Источники реактивной мощности в электрических сетях

Кроме генераторов, источниками реактивной мощности могут быть и другие устройства, располагаемые на подстанциях или непосредственно у потребителей электроэнергии.

К числу таких устройств относятся синхронные компенсаторы – вращающиеся машины с явнополюсным ротором, на котором располагается обмотка возбуждения. Режим синхронного компенсатора подобен режиму синхронного двигателя, который работает в режиме холостого хода.

Рисунок 5.12

На рисунке 5.12 представлена схема замещения и векторная диаграмма синхронного компенсатора, на основании которой ток синхронного компенсатора определяется

I_с.к =

а следовательно, мощность на его зажимах

S_с.к = Q_с.к = √3U_с.кI_с.к = (5.1)

Выражение (5.1) показывает, что величина и знак мощности синхронного компенсатора зависят от соотношения между э.д.с. компенсатора и напряжением в точке включения его в сеть. Электродвижущая сила определяется величиной тока возбуждения, причем росту тока возбуждения соответствует увеличение э.д.с.

Для тока возбуждения можно принять такое значение, при котором E_q = U_с.к. В этом случае мощность синхронного компенсатора Q_с.к = 0. При некотором увеличении тока компенсатор выдаст определенную реактивную мощность Q_с.к > 0. Такой режим синхронного компенсатора называется режимом самовозбуждения. Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения, в котором E_q < U_с.к и Q_с.к < 0. Поскольку перевод синхронного компенсатора из одного режима в другой, а также изменение его мощности достигается соответствующим изменением тока возбуждения, то управление режимом компенсатора осуществляется плавно, без скачков как при ручном, так и при автоматическом регулировании.

Номинальная мощность синхронного компенсатора указывается для режима перевозбуждения, в котором компенсатор выдает в сеть реактивную мощность. В режиме недовозбуждения компенсатор потребляет реактивную мощность из сети. Предельная мощность его при этом определяется

Q_{с.к(ндв)} = - (5.2)

Реактивное сопротивление компенсаторов в относительных единицах Х_d = 1,7-2,0%, поэтому, считая в качестве базисных величин номинальную мощность и номинальное напряжение компенсатора получим

Q_{с.к(ндв)} ≈

Синхронный компенсатор, работающий в режиме перевозбуждения, способен увеличивать выдаваемую в сеть реактивную мощность при понижении напряжения в сети. Выражение (5.1) показывает, что это увеличение будет большим в том случае, когда при снижении напряжения U_с.к одновременно возрастает э.д.с. E_q. Такой эффект имеет место при автоматическом регулировании тока возбуждения компенсатора. Указанная особенность синхронных компенсаторов, называемая иногда положительным регулирующим эффектом, позволяет при их применении существенно улучшить характеристики режима электрической сети и системы в целом.

На рисунке 5.13 показана схема концевого участка сети. На шинах потребителя включена батарея статических конденсаторов с реактивным сопротивлением Х_к, мощность которой определяется

Q_к = (5.3)

Векторная диаграмма, построенная для этой схемы (рисунок 8.3) показывает, что под влиянием батареи конденсаторов реактивная мощность в линии при неизменной мощности нагрузки уменьшается.

Рисунок 5.13 Рисунок 5.14

Батарея конденсаторов в отличии от синхронного компенсатора может только выдавать реактивную мощность. Другой отличительной особенностью батареи конденсаторов является резкая зависимость выдаваемой реактивной мощности от напряжения в точке включения батареи в сеть. Формула (5.3) показывает, что снижение этого напряжения приводит к уменьшению Q_к. Следовательно, в отличие от синхронного компенсатора батарея конденсаторов характеризуется отрицательным регулирующим эффектом. Изменить степень уменьшения мощности батареи при резком снижении напряжения или даже достичь некоторого положительного регулирующего эффекта можно путем уменьшения сопротивления Х_к. Это можно достичь включением дополнительных конденсаторов. Резкое изменение мощности батареи может быть также достигнуто при так называемой форсировке батареи, осуществляемой с помощью переключений, которые приводят к росту напряжения на отдельных конденсаторах. Например, переключая в треугольник трехфазную батарею статических конденсаторов (см.рисунок 8.4), соединенных по схеме можно увеличить напряжение на каждой фазе батареи в раз.