Реактивная энергия в электрических сетях: Теория реактивной мощности

Содержание

Качество электроэнергии, БСК, СТК, ФКУ. Компенсация реактивной мощности.

НПЦ «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС» поставил оборудование более чем на 200 российских предприятий и энергосистем, а также СТК 10 и 35 кВ на металлургические комбинаты в городах Ухань, Нанкин и Бао-Тоо (Китай).

Автоматизация производства неуклонно растет, количество высокоточных механизмов, которые обладают восприимчивостью к качеству потребляемой электроэнергии, увеличивается с каждым годом. Сбои в работе технологического оборудования часто приводят к неоправданным потерям, связанным с уменьшением объема выпускаемой продукции. Часты случаи выхода сложного и дорогого оборудования из строя в результате подачи некачественной электроэнергии. Выход ценного оборудования из строя, снижение норм выработки, падение эффективности работы предприятия в целом или же постоянные сбои и отказы — это характерные симптомы производства, на котором используется сеть, не обеспечивающая надлежащее

качество электроэнергии.

Качество электроэнергии — технический термин, который был закреплен в одном из государственных стандартов. В перечень характеристик, которые определяют качество электроэнергии, входит более десяти параметров, среди которых — коэффициент искажения синусоидальности, отклонение частоты, коэффициент временного перенапряжения и так далее. В результате снижения качества электроэнергии чаще всего возникают следующие проблемы: изменение мощности, кратковременные перепады, резкие снижения напряжения.

Обращение в НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР «ЭНЕРКОМ-СЕРВИС» даёт вам возможность модернизировать производство, улучшить качественные показатели электросети и как следствие получить более высокую эффективность производственных процессов, а также добиться повышениях стабильности работы предприятия. Решения, предоставляемые нашей организацией, успешно доказывают своё качество и высокий уровень по всей нашей стране, а также в Китае и других регионах. Надёжная и точная работа всех систем — это совершенно нормально и естественно, если электрооборудование поставлялось нами.
Качество электроэнергии

— приоритетное направление нашей деятельности.

Компенсация реактивной мощности


Компенсация реактивной мощности — один из наиболее важных факторов, позволяющих решить задачу энергосбережения, уменьшения расход реактивной энергии. И зарубежные, и отечественные специалисты утверждают, что чуть более трети от общей стоимости продукции — это стоимость энергоресурсов. Необходимо подойти к анализу энергопотребления с наибольшей ответственностью, поскольку компенсация реактивной мощности может дать существенную экономию.

Компенсация реактивной мощности — ключевой способ решения вопроса энергосбережения, даже если речь идет не о крупных производственных предприятиях, а о малых организациях. Ведь устройстваминелинейной нагрузкой, системами кондиционирования, вытяжки, лампами освещения генерируется немалое количество реактивной энергии.

Устройства компенсации реактивной мощности способны помочь решить проблему экономии энергии.

Для компенсации реактивной мощности используется оборудование, которое снижает величину полной мощности; различают индуктивные и емкостные устройства компенсации реактивной мощности. Использование подобного оборудования приводит к тому, что электроэнергия используется более рационально.

Компенсация реактивной мощности призвана разгрузить распределительные линии, генераторы и трансформаторы от реактивного тока, а также уменьшить потери мощности в элементах электроснабжающей системы. Кроме того,

компенсация реактивной мощности позволяет:

  • Уменьшить снижение напряжения и потери мощности в системе электроснабжения, ее элементах;
  • Существенно уменьшить расходы на электроэнергию;
  • Снизить влияние сетевых помех;
  • Снизить асимметрию фаз.

Устройства компенсации реактивной мощности быстро окупаются — при том, что цена на них остается более чем доступной.
Потребление активной энергии при использовании устройств компенсации реактивной мощности может снижаться на 4-5 процентов. Батареи статической компенсации — это группа конденсаторов, используемых в схеме различных устройств, выступающих в качестве фильтров, то есть повышающих качество электрического тока. Для получения из группы конденсаторов БСК требуется соединение по строго определённой электросхеме, позволяющей использовать устройство без значительных потерь активной мощности.

БСК относится к более широкому классу устройств УКРМ. Комплексы на основе БСК обычно содержат управляющее устройство и могут также содержать фильтры высших гармоник. Учитывая принцип действия конденсаторов, составляющих

БСК, зачастую комплексы оснащаются специальным устройством, обеспечивающим снятие напряжения за счёт разряда после отключения батарей от основного контура.

БСК может быть спроектирована и смонтирована достаточно быстро: практически за считанные дни после принятия решения о необходимости её установки на обычном производственном контуре.
подробнее в статье >>

Преимущества использования БСК


БСК — группы конденсаторов, соединяемых между собой. Как правило, в производстве БСК используются однофазные косинусные конденсаторы, тип соединения — параллельно-последовательное. Цели использования БСК — компенсация реактивной мощности, выравнивание кривой напряжения (в случае использования схемы с тиристорным регулированием), уровня напряжения.

Известно, что использование батарей статических конденсаторов дает значительный положительный эффект, способствует существенной экономии…
подробнее в статье >>


Компенсация реактивной мощности как фактор энергосбережения — Новости — EKF

Как платить за электричество меньше, повысить КПД оборудования и более эффективно использовать электрическую энергию, — сегодня эти вопросы волнуют многих руководителей производственных предприятий и владельцев коммерческих объектов.

Из данной статьи вы подробнее узнаете, что такое компенсация реактивной мощности, как правильно рассчитать мощность для потребителей и подобрать оборудование, чтобы сократить потери электроэнергии до 65%.


Немного теории

Для оценки и расчетов цепей переменного тока используются действующие значения тока и напряжения.

Действующее значение переменного тока определяется как величина такого эквивалентного постоянного тока, который проходя через то же активное сопротивление, что и переменный ток, выделяет на нем за период то же количество тепла. Математически действующее значение определяется как среднеквадратичное за период.

Полная мощность вычисляется как произведение действующих значений тока и напряжения цепи.

S = U * I
В случае активной нагрузки фазы тока и напряжения совпадают и вся полная мощность выделяется на нагрузке.

Расчеты для переменного тока соответствуют анализу цепей постоянного тока, только используются действующие значения тока и напряжения.

Полная мощность фактически показывает требования к электрической сети. Измеряется она в вольт-амперах (ВА).

Если в цепи переменного тока появляются реактивные элементы (индуктивные нагрузки и емкостные нагрузки) расчёты приходится корректировать. Реактивные элементы обладают способностью накапливать энергию и отдавать ее обратно в цепь. Появляется сдвиг фаз между током и напряжением и как следствие появляется реактивная мощность.

Реактивная мощность может быть, как положительной (для индуктивных цепей), так и отрицательной (для емкостной составляющей).

Реактивная мощность не выделяется на нагрузке, не создает полезной работы. Она накапливается на реактивных элементах нагрузки (конденсаторах, катушках индуктивности), а затем возвращается обратно в питающую сеть. Возвращаясь, она увеличивает текущий по проводам ток. Этот реактивный ток, присутствуя в линиях, дополнительно нагревает их. Поэтому в любой энергосистеме стремятся уменьшить реактивную мощность до минимума.

На нагрузке остается активная мощность. Она и совершает полезную работу: приводит в движение двигатель, переходит в световую волну в лампах и др. Активная мощность — это среднее значение мгновенной мощности за период.

Полная мощность в цепях переменного тока равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей.

S = ? ( P2 + Q2)

Активная мощность вычисляется как:
P = I * U * cos ?
I и U это действующие значения тока и напряжения.


Или:

P = S * cos ?
Т.е. активная и полная мощности связаны через коэффициент — cos ?.

Коэффициент мощности

– это соотношение полезной активной мощности к полной мощности, то есть cos?=P/S этот коэффициент характеризует, насколько эффективно используется электроэнергия. cos ? – это косинус угла сдвига между напряжением питающей сети и током, потребляемым нагрузкой.

При cos ? = 1 (когда фаза тока совпадает с фазой напряжения) активная мощность на нагрузке равна полной. Вся энергия питающей сети используется для полезной работы. Происходит это только на чисто активной нагрузке, без реактивной составляющей.

Попробуем рассчитать мощность, когда угол между напряжением и током составляет 90 градусов.

На графике ? равно 90 косинус фи (cos?)=0(нулю). Для простоты вычислений возьмем максимальное значение напряжения равное 1 (100%). В этот момент ток равен 0 (нулю). Соответственно их произведение, то есть мощность равны 0(нулю). И наоборот, когда ток максимальный, напряжение равно нулю. Получается, что полезная, активная мощность равна 0 (нулю).

Конечно, устройств с cos ? = 0 на практике не бывает, но промежуточных вариантов может быть множество. Например, бестрансформаторный блок питания, приведенный в качестве примера выше, имеет коэффициент мощности 0,6 — 0,7.

Значимость коэффициента мощности

Приведем простые расчеты, демонстрирующие значимость данного показателя.
Два потребителя электроэнергии с одинаковой активной (полезной) мощностью. У первого cos ? = 1, а у второго – 0,5. Это означает, что второй потребитель потребляет от сети ток в два раза больше, чем первый. Т.к. зависимость потерь в проводах от тока имеет квадратичный характер (P = I2 * R), то потери на активном сопротивлении проводов во втором случае будут в 4 раза больше. Соответственно потребуются провода большего сечения.

Высокий коэффициент мощности особенно важен для мощных нагрузок и длинных линий электропередач.

Реактивная мощность в электрических сетях продуцирует следующие негативные факторы:
  • Увеличение потерь в проводниках
  • Нагрев проводников вызывает ускорение старения изоляции, снижение срока службы, способствует возникновению коротких замыканий
  • Снижение пропускной способности энергосистемы при генерации дополнительной мощности для компенсации потерь
  • Нагрев обмоток трансформаторов и снижение нагрузочной способности без видимых причин
  • Перегрузка генераторов и трансформаторов.
    Повышение тока из-за низкого коэффициента мощности вызывает перегрузку генераторов и трансформаторов, и, как следствие, уменьшение их срока службы вследствие превышения расчётных характеристик
  • Увеличение падения напряжения
    Протекающий по электрическому проводнику ток вызывает падение на нем напряжения, величина которого определяется по закону Ома. Возрастание величины тока из-за низкого значения коэффициента мощности вызывает увеличение падения напряжения, что приводит к снижению напряжения на нагрузке относительно требуемого значения, и приводит к снижению мощности, поступающей на нагрузку
  • Использование КРМ для снижения нагрузки в электросетях. Виды компенсаторов

    Для уменьшения нагрузки в электрических сетях от реактивной мощности применяются компенсаторы реактивной мощности. Это может быть использование синхронного компенсатора. Данное оборудование представлено синхронным двигателем, работающим на холостом ходу. Одновременно с ним применяются системы регулировок, влияющих на эффективность оборудования. Кроме синхронного устройства, компенсация производится с помощью батарей конденсаторов. Этот вариант считается более простым и дешевым в эксплуатации.

    Преимущества компенсации реактивной мощности

    • Повышение эффективности использования электрической энергии за счет снижения тепловых потерь на передачу электроэнергии.

    Снижение тепловых потерь можно рассчитать, если значение тока в законе Джоуля-Ленца выразить через соотношение для активной мощности. Получается следующая зависимость:

    Потери комп./Потери нач. =( COS ? нач./ COS ? комп)?

    В результате расчётов получаем следующие зависимости:


    В таблице показано возможное уменьшение тепловых потерь

    COS ? начальнй COS ? компенсированный
    0,85 0,90 0,95 1,00
    0,50 65,40% 69,14% 72,30% 75,00%
    0,55 58,13% 62,65% 66,48% 69,75%
    0,60 50,17% 55,56% 60,11% 64,00%
    0,65 41,52% 47,84% 53,19% 57,75%
    0,7 32,18% 39,51% 45,71% 51,00%
    0,75 22,15% 30,59% 37,67% 43,75%
    0,80 11,42% 20,99% 29,09% 36,00%
    0,85 10,80% 19,94% 27,75%
    0,90 10,25% 19,00%
    0,95 9,75%
    • Повышение качества электроснабжения за счёт уменьшения падения напряжения в линии электропередач.

    В процессе передачи электроэнергии на расстоянии ток вынужден преодолевать сопротивление (R) проводов, что вызывает падение напряжения в линии. Падения напряжения можно определить по закону Ома. Оно равно произведению величины тока на сопротивление. Если выразить величину тока через активную мощность, то в конце преобразований получим следующее выражение:

    ?U=?Uкомп./?Uнач.* COS ? нач./ COS ? комп

    В таблице показано возможное уменьшение падения напряжения

    COS ? начальнй COS ? компенсированный
    0,85 0,90 0,95 1,00
    0,50 41,18% 44,44% 47,37% 50,00%
    0,55 35,29% 38,89% 42,11% 45,00%
    0,60 29,41% 33,33% 36,84% 40,00%
    0,65 23,53% 27,78% 31,58% 35,00%
    0,7 17,65% 22,22% 26,32% 30,00%
    0,75 11,76% 16,67% 21,05% 25,00%
    0,80 5,88% 11,11% 15,76% 20,00%
    0,85 5,56% 10,53% 15,00%
    0,90 5,26% 10,00%
    0,95 5,00%

    • Экономия до 30% на оплате электроэнергии. При компенсированном коэффициенте мощности нет необходимости платить за реактивную мощность. Значительное сокращение энергопотребления.
    • Увеличение срока службы электрических машин. Недостаток реактивной мощности приводит к увеличению тока, что вызывает снижение срока службы электрооборудования.
    • Стоимость прокладки кабеля сокращается до 30%. Оптимизация конструкции оборудования за счёт уменьшения сечения проводников позволяет снизить стоимость используемых материалов.
    • Снижения тепловых потерь на передачу электроэнергии. Повышение эффективности использования электроэнергии и качества электроснабжения за счёт уменьшения падения напряжения в линии электропередач.
    • Дополнительный прирост мощности системы электроснабжения. При скомпенсированном коэффициенте мощности часть избыточной энергии, высвобождающейся за счёт уменьшения потерь, может быть использована потребителем.

