-Kondensatoren (um Blindleistung zu liefern und die Spannung zu erhöhen),
3. Shunt-Induktivitäten (um die Blindleistung zu verbrauchen und die Spannung zu senken), werden im Falle des Ferranti-Effekts (d. h. wenn die Last sehr gering ist und die Empfangsendspannung hoch sein kann) verwendet.
4. TCR-FC oder TCR-TSC (es handelt sich um ein impedanzbasiertes FACTS-Gerät),
5. STATCOM (Es ist ein Spannungsquellenwandler, der auf FACTS-Geräten basiert). STATCOM oder Static Synchronous Compensator ist ein leistungselektronisches Gerät, das zwangskommutierte Geräte wie IGBT, GTO usw. verwendet, um den Blindleistungsfluss durch ein Stromnetz zu steuern und dadurch die Stabilität des Stromnetzes zu erhöhen. STATCOM ist ein Shunt-FACTS-Controller, d. h. er ist im Shunt mit der Leitung verbunden. In den Anfangstagen hieß es STATCON statt STATCOM. Es ist ein Mitglied der Gerätefamilie Flexible AC Transmission System (FACTS) und hat viel Forschungspotenzial. Durch die Installation eines STATCOM an einem oder mehreren geeigneten Punkten in einem Netz wird die Spannungsstabilität verbessert und ein gleichmäßiges Spannungsprofil unter verschiedenen Netzbedingungen aufrechterhalten. Seine Fähigkeit, eine aktive Filterung durchzuführen, ist auch sehr nützlich für die Verbesserung der Stromqualität.
6. In Windparks wird ein Induktionsgenerator verwendet, es ist eine einfach erregte Maschine (d. h. sie hat keine Feldwicklung). Daher ist eine Blindleistungsregelung in einem Induktionsgenerator nicht möglich; Daher wird in diesem Fall zur Bereitstellung von Blindleistung häufig STATCOM verwendet. STATCOM wird an den Anschlüssen des Induktionsgenerators als Shunt-Controller installiert. Auch dieses Thema hat großes Forschungspotential.

Verwandter Beitrag: Was ist ein Shunt-Reaktor – Typen, Konstruktion und Anwendungen

Wie in diesem Artikel geschrieben, bezieht sich die 'Shunt-Kompensation' auf die Blindleistungssteuerung, es ist ersichtlich, dass in den obigen Methoden von 2-6 alle Shunt-Controller sind.

Wie bereits erwähnt, ist Blindleistung imaginäre Leistung, also sollen Übertragungsleitungen Wirkleistung liefern. Es stellt sich die Frage, warum wir Blindleistung in das Stromnetz einspeisen. Die Antwort lautet:Generatoren, Übertragungsleitungen, Transformatoren usw. haben im Vergleich zu ihrer induktiven Reaktanz einen vernachlässigbaren Widerstand, sodass wir sagen können, dass das Übertragungssystem ein induktiver Kreis ist. Es verbraucht Blindleistung, daher müssen wir Blindleistung liefern, um dies zu kompensieren.

Mit anderen Worten, wir können sagen, um ein flaches Spannungsprofil aufrechtzuerhalten (d. h. um überall eine Spannung von 1 pu aufrechtzuerhalten), ist in einem Übertragungssystem eine ordnungsgemäße Blindleistungssteuerung erforderlich. Um eine übermäßige Blindleistungsübertragung zu vermeiden; Erzeugung und Verbrauch von Blindleistung sollten möglichst nahe beieinander liegen; Andernfalls führt dies zu einem ungeeigneten Spannungsprofil.

Über den Autor

Dr. Vipin Jain erhielt 1992 den Bachelor of Engineering von der Nagpur University, den Master of Technology 2007 und den Ph.D. Abschluss 2017 an der University of Delhi. Er verfügt über langjährige Unterrichts- und Industrieerfahrung. Seit Dezember 2007 ist er Fakultätsmitglied in der Abteilung für Elektrotechnik am Bharat Institute of Technology, Meerut (UP), Indien. Bisher wurden mehr als zwanzig Forschungsarbeiten von ihm veröffentlicht. Er ist ein vom Bureau of Energy Efficiency, Government of India, zertifizierter Energieauditor.

Verwandter Beitrag:

• Wiederherstellung des Stromversorgungssystems – Stromausfall, Spannungseinbruch und Schaltprogramme
• HV- und MV-Lasttrennschalter und -Isolatoren im Stromnetz
• Corona-Effekt und Entladung in Übertragungsleitungen und Stromnetzen
• Was ist elektrische Energie? Arten elektrischer Energie und ihre Einheiten