    Как выбрать оборудование для компенсации реактивной мощности

    Оптимальный выбор оборудования для коррекции коэффициента мощности будет зависеть от типа имеющихся нагрузок и режимов их работы.

    Если загрузка оборудования мало подвержена колебаниям, т.е. она почти постоянна, то выгоднее всего использовать индивидуальную компенсацию реактивной мощности. В этом случае конденсатор включается и выключается вместе с относящейся к нему нагрузкой, поэтому компенсация соответствует cos ? нагрузки и синхронизирована с ее суточными колебаниями. Индивидуальная компенсация реактивной мощности наиболее эффективна, если большая часть реактивной мощности потребляется несколькими мощными нагрузками, которые работают непрерывно или длительное время.

    рис.1


    Индивидуальная компенсация (см. рис.1) реактивной мощности имеет следующие преимущества:
    • Компенсация четко соответствует нагрузке
    • Конденсаторная батарея может быть размещена непосредственно у нагрузки
    • Конденсаторы используются только во время работы нагрузки
    • Низкая стоимость установки
    • Реактивная мощность полностью исключена из распределительной сети
    • Простота установки
    • Низкая стоимость решения

    Однако во многих системах не все нагрузки задействованы одновременно, и некоторые из них работают всего несколько часов в день. В этом случае индивидуальная компенсация реактивной мощности становится более дорогой из-за необходимости установки большого количества конденсаторов. При этом основная масса конденсаторов не будет использоваться большую часть времени.

    рис.2

    Если в такой системе часть потребителей всегда работает, а часть стоит, периодически меняясь местами, но суммарная нагрузка получается примерно одинаковая по времени, то используют нерегулируемую групповую компенсацию реактивной мощности (см. рис. 2).

    Такая конфигурация имеет следующие преимущества:

    • Конденсаторная батарея может быть размещена в щите управления
    • Конденсаторы используются только во время работы нагрузки
    • Низкая стоимость установки
    • Реактивная мощность полностью исключена из распределительной сети

    Групповая компенсация имеет и недостаток:

    • Распределительная сеть до щита питания нагружена реактивной мощностью

    Если потребность в реактивной мощности сильно колеблется, целесообразно использовать батареи с автоматическим регулированием (см. рис. 3), а не конденсаторы, емкость которых постоянна. В этой системе конденсаторы устанавливаются рядом со щитом питания. Суммарная емкость батареи конденсаторов разделяется на ступени. Контроллер регистрирует текущий коэффициент мощности в сети и подключает или отключает необходимую реактивную мощность. При этом контроллер выбирает ту ступень, которая меньше всего проработала до этого момента.

    рис.3

    Преимущества централизованной компенсации реактивной мощности с автоматическим регулированием:


    • Компенсация четко соответствует изменяющейся во времени нагрузке
    • Конденсаторная батарея размещена рядом со щитом питания
    • Более эффективное использование конденсаторов: контроллер равномерно распределяет нагрузку на конденсаторы, что увеличивает срок службы конденсаторов
    • Лучшее регулирование напряжения в энергосистеме

    Важно обратить внимание, что распределительная сеть до щита питания нагружена реактивной мощностью. Необходим контроллер и аппарат управления ступенями, что усложняет решение, но при этом делает его более оптимальным по функционалу и стоимости.

    В ассортименте компании EKF представлены все элементы компенсации реактивной мощности:


    • Конденсаторы КПС-0,40-ХХ-3, рассчитанные на работу в трехфазных сетях переменного тока 400В с номинальными емкостями до 50 кВАр
    • Регуляторы на 3,5,7,14 подключаемых ступеней компенсации
               <li><span><a href="https://ekfgroup.com/produktsiya/kommutatsionnoe-oborudovanie-do-1000a/kontaktory-dlja-kondensatornyh-batarej-KRM/">Контакторы</a> для конденсаторов номиналами от 12,5 кВАр до 50 кВАр с катушками управления 230В и 400В</span><a href="https://ekfgroup.com/produktsiya/kommutatsionnoe-oborudovanie-do-1000a/kontaktory-dlja-kondensatornyh-batarej-KRM/"><img src="/uploads/articles/155098/kontakt.png" /></a></li>



               <li><span>Щиты ШМП и ВРУ с удобной внутренней конфигурацией, которые можно подобрать для любого варианта компенсации реактивной мощности. </span><img src="/uploads/articles/155098/shit.png" /> </li>               </ul>


           <p>Кроме того, в компании EKF проводится сертификация сборщиков данного оборудования. Подробнее о том, как осуществить квалифицированный подбор и сборку компенсаторных установок в вашем регионе, можно уточнить по электронной почте <a href="mailto:[email protected]"><b>[email protected]</b></a>.</p>
   </ul></div>

HydroMuseum – Реактивная мощность

Реактивная мощность

Компенсация реактивной мощности является немаловажным фактором, позволяющим снизить нагрузки на электросеть и решить вопрос энергосбережения.

В целом результаты проводимых анализов показывают необходимость компенсации реактивной мощности как у потребителя, так и в электрических сетях, поэтому в Приказе Минпромэнерго РФ № 49 от 22.02.07 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)» оговорены предельные значения коэффициента реактивной мощности.

Протекающий реактивный ток вызывает потери мощности и энергии в линиях и трансформаторах как энергосистемы, так и потребителя, увеличение cos φ с 0,6 до 0,9 приводит к уменьшению мощности подстанций на 14 % и уменьшению их числа на 26 %.

Реактивная мощность представляет собой произведение реактивной слагающей напряжения (проекции вектора напряжения на направление, перпендикулярное направлению вектора тока) на величину тока:

Q = U · sinφ · I,

где φ — угол, между напряжением и током;

Реактивная индуктивная мощность, имея среднее значение в течение периода, равное нулю, не является полезной, так как не производит механической работы и представляет собой дополнительную нагрузку для энергосистемы, что ведет к увеличению сечений линий электропередач и мощности самих генераторов.

Компенсация реактивной мощности в электросетях позволяет уменьшить значение полной мощности.

Параметром, определяющим поглощение реактивной индуктивной мощности, является коэффициент мощности. Коэффициент мощности определяется как соотношение между активной и полной мощностью: cos φ = P/S.

Cos φ уменьшается при увеличении поглощаемой реактивной мощности. Система с низким cos φ обладает следующими недостатками:

  • повышенные потери мощности в сетях электроснабжения;
  • повышенное падение напряжения в сети;
  • увеличенные размеры генераторов, электропроводов и трансформаторов.

Реактивная мощность является фактором, снижающим качество электроэнергии, приводящим к таким отрицательным явлениям, как дополнительные потери в проводниках, вследствие увеличения тока, завышение мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала.

Индуктивной реактивной нагрузке, создаваемой электрическими потребителями, можно противодействовать с помощью ёмкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, потребляемую от сети и называется корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности.

Из вышеизложенного мы понимаем всю важность исключения или хотя бы понижения эффектов, возникающих из-за низкого коэффициента мощности. Для достижения такого результата необходимы конденсаторы.

Активная и реактивная электроэнергия. Активная и реактивная мощность. За что платим и работа

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Среднее значение p(t) за период Т называется активной мощностью и полностью определяется первым слагаемым уравнения (5.1):

Активная мощность ха-рактеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии : механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т. п.

Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1.1) (пульсирует с двойной частотой) за время Т равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной ра-боты. Однако ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обратимый процесс обмена энергией. Это возможно, если имеются элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию — емкость и индуктивность . Эта составляющая характеризует реактивную мощность.

Полную мощность на зажимах приемника в комп-лексной форме можно представить следующим образом:

Единица измерения полной мощности S = UI — ВА.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения — ВАр.

Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как генерация, потребление, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощ-ность потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность ге-нерируется и имеет отрицательное значение.

Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60-65 % общего потреб-ления), трансформаторы (20-25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10 %).

Передача реактивной мощности загружает электрические сети и установленное в ней оборудование, уменьшая их пропускную способность. Реактивная мощность генерируется синхронными генераторами электростанций, синхронными компенса-торами, синхронными двигателями (регулирование током возбуждения), батареями конденсаторов (БК) и линиями электропередачи.

Реактивная мощность, вырабатываемая емкостью сетей, имеет следующий порядок величин: воздушная линия 20 кВ генерирует 1 кВАр на 1 км трехфазной линии; подземный кабель 20 кВ — 20 кВАр/км; воздушная линия 220 кВ — 150 кВАр/км; подземный кабель 220 кВ — 3 МВАр/км.

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.

Векторное представление величин, характеризующих состояние сети, приводит к представлению реактивной мощности Q вектором, перпендикулярным вектору активной мощности Р (рис. 5.2). Их векторная сумма дает полную мощность S .

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

Согласно рис. 5.1 и (5.2) следует, что S 2 = Р 2 + Q 2 ; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Основным нормативным показателем, характе-ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92-0,95. Однако выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P , которое называют коэффициентом реактивной мощности.

Предприятиям, у которых присоединенная мощность более 150 кВт (за исключением «бытовых» потребителей), определены предельные значения коэффициента реактивной мощности , потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети — с 7 до 23 часов (Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22.02.2007 г. № 49 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии »).

Предельные значения коэффициентов реактивной мощности (tgφ) нормируются в зависимости от положения точки (напряжения) присоединения потребителя к сети. Для напряжения сети 100 кВ tgφ = 0,5; для сетей 35, 20, 6 кВ — tgφ = 0,4 и для сети 0,4 кВ — tgφ = 0,35.

Введение новых директивных документов по компен-сации реактивной мощности было направлено на повышение эффективности работы всей системы электроснабжения от генераторов энергосистемы до приемников электроэнергии.

С введением коэффициента реактивной мощности стало возможным представлять потери активной мощности через активную или реактивную мощности: Р = (P 2 /U 2) R (l + tg 2 φ).

Угол между векторами мощностей Р и S соответствует углу φ между векторами активной составляющей тока I а и полного тока I , который, в свою очередь, представляет собой векторную сумму активного тока I а, находящегося в фазе с напряжением, и реактивного тока I р, находящегося под углом 90° к нему. Это расположение токов является расчетным приемом, связанным с разложением на активную и реактивную мощности, которое можно считать естественным.

Большинство потребителей нуждаются в реактивной мощности, поскольку они функционируют благодаря изменению магнитного поля . Для наиболее употребительных двигателей в нормальном режиме работы можно привести следующие примерные значения tgφ.

В момент пуска двигателей требуется значительное количество реактивной мощности, при этом tgφ = 4-5 (cosφ = 0,2-0,24).

Синхронные машины обладают способностью потреблять или выдавать реактивную мощность в зависимости от степени возбуждения.

В синхронных генераторах и двигателях размеры цепей возбуждения ограничивают возможность поставки реактивной мощности до максимальных значений tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) или до tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (табл. 5.1).

Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности (cosφ = 0,9) и при номинальной активной нагрузке P ном и напряжении U ном могут вырабатывать номинальную реактивную мощность Q ном ≈ 0,5P ном.

При недогрузке СД по активной мощности β = P/P ном Q /Q ном > 1.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ.

Дополнительные активные потери в обмотке СД, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cosφ от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной P ном, кВт:

Р ном = Q 2 ном R /U 2 ном,

где Q ном — номинальная реактивная мощность СД, кВ Ар; R — сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; U ном — номинальное напряжение сети, кВ.

В системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают пики нагрузок графика.

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателе й

Синхронные компенсаторы.

Разновидностью СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 кВ?Ар. Они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий. Для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной, ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т. п.) используются СК.

Статические тиристорные компенсирующие устройства.

В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6-10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ), которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на рис. 5.2. В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LR и нерегулируемые ёмкости С 1-С 3.

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS , управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ являются отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

За счет дополнительных потерь мощности в сети, вызванных потреблением реактивной мощности, увеличивается общее потребление электроэнергии. Поэтому снижение перетоков реактивной мощности является одной из основных задач эксплуатации электрических сетей.

Содержание:

В электротехнике среди множества определений довольно часто используются такие понятия, как активная, реактивная и полная мощность. Эти параметры напрямую связаны с током и напряжением , когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них также осуществляется с помощью формул, благодаря которым можно получить точные результаты.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой . Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле : P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т. д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле : Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S = .

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в , реактивная мощность измеряется в вар — вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Единственное с чем согласен с автором, так это то что так это что вокруг понятия «реактивная энергия» немало легенд… В отместку видимо автор выдвинул ещё и свою…Путано…противоречиво…изобилие всяких: «»энергия приходит, энергия уходит…» Итог вообще получился шокирующий, истина перевёрнута с ног на ноги: «Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы» Господин, дорогой! нагрев это уже работа!!! Мнение моё, тут людям с техническим образованием без векторной диаграммы синхронного генератора под нагрузкой не склеить описание процесса грамотно, а людям интересующимся могу предложить простой вариант, без затей.

Итак о реактивной энергии. 99% электричества напряжением 220 вольт и более вырабатывается синхронными генераторами. Электроприборами в быту и работе мы используем разные, большинство из них «греют воздух», выделяют теплоту в той или иной степени…Пощупайте телевизор, монитор компьютера, о кухонной электропечи я уже не говорю, везде чувствуется тепло. Это всё потребители активной мощности в электросети синхронного генератора. Активная мощность генератора это безвозвратные потери вырабатываемой энергии на тепло в проводах и приборах. Для синхронного генератора передача активной энергии сопровождается механическим сопротивлением на приводном валу. Если бы Вы, уважаемый читатель вращали генератор вручную, Вы бы сразу же почувствовали повышенное сопротивление Вашим усилиям и означало бы это одно, кто-то в вашу сеть включил дополнительное число нагревателей, т.е повысилась активная нагрузка. Если в качестве привода генератора у вас дизель, будьте уверены, расход топлива возрастает молниеносно, т. к именно активная нагрузка потребляет ваше топливо. С реактивной энергией иначе…Скажу я вам, невероятно, но некоторые потребители электроэнергии сами являются источниками электроэнергии, пусть на очень короткое мгновение, но являются. А если учесть что переменный ток промышленной частоты изменяет своё направление 50 раз в секунду, то такие (реактивные) потребители 50 раз в секунду передают свою энергию сети. Знаете как в жизни, если кто-то что-то добавляет к оригиналу своё без последствий это не остаётся. Так и здесь, при условии, что реактивных потребителей много, или они достаточно мощные, то синхронный генератор развозбуждается. Возвращаясь к нашей прежней аналогии где в качестве привода Вы использовали свою мышечную силу, можно будет заметить, что несмотря на то что Вы не изменили ни ритма вращая генератор, ни не почувствовали прилива сопротивления на валу, лампочки в вашей сети вдруг погасли. Парадокс, тратим топливо, вращаем генератор с номинальной частотой, а напряжения в сети нет. .. Уважаемый читатель, выключи в такой сети реактивные потребители и всё восстановится. Не вдаваясь в теорию развозбуждение происходит когда магнитные поля внутри генератора, поле системы возбуждения вращающейся вместе с валом и поле неподвижной обмотки соединённой с сетью поворачиваются встречно друг другу, тем самым ослабляю друг друга. Генерация электроэнергии при понижении магнитного поля внутри генератора уменьшается. Техника ушла далеко в перёд, и современные генераторы оснащены автоматическими регуляторами возбуждения, и когда реактивные потребители «провалят» напряжение в сети, регулятор сразу же повысит ток возбуждения генератора, магнитный поток восстановится до нормы и напряжение в сети восстановится Понятно, что ток возбуждения имеет и активную составляющую, так что извольте добавить и топливо в дизеле.. В любом случае, реактивная нагрузка негативно влияет на работу электросети, особенно в момент подключения реактивного потребителя к сети, например, асинхронного электродвигателя. ..При значительной мощности последнего всё может закончится плачевно, аварией. В заключение, могу добавить для пытливого и продвинутого оппонента, что, есть и реактивные потребители с полезными свойствами. Это всё те что обладают электроёмкостью…Включи такие устройства в сеть и уже электрокомпания должна вам)). В чистом виде это конденсаторы. Они тоже отдают электроэнергию 50 раз в секунду, но при этом магнитный поток генератора наоборот увеличивается, так что регулятор может даже понизить ток возбуждения, экономя затраты. Почему мы раньше об этом не оговорились…а зачем…Дорогой читатель обойди свой дом и поищи емкостной реактивный потребитель…не найдешь…Разве только раскурочишь телевизор или стиральную машину…но пользы от этого понятно не будет….

В настоящее время взаимоотношения энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии рассматриваются широким кругом лиц неэнергетического образования (коммерческие менеджеры, юристы и другие специалисты). Использование понятия реактивная мощность (реактивная энергия) в практике денежных расчетов между поставщиками и потребителями электроэнергии и наличие отдельных счетчиков активной и реактивной энергии вызывает у многих представление о поставке потребителям двух видов продукции. Это не так. По электрической сети не передаются электроны разного цвета — красные активной энергии и голубые реактивной. Так что же такое реактивная мощность и реактивная энергия?

Рассмотрим в самом простом виде свойства переменного тока. Переменный ток называют так не в том смысле, что его значение изменяется в процессе потребления энергии. Оно может оставаться и постоянным. Под переменным током в узком смысле понимают периодический ток, мгновенные значения которого в течение каждого небольшого периода (для переменного тока частоты 50 Гц это 1/50 доля секунды) проходят цикл изменения от минимального до максимального значения, и наоборот. Графически этот цикл отображается синусоидой. Переменным в этом смысле является и напряжение. В целом же для цепей, в которых и напряжение, и ток циклически изменяются, используется термин «цепи переменного тока».

В цепях переменного тока существует много элементов, которые разделены воздушными промежутками — обмотки высокого и низкого напряжения трансформаторов или статор и ротор вращающейся машины (двигателя и генератора) не имеют электрической связи между собой. Тем не менее электрическая энергия передается через это воздушное пространство, являющееся фактически непроводящим ток диэлектриком. Это происходит в связи с возникновением под действием переменного тока переменного магнитного поля в индуктивности, а под действием переменного напряжения — переменного электрического поля в емкости (в комбинации — электромагнитного поля). Полям, как известно, воздух не преграда. Переменное магнитное поле, образуемое одной из разделенных обмоток, постоянно пересекает своими магнитными линиями витки другой обмотки, наводя в ней электродвижущую силу. Ее величина такова, что вся мощность первичной обмотки переходит на вторичную обмотку. В конденсаторе те же самые функции осуществляет электрическое поле.

Магнитное и электрическое поля существуют вокруг любого проводника, который находится под напряжением и по которому идет ток. Теоретически можно передать мощность по воздуху с одной из параллельно проложенных линий на другую. Правда, чтобы передать существенную мощность, линии должны быть длиной в сотни тысяч километров. Для переброски через воздушные промежутки большой мощности в устройстве приемлемого размера нужно сильное магнитное поле, сконцентрированное в небольшом пространстве. Это достигается обматыванием вокруг металлического сердечника (ярма) многочисленных витков, расположенных близко друг к другу, и применением для изготовления сердечников специальной стали, обеспечивающей большую взаимоиндукцию.

Электромагнитная энергия непосредственно преобразуется в тепловую, механическую, химическую и другие виды полезной работы в элементах, обладающих активным сопротивлением, обозначаемым R. В элементах, представляющих собой индуктивность L и емкость С, электромагнитная энергия на половине периода запасается, а на второй половине периода возвращается в источник. При этом синусоида тока, создающего магнитное поле, всегда на четверть периода (90 эл. градусов) отстает от синусоиды напряжения, а синусоида тока, создающего электрическое поле, опережает.

Сопротивления таких элементов связаны с индуктивностью и емкостью и частотой f соотношениями: X L = 2πfL и X С = 1/2πfС. Из этих соотношений видно, что эти сопротивления существуют только в цепях переменного тока, а в цепях постоянного тока (f = 0) X L превращается в 0 (короткое замыкание), а X С — в бесконечность (разрыв цепи). В связи с возвратным характером их действия эти сопротивления называют реактивными, а ток, обусловленный обменной электромагнитной энергией, — реактивным током. Так как реактивный ток сдвинут относительно активного на 90°, то естественно, что полный ток определяется как корень квадратный из суммы квадратов активного и реактивного тока.

Прохождение через сеть «сдвинутого» тока можно сравнить с продвижением людей через проход, пропускная способность которого составляет, например, 10 человек одновременно. При этом в восьми рядах люди все время идут в одном направлении, а в двух рядах одни и те же люди то идут, то возвращаются. В результате число людей, перешедших на другую сторону, следует считать исходя из пропускной способности восемь человек, а проход все время загружен десятью рядами. Аналогична ситуация и с пропускной способностью электрической сети. Разница лишь в том, что активная и реактивная составляющие тока складываются не арифметически, а в квадрате, поэтому реактивная составляющая в меньшей степени занимает сечение. Для полноты сравнения можно считать, что два ряда людей ходят боком и потому занимают меньше места.

Полупериоды запасания и возврата электромагнитной энергии индуктивностью и емкостью сдвинуты на 180° (у первой ток сдвинут на -90°, а у второй на +90°), то есть они находятся в противофазе. Поэтому при наличии рядом сопротивлений X L = X С обменная часть электромагнитной энергии не возвращается в источник, а эти элементы постоянно обмениваются ею между собой. Уже должна возникнуть мысль, а не поставить ли у потребителя электроэнергии, в сетях которого полно индуктивностей, емкость? И пусть они обмениваются между собой этой частью электромагнитной энергии, разгрузив от нее сеть и предоставив ей возможность передавать только ту часть электромагнитной энергии, которая преобразуется в полезную работу? Эта операция и называется компенсацией реактивной мощности (КРМ).

Реактивная энергия не выполняет никакой работы в том смысле, что она не может, как активная энергия, превращаться в тепловую или механическую энергию. Так как в физике понятия энергии и работы тождественны, то, строго говоря, словосочетание «реактивная энергия» физически бессмысленно. Тем не менее, применение на практике этого условного понятия удобно. Раз уж возникает дополнительный ток, названный реактивным, то его произведение на напряжение вроде бы по-другому как мощностью не назовешь, а интегрирование мощности по времени формально называется энергией. Более того, сдвинув на 90° обмотку электрического счетчика, можно заставить его считать произведение на напряжение только тока, сдвинутого на 90°, — появляется наглядное подтверждение существования реактивной энергии (счетчик ведь показывает!).

Реактивный ток не только отнимает у активного тока часть пропускной способности сети, но и на его прохождение по проводам затрачивается определенная часть активной энергии , так как потери мощности ΔР = 3I²R, где I — полный ток. Счетчик активной энергии (по большому счету только ее и можно назвать энергией, поэтому он называется просто счетчик электроэнергии) покажет одно и то же значение и при наличии, и при отсутствии реактивной составляющей тока. Поэтому только по его показаниям нельзя правильно оценить режимы линий передачи электроэнергии (в приведенном выше примере счетчик будет показывать движение восьми рядов, полностью игнорируя два двигающихся туда и обратно). Для оценки же режима сети необходимо знать обе составляющие. Активная и реактивная составляющие полного тока по-разному влияют на напряжение в точках потребления энергии. Потери напряжения от передачи активной составляющей тока в подавляющей степени определяются сопротивлением R, а реактивной — сопротивлением X L . В элементах линий электропередачи обычно X L >> R, поэтому прохождение по сети реактивного тока приводит к гораздо большему снижению напряжения, чем активного тока той же величины.

Итак, в сети переменного тока нет ничего, кроме циклически изменяющихся мгновенных значений тока и напряжения, циклы которых сдвинуты относительно друг друга на некоторую часть периода. При графическом изображении их в виде векторов говорят, что они сдвинуты на некоторый угол φ. Поэтому анекдотический ответ студента на экзамене, что три провода нужны потому, что по первому передается напряжение, по второму ток, а по третьему cos φ, можно считать более близким к истине, чем представление о поставке потребителям двух видов продукции.

При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей. О том, что такое активная и реактивная электроэнергия и как проверить сумму начисленных оплат, попытаемся рассказать в этой статье.

Полная мощность

По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения — полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная — в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

Активная электроэнергия

Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств — электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и и прочее.

Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Понятие реактивной электроэнергии

Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу.

В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ».

При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной — ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации.

Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

Расчет реактивной электроэнергии

Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент.

Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7.

Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом. Баланс активной и реактивной мощности в цепи может быть наглядно представлен в виде этого забавного рисунка:

Значение коэффициента при учете потерь

Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии — а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов

Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется — в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются.

Учет реактивной электроэнергии для предприятий

Другое дело — предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты.
Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

Коэффициент реактивной энергии

Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

Реактивная энергия в многоквартирных домах

Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

Частные случаи учета реактивной мощности

Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию.

В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Понимание сущности активной и реактивной энергии дает возможность грамотно рассчитать экономический эффект от установки различных компенсационных устройств, снижающих потери от реактивной нагрузки. Согласно статистике, такие устройства позволяют поднимать значение cos φ от 0.6 до 0.97. Тем самым автоматические компенсаторные устройства помогают сэкономить до трети предоставляемой потребителю электроэнергии. Значительное уменьшение тепловых потерь увеличивает срок эксплуатации приборов и механизмов на производственных участках и снижает себестоимость готовой продукции.

Вестник Иркутского государственного технического университета

2018 / Том 22, №7 (138) 2018 [ Энергетика ]

ЦЕЛЬ. В данной работе представлен анализ нормативно-правового обеспечения проблемы компенсации реактивной мощности и экономического стимулирования коррекции коэффициента реактивной мощности в России, а также анализ исследований в области управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения. МЕТОДЫ. Проведена аналитическая экспертиза способов компенсации реактивной мощности. Процедура получения оценки проблемы автоматизации управления потоками реактивной мощности основана на мнении экспертов с целью последующего принятия решения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Обоснована необходимость автоматизации управления потоками реактивной мощности с использованием управляющих свойств автоматизированной системы контроля и учета электрической энергии. ВЫВОДЫ. Повышение качества управления режимом реактивной мощности требует перехода к активно-адаптивным системам управления. Высокоадаптивным решением с необходимыми эксплуатационными характеристиками и высокой экономической эффективностью является применение средств СТАТКОМ для управления компенсацией реактивной мощности на стороне 10 кВ в совокупности с управлением РПН трансформаторов в центре питания, что позволит автоматизировать управление потоками реактивной мощности в системах электроснабжения предприятия.

Ключевые слова:

компенсация реактивной мощности, оптимизация, активно-адаптивные элементы, SMART GRID, система электроснабжения, трансформатор, компенсирующее устройство, СТАТКОМ, энергосистема, уровень напряжения, коэффициент мощности

Авторы:

  • Петухов Роман Алексеевич
  • Сизганова Евгения Юрьевна
  • Сизганов Никита Вячеславович
  • Филатов Алексей Николаевич

Библиографический список:

  1. Кудрин Б.И. История компенсации реактивной мощности: комментарий главного редактора // Электрика. 2001. № 6. С. 26–29.
  2. Железко Ю.С. Новые нормативные документы, определяющие взаимоотношения сетевых организаций и покупателей электроэнергии в части условий потребления реактивной мощности // Электрические станции. 2008. № 5. С. 27–31.
  3. Экономические стимулы коррекции коэффициента мощности в России [Электронный ресурс] // Elec.ru. Электротехнический интернет-портал. URL: https://www.elec.ru/articles/ekonomicheskie-stimuly-korrekcii-koefficienta-mosh/ (25. 04.2018).
  4. Арион В.Д., Каратун В.С., Пасинковский П.А. Компенсация реактивной мощности в условиях неопределенности исходной информации // Электричество. 1991. № 2. С. 6–11.
  5. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 136 с.
  6. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1981. 200 с.
  7. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электрической энергии: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009. 456 с.
  8. Колибаба В.И., Жабин К.В. Особенности формирования и развития рынка реактивной мощности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки. 2017. Т. 10, № 4. С. 114–125. DOI: 10.18721/JE.10411.
  9. Игуменщев В.А., Саламатов И.А., Коваленко Ю.П. Метод оптимального управления реактивной мощностью в системах электроснабжения // Электричество. 1987. № 1. С. 16–21.
  10. Карпов Ф.Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях. М.: Энергия, 1975. 184 с.
  11. Ковалёв И.Н. Выбор компенсирующих устройств при проектировании электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1990. 200 с.
  12. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. 128 с.
  13. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М., Федин В.Т. Компенсирующие и регулирующие устройства в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1983. 112 с.
  14. Ellithy K., Al-Hinai A., Moosa A. Optimal shunt capacitors allocation in distribution networks using genetic algorithm – practical case study // InIternational Journal of Innovations in Energy Systems and Power. 2008. Vol. 3. No. 1.
  15. Гамм А.3., Голуб И.И. Адресность передачи активных и реактивных мощностей в электроэнергетической системе // Электричество. 2003. № 3. С. 9–16.
  16. Колесников С.А. Алгоритм расчета оптимального размещения компенсирующих устройств в сложных энергосистемах // Электрические сети и системы. 1967. Вып. 3.
  17. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2004. 280 с.
  18. Борисов Р.И., Песиголовец Л.Ф. Размещение источников реактивной мощности на основе многоцелевой оптимизации // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1986. № 4. С. 155–159.
  19. Арзамасцев Д.А., Скляров Ю.С. Выбор мощности и размещения компенсирующих устройств в электрической сети. Материалы II Республиканской научно-технической конференции по применению вычислительной техники. Минск: Изд-во БПИ. 1968. С. 20–24.
  20. Тарабин И.В., Скоков Р.Б., Терехин И.А., Горбачев С.А. Компенсация реактивной мощности как метод повышения качества электрической энергии и сокращения потерь на примере данных «МРСК СИБИРИ» // Фундаментальные исследования. 2015. № 2 (ч. 22). С. 4876–4879.
  21. Araujo W.J, Ekel P.Ya., Filho R.P.F., Kokshenev I.V., Schuffner H.S. Multicriteria decision making for reactive power compensation in distribution systems [Электронный ресурс] // Proceedings of the European Computing Conference (ECC ’11). Paris, France, April 28–30, 2011. P. 56–62. URL: http://www.wseas.us/e-library/conferences/201 l/Paris/ECC/ECC-07.pdf (25.04.2018).
  22. Liu Yutian, Shi Jiachuan, Qian Xia. Reactive power compensation and voltage control in jinan power distribution system [Электронный ресурс] // 18th International Conference on Electricity Distribution. Turin, 6–9 June 2005. URL: http://www.cired.be/CIRED05/papers/cired2005_0057.pdf (25.04.2018).
  23. Araujo W.J., Ekel P.Ya., Filho R.P.F., Kokshenev I.V., Schuffner H.S. Monocriteria and multicriteria based placement of reactive power sources in distribution systems // International journal of applied mathematics and informatics. 2011. Vol. 5. No. 3. P. 240–248.
  24. Jerome J. Efficient reactive power compensation algorithm for distribution network // ATSTD. 2003. Vol. 20. P. 373–383.
  25. Pourshafie A., Mortazavi S.S., Saniei M., Saidian A. Optimal compensation of reactive power in the restructured distribution network // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2009. No. 54. P. 119–122.
  26. Raap M., Raesaar P., Tiigimägi E. Reactive power pricing in distribution networks // Oil Shale. 2011. Vol. 28. P. 223–239.
  27. Tenti P., Mattavelli P., Tedeschi E. Compensation techniques based on reactive power conservation // Electrical power quality and utilization. 2007. Vol. 8. No. 1. P. 17–24.
  28. Брянцев М.А., Базылев Б.И., Дягилева С.В., Карымов Р.Р., Негрышев А.А. Автоматические системы компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения электрической сети на базе УШР и БСК // Электроэнергетика: сегодня и завтра. 2010. № 3. С. 47–50.
  29. Manusov V.Z., Bumtsend U., Tretyakova E.S. Optimization Compensating Devices in the Power supply Systems Using Population Algorithms // 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST-2016) (Novosibirsk, 01–03 июня 2016 г.). Novosibirsk, 2016. Р. 276–280.
  30. Веников В.А., Жуков Л.А., Карташев И.И., Рыжов Ю.П. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. 136 с.
  31. Тухватуллин М.М., Ивекеев В.С., Ложкин И.А., Урманова Ф.Ф. Анализ современных устройств FACTS, используемых для повышения эффективности функционирования электроэнергетических систем России // Электротехнические системы и компоненты. 2015. № 3 (28). C. 41–46.
  32. Готман В.И., Маркман Г.З., Маркман П.Г. Задачи обследования системы компенсации реактивной мощности // Промышленная энергетика. 2006. № 8. С. 50–55.
  33. Дьяков А.Ф., Никонец Л.А. Статические компенсаторы реактивной мощности прямого регулирования и их режимы М.: Изд-во МЭИ, 1991. 172 с.
  34. Ли В.Н., Шурова Н.К. Особенности выбора компенсирующих устройств в тяговой сети по критериям оптимальности // Известия Транссиба. 2016. № 3 (27). С. 38–44.
  35. Ильяшов В.П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. 2-е изд., перабот. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 152 с.
  36. Каневский Я.М. Компенсация реактивной мощности на подстанциях насосных тепловых сетей // Промышленная энергетика. 1991. № 7. С. 39.
  37. Корнилов Г.П., Николаев А.А., Пястолова Д.Ю. Технико-экономическое сравнение компенсирующих устройств для дуговых сталеплавильных печей широкого класса мощности // Электротехнические системы и компоненты. 2016. № 1 (30). C. 34–38.
  38. Кондратенко Д.В., Шиваева Т.А., Виштибеев А.В. Статический компенсатор реактивной мощности на базе УШР как необходимое средство повышения энергоэффективности в электроэнергетике // Электро. 2010. № 2. С. 43–48.
  39. Корнилов Г.П., Шеметов А.Н., Храмшин Т.Р., Журавлёв Ю.П., Семёнов Е.А. Управление реактивной мощностью в системах электроснабжения с мощными тиристорными преобразователями прокатных станов // Промышленная энергетика. 2008. № 1. С. 39–44.
  40. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: ЭНАС, 2002. 248 с.
  41. Кочкин В.И. Новые технологии повышения пропускной способности ЛЭП. Управляемая передача мощности // Новости электротехники. 2007. № 4 (46). С. 2–5.
  42. Шаров Ю.В., Пелымский В.Л., Гаджиев М.Г. Снижение потерь электроэнергии при внедрении Smart Grid // Электроэнергия: передача и распределение. 2011. № 6 (9). С. 60–64.
  43. Бурман А.П., Розанов Ю.К., Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. 336 с.
  44. Вариводов В.Н., Мордкович А.Ш., Остапенко Е.И., Панибратец А.Н., Цфасман Г.М., Чемерис В.С., Шульга Р.Н. Основные направления создания комплекса оборудования для интеллектуальных электрических сетей [Электронный ресурс] // Электротехнический рынок (рекламно-информационный журнал). 2011. № 4 (40). URL: https://market.elec.ru/nomer/37/osnovnye-napravleniya-sozdaniya-kompleksa-oborudov/ (25.04.2018).
  45. Черепанов В.В., Басманов В.Г. О необходимости создания регуляторов реактивной мощности с использованием прогнозирования // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2006. № 11-12. С. 38–40.
  46. Чистяков Г.Н. , Беляев Р.Ю. Применение методов нечеткой логики при оптимизации реактивных нагрузок систем электроснабжения // Электрика. 2006. № 12. С. 20–24.
  47. Большаков О.В., Воронин В.В., Пелымский В.В., Шамонов Р.Г., Тульский В.Н., Толстов М.М. Управление качеством электроэнергии в ЕНЭС // Электроэнергия. Передача и распределение. 2012. № 1 (10). С. 96–101.
  48. Кронгауз Д.Э. Повышение качества электроэнергии в городских распределительных сетях посредством управления режимами реактивной мощности // Промышленная энергетика. 2010. № 10. С. 39–43.
  49. Маслов А.А., Нечаев О.П., Польский М.О., Федотов А.И. Статические компенсирующие устройства для промышленных предприятий // Электрические станции. 2000. № 3.С. 47–52.
  50. Попов Ю.П., Дмитриев Ю.А., Кирилина О.И. Управление компенсацией реактивной мощности в узлах промышленной нагрузки // Электрика. 2006. № 12. С. 15–20.
  51. Siemens AG. FACTS – Flexible AC Transmission Systems. URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-transmission/facts/ (25. 04.2018).
  52. V.R. Pandi, A. Al-Hinai, A. Feliachi Adaptive coordinated feeder flow control in distribution system with the support of distributed energy resources IJEPES, (2017), 10.1016/j.ijepes.2016.09.004
  53. Qianggang Wang, Jianquan Liao, Yu Su, Chao Lei, Tao Wang, Niancheng Zhou. An optimal reactive power control method for distribution network with soft normally-open points and controlled air-conditioning loads // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. December 2018. Vol. 103. P. 421-430.
  54. Soni J., Sen B., Kanakesh V.K., Panda S.K. Performance analysis and evaluation of reactive power compensating electric spring with linear loads(Article) // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. October 2018. Vol. 101. P. 116–126.
  55. Тарасов В.Б. От искусственного интеллекта к искусственной жизни: новые направления в науках об искусственном // Новости искусственного интеллекта. 1995. № 4. С. 93–117.
  56. Сапронов А.А. К вопросу о создании эффективного механизма контроля и учета энергопотребления в сетях 0,4 кВ // Промышленная энергетика. 2004. № 1. С. 22–28.
  57. Пантелеев В.И., Туликов А.Н. Основы нечеткого управления режимами систем электроснабжения предприятий с помощью АСКУЭ // XII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 27–31 марта 2006 г.). В 2 т. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2006. Т. 2. С. 180–182.
  58. Абакумов Ю.М., Мартынов А.А., Саламатов О.В., Орехов П.Ф., Бородин В.А., Коновалов Н.А., Матигоров В.А. Опыт проектирования и внедрения АСКУЭ промышленного предприятия на базе КТС «Энергия» // Промышленная энергетика. 2002. № 6. С. 28–33.
  59. Алексейчик В.В., Болгов В.Т. Проблемы учета, контроля и управления энергопотреблением на промышленном предприятии и пути их решения // Промышленная энергетика. 2002. № 3. С. 6–14.
  60. Ваджилов Ф.Р., Шмыров В.А., Яковлев А.А., Надеина М.С. Автоматизированная система контроля, учета и управления электропотреблением на базе КТС «Энергия» в АО «Архангельский морской торговый порт» // Промышленная энергетика. 2003. № 1. С. 6–11.

Файлы:

Что такое активная и реактивная электроэнергия на счетчике

С одной стороны, работу тока можно легко посчитать, зная силу тока, напряжение и сопротивление нагрузки. До боли знакомые формулы из курса школьной физики выглядят так.

Рис. 1. Формулы

 

И здесь нет ни слова про реактивную составляющую.

С другой стороны, ряд физических процессов на самом деле накладывают свои особенности на эти расчёты. Речь идёт о реактивной энергии. Проблемы с пониманием реактивных процессов приходят вместе со счетами за электроэнергию в крупных предприятиях, ведь в бытовых сетях мы платим только за активную энергию (размеры потребления реактивной энергии настолько малы, что ими просто пренебрегают).

 

Определения

Чтобы понять суть физических процессов начнём с определений.

Активная электроэнергия – это полностью преобразуемая энергия, поступающая в цепь от источника питания. Преобразование может происходить в тепло или в другой вид энергии, но суть остаётся одна – принятая энергия не возвращается обратно в источник.

Пример работы активной энергии: ток, проходя через элемент сопротивления, часть энергии преобразует в нагрев. Эта совершённая работа тока и является активной.

Реактивная электроэнергия – это энергия, возвращаемая обратно источнику тока. То есть ранее полученный и учтённый счётчиком ток, не совершив работы, возвращается. Помимо прочего ток совершает скачок (на короткое время нагрузка сильно возрастает).

Тут без примеров сложно понять процесс.

Самый наглядный – работа конденсатора. Сам по себе конденсатор не преобразует электроэнергию в полезную работу, он её накапливает и отдаёт. Конечно, если часть энергии всё-таки уходит на нагрев элемента, то её можно считать активной. Реактивная же выглядит так:

1.При питании ёмкости переменным напряжением, вместе с увеличением U растёт и заряд конденсатора.

2.В момент начала падения напряжения (второй четвертьпериод на синусоиде) напряжение на конденсаторе оказывается выше, чем у источника. И поэтому конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию обратно в цепь питания (ток течёт в обратном направлении).

3.В следующих двух четвертьпериодах ситуация полностью повторяется, то только напряжение меняется на противоположное.

Ввиду того, что сам конденсатор работы не совершает, принимаемое напряжение достигает своего максимального амплитудного значения (то есть в √2=1,414 раза больше действующего 220В, или 220·1,414=311В).

При работе с индуктивными элементами (катушки, трансформаторы, электродвигатели и т.п.) ситуация аналогична. График показателей можно увидеть на изображении ниже.

Рис. 2. Графики показателей

 

Ввиду того, что современные бытовые приборы состоят из множества разных элементов с «реактивным» эффектом питания и без него, то реактивный ток, протекая в обратном направлении, совершает вполне реальную работу по нагреву активных элементов. Таким образом, реактивная мощность цепи – по сути выражается в побочных потерях и скачках напряжения.

Очень сложно отделить один показатель мощности от другого при расчётах. А система качественного и эффективного учёта стоит дорого, что, собственно, и привело к отказу от измерения объёма потребления реактивных токов в быту.

В крупных коммерческих объектах наоборот, объем потребления реактивной энергии намного больше (из-за обилия силовой техники, снабжаемой мощными электродвигателями, трансформаторами и другими элементами, порождающими реактивный ток), поэтому для них вводится раздельный учёт.

 

Как считается активная и реактивная электроэнергия

Большинство производителей счётчиков электроэнергии для предприятий реализуют простой алгоритм.

Q=(S— P2)1/2

Здесь из полной мощности S отнимается активная мощность P (в облегчённом для понимания виде).

Таким образом, производителю не обязательно организовывать полностью раздельный учёт.

 

Что такое cosϕ (косинус фи)

Ввиду того, что большой объем фактически паразитных реактивных токов нагружает сети поставщика электроэнергии, последние стимулируют потребителей снижать реактивную мощность.

Для числового выражения соотношения активной и реактивной мощностей применяется специальный коэффициент – косинус фи.

Вычисляется он по формуле.

cosϕ = Pакт/Pполн

Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

Чем ближе показатель к единице, тем меньше паразитной нагрузки на сеть.

Такой же коэффициент указывается на шильдиках электроинструмента, оснащённого двигателями. В этом случае cosϕ используется для оценки пиковой потребляемой мощности. Например, номинальная мощность прибора составляет 600 Вт, а cosϕ = 0,7 (средний показатель для подавляющего большинства электроинструмента), тогда пиковая мощность, необходимая для старта электродвигателя будет считаться как Pномин / cosϕ, = 600 Вт / 0,7 = 857 ВА (реактивная мощность выражается в вольт-амперах).

 

Применение компенсаторов реактивной мощности

Чтобы стимулировать потребителей эксплуатировать электросеть без реактивной нагрузки, поставщики электроэнергии вводят дополнительный оплачиваемый тариф на реактивную мощность, но оплату взимают только если среднемесячное потребление превысит определённый коэффициент, например, при соотношении полной и активной мощностей составит свыше 0,9, счёт на оплату реактивной мощности не выставляется.

Для того, чтобы снизить расходы, предприятия ставят специальное оборудование – компенсаторы. Они могут быть двух видов (в соответствии с принципом работы):

  • Ёмкостные;
  • Индуктивные.

Автор: RadioRadar

мощность, электрическая: Реактивная мощность | Infoplease

Реактивная мощность — это концепция, используемая инженерами для описания потери мощности в системе, возникающей в результате создания электрических и магнитных полей. Хотя реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, не рассеивают мощность, они падают напряжение и потребляют ток, что создает впечатление, что они действительно это делают. Эта мнимая мощность или фантомная мощность называется реактивной мощностью . Он измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивными (ВАР).Фактическое количество используемой или рассеиваемой мощности называется истинной мощностью, и измеряется в ваттах. Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется полной мощностью , и является произведением напряжения и тока в цепи. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Говорят, что устройства, которые накапливают энергию за счет магнитного поля, создаваемого протеканием тока, поглощают реактивную мощность; те, которые накапливают энергию за счет электрических полей, как говорят, генерируют реактивную мощность.Реактивная мощность имеет большое значение, поскольку ее необходимо обеспечивать и поддерживать для обеспечения непрерывного стабильного напряжения в передающих сетях. Таким образом, реактивная мощность производится для обслуживания системы, а не для конечного потребления. Потери мощности, возникающие при передаче тепла и электромагнитных излучений, включаются в общую потребность в реактивной мощности, как и потребности энергоемких устройств, таких как электродвигатели, электромагнитные генераторы и генераторы переменного тока. Эта энергия подается для многих целей конденсаторами, конденсаторами и аналогичными устройствами, которые могут реагировать на изменения тока, высвобождая энергию для нормализации потока.Если элементы энергосистемы не могут получить необходимую им реактивную мощность от близлежащих источников, они потянут ее через линии электропередачи и дестабилизируют сеть. Таким образом, плохое управление реактивной мощностью может вызвать серьезные отключения электроэнергии.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи Энциклопедии по: Электротехника

Источники реактивной мощности в электрических сетях.Реактивная мощность в электрической сети

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность, потребляемая электрическими приемниками, преобразуется в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность. Она характеризует электрическую энергию, преобразованную в энергию электрического и магнитного полей. В электрической сети и ее приемниках происходит процесс обмена энергией между электрическим и магнитным полями.Устройства, которые целенаправленно задействованы в этом процессе, называются источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электростанций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивная мощность которых регулируется по определенному закону управления с помощью специальных средств.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторов, линий электропередач, трансформаторов, электроприемников и т. Д.) Определяется его суммарной мощностью. Полная мощность S с синусоидальным напряжением и током, связанными с активным R и реактивным Q Квадратичная зависимость мощности S 2 = R 2 + Q 2 Где полная мощность S = Ui активный R = Ui cosj и реактивное Q = Ui sinj где U и I — действующие значения синусоидального напряжения и тока; j — угол между векторами напряжения и тока.

В конденсаторах, кабелях и других типах электрооборудования, которое характеризуется емкостью X C реактивной мощностью Q = U 2/ X C определяется приложенным напряжением U создается электрических полей .

В индуктивных элементах системы, например в реакторах, трансформаторах, электродвигателях, создается магнитных полей . В этом случае реактивная мощность Q = I 2 X L определяется током I и индуктивным сопротивлением элемента X L .

Емкостной ток в идеальном конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90 э. град. Тогда мощность этого конденсатора Q C = Ui sin (–j) = — Ui имеет отрицательный знак. В этом случае говорят, что конденсатор генерирует реактивную мощность.

Индуктивный ток в идеальном реакторе отстает от приложенного к нему напряжения на 90 эл. град. Мощность реактора Q L = Ui sinj имеет положительный знак.В этом случае говорят, что реактор потребляет реактивную мощность.

Очевидно, что в терминах «генерации» и «потребления» реактивной мощности заложена определенная условность, но при этом подчеркивается, что взаимодействие емкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект QS = QL — QC. Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым уменьшая падение напряжения в сети, потери электроэнергии.Приведенные выше значения S, P, Q используются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих значений приняты не зависящими от времени, что позволяет существенно упростить расчеты. Фактически по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = Im sin (wt — j). Под действием этого тока напряжение на элементах схемы устанавливается равным ua = Um cosj sin (wt — j) — активная составляющая и up = Um sinj sin (wt — j ± p / 2) — реактивная составляющая.Здесь Um и Im — амплитуды синусоидального напряжения и тока. При этом мощность, потребляемая электрической цепью активных элементов, определяется как функция времени выражением pa = iuа = UI cosj, а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, –qp = iup = ± UI sinj sin2 (wt — j). Графики, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующую мощность показаны на рис. 8.1. Амплитуды активной и реактивной мощности, изменяющиеся по синусоидальному закону с удвоенной частотой (2w), равны соответственно P = UI cosj и Q = UI sinj, i.е. это значения мощности, используемые при расчетах режимов и выборе оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и ​​«генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности в каждый момент времени имеют противоположный знак, в котором, как отмечалось выше, проявляется их взаимно компенсирующий эффект.

Литература:

1. Электрические системы. Электрические сети / Веников В.А., Глазунов А.А., Жуков Л.А. и др .; Эд.Строев

В.А. — 2-е изд., Перераб. и добавить. М .: Высшая школа, 1998.

.

2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематический сб. рабочий

группа ЦИ-38 СИГРЭ / Под ред. Карташева И.И. М .: Энергоатомиздат, 1990.

.

3. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях / Веников В.А., Жуков Л.А., Карташев

И.И., Рыжов Ю.П. М .: Энергия, 1975.

.

Источниками реактивной мощности могут быть не только генераторы, но и другие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно от потребителей электроэнергии.

К таким устройствам относятся синхронные компенсаторы — вращающиеся машины с одноополюсным ротором, на котором расположена обмотка возбуждения. Режим синхронного компенсатора аналогичен режиму синхронного двигателя, который работает в режиме холостого хода.

Рисунок 5.12

На рисунке 5.12 показаны эквивалентная схема и векторная диаграмма синхронного компенсатора, на основании которой определяется ток синхронного компенсатора.

следовательно, мощность на его выводах

S с.к = Q с.к = √3U с.к I с.к = (5.1)

Выражение (5.1) показывает, что величина и знак мощности синхронного компенсатора зависят от соотношения между ЭДС. компенсатор и напряжение в точке включения его в сеть. Электродвижущая сила определяется величиной тока возбуждения, и увеличение тока ЭДС соответствует увеличению тока возбуждения.

В качестве тока возбуждения можно взять значение, при котором E q = U sk.В этом случае мощность синхронного компенсатора Q с.к = 0. При некотором увеличении тока компенсатор будет вырабатывать определенную реактивную мощность Q с.к> 0. Такой режим синхронного компенсатора называется самовозбуждением. -режим возбуждения. За счет уменьшения тока возбуждения можно получить режим недовозбуждения , в котором E q

Номинальная мощность синхронного компенсатора указана для режима перевозбуждения, при котором компенсатор подает в сеть реактивную мощность.В режиме недовозбуждения компенсатор потребляет реактивную мощность от сети. Его максимальная мощность определяется

Q s.k (ndv) = — (5.2)

Реактивное сопротивление компенсаторов в относительных единицах X d = 1,7-2,0%, поэтому с учетом номинальной мощности и номинального напряжения компенсатора получаем

Q s.k (ndv) ≈

Синхронный компенсатор, работающий в режиме перевозбуждения, способен увеличивать реактивную мощность, подаваемую в сеть, при понижении сетевого напряжения.Выражение (5.1) показывает, что это увеличение будет большим в том случае, когда при уменьшении напряжения U c одновременно увеличивается ЭДС. E q. Этот эффект возникает при автоматическом регулировании тока возбуждения компенсатора. Эта особенность синхронных компенсаторов, иногда называемых положительным регулирующим эффектом , позволяет при их применении значительно улучшить характеристики электрической сети и системы в целом.

На рисунке 5.13 показана схема конца сети.На шинах потребителя установлена ​​батарея статических конденсаторов с реактивным сопротивлением X c, мощность которой определена

Векторная диаграмма этой схемы (рисунок 8.3) показывает, что под действием батареи конденсаторов реактивная мощность в линии при постоянной мощности нагрузки снижается.

Рисунок 5.13 Рисунок 5.14

Батарея конденсаторов, в отличие от синхронного компенсатора, может вырабатывать только реактивную мощность. Еще одна отличительная особенность конденсаторной батареи — резкая зависимость выходной реактивной мощности от напряжения в точке включения батареи.Формула (5.3) показывает, что уменьшение этого напряжения приводит к уменьшению Q k. Следовательно, в отличие от синхронного компенсатора, конденсаторная батарея имеет отрицательный регулирующий эффект. Измените степень снижения заряда батареи резким снижением напряжения или даже добейтесь некоторого положительного регулирующего эффекта за счет уменьшения сопротивления X k. Этого можно добиться включением дополнительных конденсаторов. Резкое изменение мощности батареи также может быть достигнуто с помощью так называемого повышения заряда батареи, реализуемого посредством переключения, что приводит к увеличению напряжения на отдельных конденсаторах.Например, переключившись на треугольную трехфазную батарею статических конденсаторов (см. Рисунок 8.4), подключенную по схеме, можно в разы увеличить напряжение на каждой фазе батареи.

Страница 52 из 130

8. ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
8.1. Реактивная мощность в электрической сети

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электрическими приемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие формы энергии.Реактивная мощность характеризует электричество, преобразованное в энергию электрического и магнитного полей. В электрической сети и ее потребителях происходит обмен энергией между электрическим и магнитным полями. Устройства, которые целенаправленно задействованы в этом процессе, называются источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электростанций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивная мощность которых регулируется по определенному закону управления с помощью специальных средств.

Мощность электрооборудования электроэнергетической системы (генераторов, линий электропередач, трансформаторов, электроприемников и т. Д.) Определяется его суммарной мощностью. Полная мощность S с синусоидальной формой напряжения и тока связана с активным P и реактивным Q с мощностями квадратичной зависимости S 2 = P 2 + Q 2. При этом полная мощность S = UI, active P = UI cosj и реактивный Q = UI sinj, где U и I — действующие значения синусоидального напряжения и тока; j — угол между векторами напряжения и тока.

В конденсаторах, кабелях и других типах электрооборудования, которое характеризуется емкостью X C, реактивной мощностью Q = U 2 / X C, определяемой приложенным напряжением U, создаются электрические поля.

В индуктивных элементах системы, например в реакторах, трансформаторах, электродвигателях, создаются магнитные поля. В этом случае реактивная мощность Q = I 2 X L определяется током I и индуктивным сопротивлением элемента X L.

Емкостной ток в идеальном конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90 э.град. Тогда мощность этого конденсатора Q C = UI sin (–j) = –UI отрицательна. В этом случае говорят, что конденсатор генерирует реактивную мощность.

Индуктивный ток в идеальном реакторе отстает от приложенного к нему напряжения на 90 эл. град. Мощность реактора Q L = UI sinj имеет положительный знак. В этом случае говорят, что реактор потребляет реактивную мощность.

Очевидно, что в терминах «генерации» и «потребления» реактивной мощности заложена определенная условность, но тем самым подчеркивается, что взаимодействие емкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект Q S = Q L — Q C.Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым уменьшая падение напряжения в сети, потери электроэнергии.

Приведенные выше значения S, P, Q используются при расчетах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих значений приняты не зависящими от времени, что позволяет существенно упростить расчеты.

Фактически по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = I m sin (wt — j).Под действием этого тока напряжение на элементах схемы устанавливается равным ua = Um cosj sin (wt — j) — активная составляющая и up = Um sinj sin (wt — j ± p / 2) — реактивная составляющая. Здесь U m и I m — амплитуды синусоидальных напряжений и токов. Мощность, потребляемая активными элементами электрической цепи, определяется как функция времени выражением pa = iu a = UI cosj, а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, равна –qp = iu p = ± UI sinj sin2 (вес — j).Линейные диаграммы, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующую мощность показаны на рис. 8.1.

Амплитуды активной и реактивной мощности, изменяющиеся по синусоидальному закону с удвоенной частотой (2w), равны соответственно P = UI cosj и Q = UI sinj, т.е. это значения мощности, используемые в расчетах режимы и выбор оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и ​​«генерируемой» в емкостных элементах реактивной мощности имеют противоположный знак в каждый момент времени, в котором, как отмечалось выше, проявляется их взаимный компенсирующий эффект. .

Динамическая компенсация активной и реактивной мощности в распределительных сетях с батареями: подход к экономическому диспетчеризации на сутки вперед

Интеграция аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) в распределительные сети переменного тока дала ряд преимуществ, таких как улучшение профиля напряжения, компенсация мощности колебания, вызванные высокой изменчивостью первичных ресурсов возобновляемой генерации, минимизацией потерь энергии и снижением стоимости энергии [1], [2], [3]. Следовательно, BESS оказывает значительное влияние на работу и производительность распределительных сетей переменного тока.При неправильном управлении сети могут привести к высоким затратам и помешать их использованию наилучшим образом [2]. По этой причине экономическая диспетчеризация BESS — важная тема для изучения.

Кроме того, интеграция возобновляемых источников генерации, таких как ветровая и солнечная энергия, добавляет технических и эксплуатационных проблем, поскольку их необходимо надлежащим образом интегрировать в сеть переменного тока [4]. Если интеграция несовершенная, эти источники вызовут проблемы в системах распределения электроэнергии, такие как перегрузка линий, увеличение потерь энергии или ухудшение профиля напряжения [5].Следовательно, необходимо правильное расположение и оптимальная работа этих источников [2], [6]. Кроме того, если операции между возобновляемыми источниками генерации и BESS не будут хорошо скоординированы, операционная эффективность будет снижена [5], потому что пики генерации могут не совпадать с пиками спроса. Если BESS не скоординированы, они не смогут накапливать энергию, когда генерация превышает спрос, и поставлять накопленную энергию в то время, когда спрос превышает генерацию.Такие трудности снизят эффективность работы распределительной сети [7].

Таким образом, очевидно, что оптимальная работа генерации возобновляемой энергии и BESS играет фундаментальную роль в достижении оптимальной производительности системы распределения [2], [6]. Следовательно, необходимо рассмотреть стратегии достижения операционной эффективности, чтобы минимизировать эксплуатационные расходы сети, не влияя на качество обслуживания [8]. Кроме того, эти стратегии способствуют оптимальному распределению потока реактивной мощности и, таким образом, улучшают профили напряжения в сети и сокращают потери мощности [2].

Это исследование вдохновлено необходимостью решения проблем с активными распределительными сетями в городских районах. В этих областях сложно расширить существующую сеть, и это требует использования устройств хранения энергии, то есть батарей, в сочетании с возобновляемыми источниками энергии [9]. Что касается колумбийской энергосистемы, национальное правительство посредством Закона 1715 от 2014 года предоставляет электроэнергетическим компаниям необходимые инструменты для включения возобновляемой генерации в распределительную сеть с целью увеличения энергоснабжения для устойчивого развития страны [10].Основная цель этого закона — способствовать интеграции энергоресурсов, распределенных в городских или сельских районах, для обеспечения высококачественного электроснабжения с минимальными затратами для коммунальных предприятий. Основываясь на этой колумбийской политике, данное исследование направлено на предложение методологии компенсации активной и реактивной мощности в радиальных распределительных сетях с учетом BESS и возобновляемых источников энергии, чтобы помочь коммунальным предприятиям использовать эффективные стратегии для управления сетью.

В специальной литературе предлагается ряд методов для достижения оптимальной эффективности работы BESS в распределительных сетях переменного тока.Некоторые из них представлены здесь. В [6] модель NLP использовалась для решения в GAMS для операций BESS. Однако в этом предложении рассматривалась возобновляемая генерация со статическими кривыми для первичного ресурса, а батареи работали с единичным коэффициентом мощности. Авторы [2] предложили метаэвристический подход для оптимального выбора BESS в распределительных сетях, основанный на подходе ведущий-ведомый, разработанном с использованием генетических алгоритмов. Однако возобновляемая генерация не была включена в это исследование, и батареи отправлялись с дискретным подходом, что значительно снижает их влияние на потери мощности.Кроме того, авторы рассмотрели конденсаторные батареи, подключенные параллельно к батареям, что увеличивало стоимость, пренебрегая реактивной мощностью преобразователей источника напряжения, соединяющих все батареи. В [11] был предложен метод конической оптимизации для планирования и эксплуатации распределенных генераторов и батарей в распределительных сетях. Неопределенности возобновляемой генерации обрабатывались с помощью нескольких сценариев моделирования с использованием методологии кластеризации k-средних. Для решения задачи отгрузки аккумуляторов использовался конический решатель.Тем не менее, аккумуляторы отгружались с единичным коэффициентом мощности. Авторы Mehrjerdi и Hemmati [12] предложили оптимальный подход к планированию для батарей, включая возможности активной и реактивной мощности преобразователя. Тем не менее, они линеаризовали уравнения потока мощности и внесли ошибки оценки профиля напряжения, потерь мощности и затрат на энергию. Кроме того, они исключили возобновляемую генерацию из используемого тестового фидера распределения. [13] предложили гибкий экономичный диспетчерский подход для систем хранения энергии в средах на сутки вперед.Авторы использовали искусственные нейронные сети для прогнозирования возобновляемой генерации. Однако батареи работали с единичным коэффициентом мощности, а электрическая сеть была сокращена за счет реализации уникального подхода узловой диспетчеризации, который был чрезмерным упрощением сети. В [14] предложена услуга по сокращению пиковых нагрузок в распределительных сетях. Однако использовалась уникальная модель узловой диспетчеризации, и батарея работала с единичным коэффициентом мощности. Наконец, в [15] был предложен активный и реактивный независимый подход к управлению батареями для гашения колебаний мощности в распределительных сетях.Однако этот подход был концептуализирован с точки зрения контроля. Следовательно, он работает только в переходных сценариях (периоды времени в миллисекундах) в сети при возникновении неисправностей, что полностью отличается от стационарного подхода, разработанного в нашей статье.

Основываясь на предыдущей версии современного состояния, наше исследование рассматривает работу системы распределения с точки зрения коммунальных предприятий для работы системы распределения. Это означает, что основные вклады этого исследования: i) Чтобы включить модель NLP, которая представляет оптимальную работу BESS в электрических распределительных системах, чтобы обеспечить возможность компенсации реактивной мощности через преобразователи источника напряжения, которые взаимодействуют с этими батареями, компенсировать энергию в четырех квадрантах. ii) Для решения проблемы краткосрочного прогнозирования возобновляемых источников энергии для фотоэлектрических и ветряных электростанций в распределительных сетях с использованием рекурсивных искусственных нейронных сетей, которые будут определять ошибки оценки менее 2,40% во время ежедневной работы по сравнению с прогнозируемые и реальные кривые генерации. iii) Обеспечить два тестовых фидера с радиальным распределением достаточной информацией для воспроизведения численных результатов, полученных в этой статье, а также для оценки новых подходов, основанных на метаэвристических методах или методах выпуклой оптимизации.

Остальная часть этого документа организована следующим образом: Раздел 2 представляет предлагаемую модель нелинейного программирования для динамической компенсации активной и реактивной мощности в электрических распределительных сетях. В разделе 3 описывается подход к краткосрочному прогнозированию на основе искусственных нейронных сетей для прогнозирования производительности возобновляемой генерации в рамках сценария экономической диспетчеризации на сутки вперед. В разделе 4 представлены основные характеристики тестовых систем с 33 и 69 узлами с радиальной структурой, адаптированной к типичным характеристикам колумбийской энергосистемы.В разделе 5 представлены все численные результаты реализации предложенной модели НЛП в общей системе алгебраического моделирования. Испытываются следующие три рабочих сценария: i) работа распределительной системы без батарей, ii) с батареями и единичным коэффициентом мощности и iii) с батареями и динамической компенсацией реактивной мощности. В Разделе 6 представлены основные заключительные замечания, полученные в результате этой работы, за которыми следуют благодарности и список литературы.

Метод компенсации эффективной реактивной мощности и современный метаэвристический алгоритм уменьшения потерь в распределительных электрических сетях

В этой статье предлагается новый метод компенсации реактивной мощности для снижения потерь мощности в распределительных электрических сетях. Новый метод представляет собой комбинацию локальной компенсации на каждой нагрузке и компенсации линии распределения. В этом методе локальные конденсаторы на каждой нагрузке сначала определяются для увеличения коэффициента мощности нагрузки до ожидаемого значения, а затем несколько конденсаторов помещаются в распределительные линии с двумя факторами, местоположением и емкостью, с использованием трех применяемых методов.Оптимизация роя частиц (PSO), алгоритм прогнозирования паразитизма (PPA) и алгоритм роя туннелей (TSA) применяются для предложенного метода в четырех распределительных системах с шинами 15, 33, 69 и 85. Сравнение результатов с предыдущими методами показывает, что три применяемых метода могут обеспечить более высокое сокращение потерь для всех исследуемых случаев. TSA может достичь сокращения потерь более эффективно, чем другие, на 19,4%, 0,5%, 7,9% и 10,76% для четырех систем распределения, соответственно. Самый важный акцент заключается в том, что PSO, который в предыдущих исследованиях считался малоэффективным, может достигать гораздо лучших потерь, чем примерно все предыдущие методы, благодаря предлагаемому методу компенсации.PSO также добился лучшего снижения потерь, чем другие, на 18,97%, 0,4%, 7,73% и 10,21% соответственно. Следовательно, рекомендуется, чтобы предложенный метод компенсации был полезен для систем распределения для минимизации общих потерь мощности, а TSA может быть выбран новым и мощным методом решения проблемы.

1. Введение
1.1. Мотивация

Анализ общих потерь активной мощности и падения напряжения в энергосистемах играет очень важную роль в предложении эффективных методов оптимизации работы энергосистем, увеличения выгоды и стабилизации энергосетей.Распределительные сети напрямую поставляют электроэнергию нагрузкам, мощность которых намного меньше, чем мощность в передающих сетях, но общие потери активной мощности в сетях значительны из-за использования низкого напряжения и проводов с высоким сопротивлением. Как потоки активной мощности, так и потоки реактивной мощности в распределительных линиях вызывают большие потери мощности из-за влияния уравнения [( P 2 + Q 2 ) / U 2 ] R в котором P и Q — потоки активной и реактивной мощности, U — напряжение, а R — сопротивление распределительной линии.Чтобы уменьшить большие потери мощности, можно использовать следующие методы: (1) Уменьшить поток активной мощности в распределительной линии (т. Е. Уменьшить P ). Метод может быть успешным, если используются источники распределенной генерации, такие как фотоэлектрические системы, ветряные турбины и дизельные генераторы. (2) Уменьшить поток реактивной мощности в распределительной линии (т.е. уменьшить Q ). Чтобы добиться снижения потока активной мощности в линиях, в сети размещаются источники распределенной генерации, а также конденсаторы.(3) Увеличьте напряжение (т.е. увеличьте U ). (4) Уменьшите сопротивление распределительной линии (т.е. уменьшите R ).

Среди четырех вышеперечисленных методов третий оказывает незначительное влияние на снижение потерь, поскольку уровень улучшения напряжения не может быть высоким, в то время как влияние активной мощности и реактивной мощности очень велико. Последний способ кажется невозможным, поскольку уменьшение R на эквивалентно замене проводов. Проводники с меньшей площадью следует заменить на другие с большей площадью.Это будет стоить больших денег, но пользы не так много. Для первых двух методов потери мощности можно значительно снизить, если уменьшить потоки активной и реактивной мощности в распределительных линиях. Снижение достигается только за счет использования источников распределенной генерации, таких как фотоэлектрические системы, ветряные турбины, дизельные генераторы и конденсаторы. Четыре типа источников распределенной генерации можно разделить на три типа: (1) источник чистой активной мощности, (2) источник чистой реактивной мощности и (3) источник активной и реактивной мощности.Среди трех типов источников чистый источник реактивной мощности, которым являются конденсаторы, является самым дешевым, но его вклад в снижение потерь значительный. Итак, в этой статье мы обсудим влияние конденсаторов на снижение потерь, а затем мы предложим эффективный метод чистой компенсации реактивной мощности для снижения потерь активной мощности в распределительных сетях.

1.2. Обзор литературы

В последние десятилетия многие исследования были сосредоточены на снижении потерь активной мощности, предлагая различные методы компенсации реактивной мощности и различные алгоритмы оптимизации.Что касается методов компенсации реактивной мощности, авторы предложили два общих метода, в которых первый метод заключался в выборе сначала места компенсации, а затем определении выработки реактивной мощности, в то время как второй метод заключался в одновременном определении места компенсации и компенсированной реактивной мощности. Первый метод можно назвать двухэтапным, а второй метод — одновременным. В двухэтапном методе авторы могут использовать разные методы для выбора наиболее подходящего местоположения из всех узлов в рассматриваемой распределительной сети, а затем авторы использовали еще один метод для распределения максимальной мощности для конденсаторов, размещенных в определенных узлах.Обычно двухступенчатые методы использовались для слабых методов, которые использовались для расчета генерации конденсаторов. Напротив, одновременные методы были применены для более мощных алгоритмов поиска, которые могли определять местоположение и размер конденсаторов одновременно. Двухэтапный метод был использован для уменьшения потерь активной мощности в 15-узловой распределительной системе и 33-узловой распределительной системе [1]. Итерационный алгоритм был запущен для определения наиболее подходящих узлов компенсации на первом этапе, в то время как уравнение минимизации потерь мощности в отношении тока конденсатора решалось для достижения размера конденсаторов в каждом заранее определенном месте.Этот метод может снизить потери мощности более эффективно, чем базовая сеть без конденсаторов; однако этот метод должен был страдать от недостатка первого шага. Фактически, для случая размещения большого количества конденсаторов этот метод был трудоемким, потому что один за другим конденсаторы запускались для получения скомпенсированного местоположения до тех пор, пока не был выбран выбор местоположения последнего конденсатора. Главный недостаток метода приводит к тому, что он не может быть высокоэффективным для больших распределительных систем со слишком большим количеством узлов и фидеров.В исследовании [2] были предложены двухэтапные методы с использованием двухконтурного алгоритма, называемого внешним слоем и внутренним слоем. Внешний слой был активирован, чтобы найти оптимальное расположение добавленных переключаемых шунтирующих конденсаторов в первом контуре. Затем внутренний слой запускался во втором цикле, чтобы определить размер каждого добавляемого конденсатора. Внутренний слой — это работа метаэвристических алгоритмов. Эти методы были запущены на двух системах с 33 и 69 узлами и сравнивались с несколькими методами для вывода о производительности. Среди множества подходов, предложенных в [2], только подход, основанный на генетическом алгоритме, может дать лучшие потери, чем другие предыдущие подходы.Двухэтапный метод [1] продолжал применяться в [3] для определения местоположения и размера распределенных генераторов вместо конденсаторов, и могут быть достигнуты многообещающие результаты, поскольку общие потери мощности были меньше, чем в случае без размещения конденсаторов. Однако успешная и эффективная применимость метода не была доказана для других более крупных систем с 69 и 85 узлами. В отличие от исследований в [1, 2], двухэтапный метод в [4] применял нечеткую систему (FS) и коэффициент уменьшения потерь (LRF) на первом этапе для получения наиболее подходящих компенсированных узлов.Двухэтапный метод широко и успешно применялся для различных тестовых случаев от небольших систем до больших систем благодаря комбинации FS и LRF, на которую не влиял масштаб системы. Фактически, этот метод позволил достичь меньших потерь активной мощности, чем базовая сеть и другие применяемые методы для системы распределения с 69 узлами. Основным недостатком метода было большое время моделирования из-за комбинации FS и расчета LRF. В [5] только LRF использовался на первом этапе для оценки эффективности работы каждого узла в распределительных сетях, а затем были выбраны компенсированные узлы на основе значения LRF.На втором этапе был применен улучшенный алгоритм оптимизации роя частиц (WCPSO) с использованием весовых коэффициентов и коэффициентов сужения для расчета выработки реактивной мощности каждым конденсатором в заданном узле. Комбинация LRF и WCPSO сформировала эффективный двухэтапный метод, который успешно справился с пятью системами, состоящими из 10, 15, 34, 69 и 85 шин, при достижении улучшения напряжения. Метод из [5] сравнивался с другим двухэтапным методом из [1] с точки зрения профиля напряжения, и был сделан вывод, что он намного превосходит двухэтапный метод из [1].Однако сравнение было неразумным, потому что целью [1] была минимизация потерь мощности, а целью [5] была оптимизация профиля напряжения. Следовательно, реальная эффективность комбинации LRF и WCPSO все еще оставалась под вопросом. Другой двухэтапный метод был предложен в [6] путем применения нечеткого метода на первом этапе для выбора узлов компенсации и применения WCPSO на втором этапе для расчета реактивной мощности конденсаторов в определенных узлах. Двухэтапный метод успешно решил биобъективную проблему со снижением потерь и повышением напряжения для системы распределения с 69 узлами.Было продемонстрировано, что как потери, так и напряжение намного лучше, чем в базовой сети без размещения конденсаторов, но дальнейшее сравнение с другими применяемыми методами и предыдущими методами не проводилось. В [7] нечеткий метод из [6] был воспроизведен на первом этапе, а улучшенная оптимизация роя частиц (IPSO) была предложена на втором этапе для определения размера конденсатора. В исследовании был применен другой двухэтапный метод, основанный на нечетком методе и обычном PSO, для сравнения потерь мощности и профиля напряжения с предложенным методом, основанным на нечетком методе и IPSO для распределительной сети с 69 узлами.Результаты моделирования показали, что IPSO может найти мощность более эффективно, чем PSO, при тех же настройках параметров управления. Обсуждение исследований [1–7] показало, что двухступенчатые методы неэффективны в размещении конденсаторов для минимизации общих потерь активной мощности в распределительных линиях. Основными недостатками методов являются либо методы, применяемые на первом этапе для поиска узлов компенсации, либо методы, применяемые на втором этапе для определения размера конденсаторов.Чтобы улучшить производительность двухэтапных методов, в последние годы для определения размера конденсаторов использовались другие более эффективные метаэвристики, такие как улучшенный алгоритм гармонии (IHA), алгоритм муравьиных колоний (ACA) и модифицированные частицы. оптимизация роя (MPSO). Новые двухэтапные методы — это индекс потерь мощности и метод на основе улучшенного алгоритма гармонии (PLIIHA) [8], фактор чувствительности к потерям и метод на основе алгоритма колоний муравьев (LSFACA) [9], а также анализ потерь мощности и MPSO. на основе метода (PLA-MPSO) [10].Основанные на более эффективных метаэвристических методах, эти методы в [2–4] могут быть способны решать более крупномасштабные системы с лучшими полученными результатами. В [10] метод сетевого анализа из [11] был применен для вычисления функции потерь мощности, а затем MPSO был применен для двух исследуемых случаев. В первом случае для поиска местоположений использовался MPSO, а затем функция потерь мощности использовалась для расчета размера конденсаторов. Во втором случае MPSO использовался для определения как расположения, так и размера конденсаторов.Методы в двух исследуемых случаях называются гибридным MPSO и методом сетевого анализа (HM) и MPSO. В результате MPSO оказался более полезным, чем HM, для систем распределения с 33 и 69 узлами. Однако эти два метода не сравнивались с другими методами, за исключением метода анализа (AM) в [11]. Методы, основанные на анализе конфигурации сети (NCAB), стали более многообещающими, и применение метаэвристики в этих методах отпало [11–15]. В отличие от метаэвристических алгоритмов, все методы NCAB не применяли рандомизацию в процессе обновления решения, и они достигли одного и того же оптимального решения для разных пробных запусков.Эти методы можно было применять для более крупных систем, включающих до 69 и 85 узлов, и результаты оказались эффективными; однако у этих методов был главный недостаток — трудность применения. Фактически, эти методы были основаны на математическом анализе текущих данных сетей, таких как сопротивление и реактивное сопротивление линий, а также активная и реактивная мощность нагрузок. Итак, по мере изменения данных методы пришлось реализовать заново. Другими словами, эти методы нельзя применять для общих систем, и реализация методов для различных конфигураций сети должна быть разной.

В отличие от этих двухэтапных методов и методов NCAB, метаэвристика может широко применяться для систем без использования двух отдельных шагов в качестве двухэтапных методов, а также без использования анализа конфигурации сети в качестве методов NCAB. В этих методах используются две основные управляющие переменные, включая расположение и образование конденсаторов. Общее количество основных управляющих переменных ( N mcv ) прямо пропорционально количеству размещенных конденсаторов ( N cap ).Если распределительная сеть размещена с конденсаторами N cap , N mcv будет равно (2 N mcv ), в котором N mcv значения являются местоположениями, а N Значения mcv — это размеры. После определения местоположения и образования конденсаторов применяется метод потока мощности нагрузки для расчета протекания тока в ветвях. Затем можно определить напряжение и потерю мощности, используя формулу расчета падения напряжения и формулу расчета потерь мощности.По сути, для распределительных сетей используются два популярных метода потока мощности: метод Ньютона-Рафсона и метод прямого / обратного направления. В [16] пятнадцать различных модифицированных версий обычного PSO были применены для выбора узлов компенсации и размера конденсаторов 10-узловой распределительной системы. Лучшая модифицированная оптимизация роя частиц (BMPSO) среди пятнадцати примененных методов была сравнена с запретным алгоритмом поиска (TSA) и обычным генетическим алгоритмом (GA) с точки зрения потери мощности, и был сделан вывод, что BMPSO был более мощным, чем TSA и GA.Хотя BMPSO был лучшим из пятнадцати методов PSO и двух других методов, его реальная эффективность в решении этой проблемы не была убедительно продемонстрирована. Фактически, в качестве примера исследования использовалась только очень простая система с 10 узлами и одним основным фидером, а сравнение проводилось только среди методов PSO и нескольких других методов.

GA также применялся для решения этой проблемы во многих исследованиях [17–23]. Применение GA для решения проблемы было широким: от небольшой системы с 15 узлами до крупномасштабной системы с 69 узлами даже для реальных распределительных сетей на Тайване и в Иране.Но наиболее важным недостатком исследований была слабая демонстрация эффективности [24]. Казалось, что эти исследования были сосредоточены только на снижении потерь мощности по сравнению с исходной сетью без каких-либо устройств компенсации, а не на демонстрации эффективности применяемых методов. Следовательно, сравнения с другими методами в исследованиях не рассматривались. Кроме того, данные реальных распределительных сетей на Тайване и в Иране не были показаны в исследованиях по проверке и воспроизведению опубликованных результатов.Это причина того, что торговые сети двух стран не могут управляться другими методами. Кроме того, для размещения конденсаторов в распределительных системах применялись и другие метаэвристики, такие как алгоритм сбора бактерий (BFA) [25, 26], алгоритм гравитационного поиска (GSA) [27], алгоритм обучения и обучения (TLBA) [28] , улучшенная дифференциальная эволюция (IDE) [29], алгоритм опыления цветов (FPA) [30, 31], алгоритм оптимизации китов (WOA) [32], алгоритм поиска кукушки (CSA) [33], алгоритм стаи бабочек (MSA) [ 34], а также гибридный GSA и улучшенный метод оптимизации роя частиц (HGSA-IPSO) [35].Эффективность этой метаэвристики была эффективно продемонстрирована путем сравнения их с другими методами и исходной сетью без размещения конденсаторов. Снижение потерь мощности было более значительным, чем другие двухэтапные методы, а пробных распределительных сетей было больше. Тем не менее, все исследования были сосредоточены только на снижении потерь мощности, когда сложность вычислений и скорость вычислений не рассматривались как важные вопросы. Возможно, эти авторы считали проблему размещения конденсаторов в распределительных сетях проблемой автономной работы, а скорость вычислений не была важным критерием.Однако все электрические нагрузки в распределительных сетях могут непрерывно изменять потребляемую мощность, что приводит к изменению тока в проводниках и напряжения нагрузки. Таким образом, скорость вычислений применяемых методов играет очень важную роль при выборе режимов работы, которые могут помочь системам работать эффективно и стабильно. Исходя из этого вопроса, в этой статье мы рассматриваем скорость вычислений как важный критерий при реализации применяемых методов определения конденсаторов в распределительной системе в дополнение к снижению потерь мощности.

1.3. Новинки и вклад

В этом исследовании мы применяем политику энергетических компаний по увеличению коэффициента мощности нагрузок. Тот факт, что реактивные нагрузки в распределительных электрических сетях используют высокую реактивную мощность и источник питания, должен быть обусловлен высоким требованием реактивной мощности к нагрузкам. Это приводит к большим потокам реактивной мощности в распределительных линиях, вызывая высокие потери активной мощности. После применения энергетическими компаниями политики компенсации реактивной мощности для увеличения коэффициента мощности нагрузки, некоторые другие конденсаторы размещаются в распределительных линиях для уменьшения общих потерь активной мощности и увеличения напряжения нагрузок.На первом этапе заранее определяется данный коэффициент мощности каждого узла нагрузки, а затем рассчитывается конденсатор в узле нагрузки на основе известного коэффициента мощности, активной мощности и реактивной мощности нагрузки. На втором этапе определяется суммарная компенсационная мощность всех конденсаторов при электрических нагрузках. На третьем этапе рассчитывается общая мощность конденсаторов, размещенных на распределительных линиях. На последнем этапе количество конденсаторных батарей и мощность конденсаторных батарей определяются с помощью метаэвристических алгоритмов.Таким образом, три метаэвристических алгоритма, включая оптимизацию роя частиц (PSO) [36], алгоритм хищничества паразитизма (PPA) [37] и алгоритм туннельного роя (TSA) [38], применяются для выполнения последнего шага, и найденные потери мощности сравниваются с предыдущие методы. Таким образом, нововведения в статье заключаются в следующем: (1) Предложить новый метод компенсации реактивной мощности, в котором политика компенсации реактивной мощности энергетических компаний реализуется на первом этапе. Это приложение реалистично и эффективно для торговых сетей.(2) Примените новые метаэвристические алгоритмы, включая PPA и TSA, чтобы проверить реальную производительность и выбрать лучший из них для решения проблемы размещения конденсаторов в распределительных сетях.

Благодаря вышеупомянутым нововведениям, основные вклады в статью заключаются в следующем: (1) Эффективное сокращение общих потерь мощности в системе распределения. (2) Представление новой метаэвристики, которую читатели могут использовать для решения других задач оптимизации в энергосистемах или энергосистемах. другие поля. (3) Добейтесь максимальной производительности TSA для снижения потерь, выбрав наиболее подходящие параметры.(4) Обеспечьте эффективный метод компенсации реактивной мощности распределительной сети. Используя предложенный метод, метод с низкой производительностью, такой как обычный PSO, также дает лучшие результаты, чем почти все сравниваемые методы.

Помимо введения, статья также содержит некоторые другие части, как показано ниже. Соответствующая цель и ограничения показаны в Разделе 2. В Разделе 3 показан процесс поиска TSA. В разделе 4 подробно представлен новый метод компенсации реактивной мощности.В разделе 5 показаны и обсуждаются численные результаты. Наконец, выводы приведены в Разделе 6.

2. Постановка задачи
2.1. Обеспокоенная цель

Распределительные сети состоят из множества распределительных линий, в которых проводники с небольшой площадью и высоким сопротивлением отвечают за передачу электроэнергии к нагрузкам. Хотя потоки мощности в линиях невелики и намного меньше, чем в линиях передачи, их низкое напряжение является основной причиной высоких общих потерь активной мощности.Следовательно, общие потери активной мощности (TAPL) во всех распределительных линиях сильно влияют на работу распределительной сети, и их необходимо уменьшить в максимально возможной степени. Математически цель описывается следующим образом: где Δ P l — потеря активной мощности в распределительной линии l из-за воздействия сопротивления R l из l -я линия распределения и текущая I л течет в л -ю линию распределения. I l рассчитывается методом прямой обратной развертки (FBSM) [39], а также используется для расчета падения напряжения на распределительной линии l -й следующим образом:

Тогда падение напряжения равно применяется для расчета напряжения на приемном узле распределительной линии .

2.2. Ограничения
2.2.1. Ограничение по току

Основным параметром распределительной линии относительно ее рабочего состояния является температура.Из-за влияния температуры окружающей среды и тока на температуру линии, протекающие линии должны контролироваться и ограничиваться тем, где находится максимальный предел тока, протекающего в распределительной линии .

2.2.2. Предел напряжения

Напряжение — это показатель качества электроэнергии, играющий важную роль в оценке стабильной и эффективной работы распределительных сетей. Все нагрузки должны работать в допустимом диапазоне напряжения между нижним и верхним пределом, как показано в следующем выражении:

2.2.3. Предел конденсаторов

Реактивная мощность всех конденсаторов, размещенных в системе, должна быть ограничена следующим неравенством: где Q cap c — это поколение конденсатора c -го; и это максимальное поколение всех конденсаторов. Обычно максимальная выработка всех конденсаторов выбирается так, чтобы она не превышала суммарную реактивную мощность всех нагрузок в системе. Если нет ограничений по генерации всех конденсаторов, максимальная генерация может быть бесконечной; однако очень высокое значение максимальной генерации полезно только для улучшения напряжения, но может быть не очень хорошим для снижения потерь мощности.Следовательно, максимальное поколение всех конденсаторов может быть выбрано следующим образом:

3. Алгоритм Tunicate Swarm (TSA)

В статье применяются три метаэвристики, то есть PSO, PPA и TSA. Однако PSO — один из самых ранних методов, который использовался во многих исследованиях, и PPA не более эффективен, чем TSA. Таким образом, TSA выбрана в качестве потенциального метода решения рассматриваемой проблемы. Основная конфигурация потенциального метода подробно представлена ​​следующим образом.

3.1. Инициализация популяции

Как и большинство метаэвристических методов, TSA также создает начальную популяцию на первом этапе всей процедуры поиска. Каждое решение представлено S x (где x = 1,…, Npo и Npo — размер популяции) и инициализируется следующим образом:

В уравнении S min и S max — это решение с нижней границей и решение с верхней границей. Два решения содержат минимальное и максимальное значение всех управляющих переменных соответственно.После инициализации каждое решение S x оценивается путем вычисления функции пригодности (FF x ), и S x с наименьшим значением FF x становится лучшее решение .

3.2. Обновление для первого решения

На втором этапе TSA первое решение обновляется первым с использованием следующего уравнения: где Δ S 1 и A вычисляются по где

B и C в уравнениях (11) и (12) получается с использованием случайных параметров, включая γ 1 , γ 2 , γ 3 и ε 3 .Четыре параметра производятся случайным образом в пределах 0 и 1, в то время как Rd L и Rd U в формуле (12) являются минимальным и максимальным значениями C , которые, соответственно, выбираются. быть 1 и 4 по эксперименту [38]. Очевидно, что B имеет диапазон значений от -2 до 2, а диапазон C — от 1 до 4. Если B имеет высокое значение, а C имеет малое значение, A станет больше. и наоборот.Следует отметить, что A используется в уравнении (9) для получения результата (), который представляет собой шаг перехода для обновления первого нового решения вокруг наилучшего решения. Если A имеет небольшое значение, новое решение будет близко к, а если A имеет высокое значение, новое решение далеко от него. Как показано в [38], значение 1 для Rd L и значение 4 для Rd U оказалось эффективным для тестовых функций.Однако оптимальные решения тестовых функций в [38] приблизительно состоят из нулевых значений, и эти тестовые функции полностью отличаются от задачи компенсации реактивной мощности. Экспериментально мы используем C в большом диапазоне от 1 до 10, чтобы получить меньшее значение для A , и полезно найти более многообещающее новое решение рядом с лучшим решением. Итак, Rd L и Rd U установлены на 1 и 10, чтобы получить высокую производительность для TSA для проблемы компенсации реактивной мощности в системах распределения, и эти установленные значения могут позволить TSA найти результаты лучше, чем 1 и 4, как предложено в [38].Экспериментально мы протестировали два варианта для Rd L и Rd U , включая 1 и 4 (как предложено в [38]) и 1 и 10 (предложено в исследовании), чтобы достичь результаты TSA для первых двух систем с 15 и 33 шинами. Окончательные результаты для двух систем показали, что TSA имеет лучшую производительность при применении предложенных значений 1 и 10. Затем мы предложили использовать настройку для двух оставшихся систем с 69 и 85 узлами.

3.3. Обновление для других решений

На третьем этапе второе решение окончательного решения обновляется одно за другим. Процесс обновления осуществляется от переднего решения к последнему до тех пор, пока не завершится обновление окончательного решения. Обновление можно продолжить, применив три следующие формулы:

3.4. Проверка и исправление новых решений

После создания нового решения важным шагом, который нельзя пропустить в метаэвристических алгоритмах, является проверка и исправление нарушения в новом решении.Если новое решение выходит за пределы решения верхней границы S max и решения нижней границы S min , оно фиксируется, как показано в следующей формуле:

3.5. Выбор и сохранение высококачественных решений

Качество всех новых решений необходимо оценивать путем вычисления функции пригодности. Если FF x — это функция соответствия старого решения S x , это функция соответствия нового решения.В каждой позиции x либо S x , либо сохраняется и назначается. Выражение называется механизм выбора и просто формулируется следующими уравнениями:

3.6. Процедура полного поиска TSA

Весь процесс вычисления TSA для решения общей задачи оптимизации можно резюмировать в виде следующих шагов и описать в блок-схеме на Рисунке 1. Шаг 1: выберите значения для Npo совокупности и итераций Niter Шаг 2: определить решение с нижней границей S min и решение с верхней границей S max Шаг 3: произвольно сгенерировать начальную популяцию с помощью уравнения (8) Шаг 4: вычислить функцию пригодности каждого решения (i) Выберите лучшее решение среди всех решений (ii) Установите текущую итерацию на 1 (Citer = 1) Шаг 5: примените уравнение (9) для обновления первого нового решения Шаг 6: примените уравнение (16) для проверки и исправления первого нового решения Шаг 7: примените приведенный ниже псевдокод для обновления второго нового решения к последнему новому решению. Для x = 2: Npo Вычислить Δ S x и с помощью уравнений (13) и (14) Обновить новое решение от с помощью уравнения (15) Проверьте и исправьте новое обновленное решение, используя уравнение (16). конец. Шаг 8: вычислите функцию соответствия новых решений. Шаг 9: примените уравнения (17) и (18), чтобы сохранить перспективные решения. лучшее решение среди всех решений Шаг 11: если Citer = Niter, прекратить выполнение TSA.В противном случае установите Citer = Citer + 1 и вернитесь к шагу 5.


4. Размещение конденсаторов в распределительных системах
4.1. Расчет общей компенсационной мощности при нагрузках

Коэффициент мощности каждой нагрузки может быть рассчитан с использованием активной и реактивной мощности следующим образом:

Затем компенсация на нагрузке k вычисляется где и является ожидаемым коэффициентом мощности, требуемым энергетическими компаниями. и это дают энергетические компании.В случае компенсации этой нагрузки за счет использования меньшего значения, заказчик должен быть оштрафован.

Суммарная компенсационная способность при нагрузках определяется

4.2. Расчет общей компенсационной мощности в узлах распределительных линий

Затем общая компенсационная мощность в распределительной системе рассчитывается по

Таким образом, мы дважды выполняем компенсацию реактивной мощности. На первом этапе мы компенсируем реактивную мощность на нагрузках с помощью уравнения (20) для увеличения их коэффициента мощности, а затем рассчитываем общую компенсационную мощность Q всего на нагрузках с помощью уравнения (22).На втором этапе верхний предел общей компенсационной способности в узлах на распределительных линиях получается с помощью уравнения (23). В уравнении (23) общая компенсационная способность в узлах на распределительных линиях равна, а общая компенсационная способность при нагрузках составляет Q всего . В предыдущих исследованиях компенсация реактивной мощности на нагрузках не производилась. Таким образом, Q всего при нагрузках не учитывались, и вместо ограничения использовалось ограничение (23).

4.3. Выполнение TSA для размещения конденсаторов в распределительных сетях
4.3.1. Выбор управляющих переменных

TSA применяется для поиска компенсированных узлов в системах распределения и компенсационной способности выбранных узлов. Итак, две основные управляющие переменные — это узлы компенсации и компенсационная способность, которые представлены как CN c и Q cap c ( c = 1,…, N cap) .Среди двух переменных CN c находится в пределах от 2 до Nn , а Q cap c находится в диапазоне от 0 до меньше чем. Кроме того, все конденсаторы должны удовлетворять приведенному выше ограничению (23). Наименьшие значения CN c и Q cap c называются минимальным граничным решением, а самые высокие значения двух переменных называются максимальным граничным решением. Граничные решения определяются следующим образом: где и равны соответственно 2 и Nn ; и и равны соответственно 0 и.

4.3.2. Метод потока мощности

После определения компенсационного узла и компенсационной емкости в каждом компенсируемом узле, FBSM [39] применяется для расчета тока, протекающего во всех распределительных линиях. В результате рассчитываются напряжение каждого узла и потери мощности в каждой распределительной линии.

4.3.3. Функция пригодности

Функция пригодности каждого решения задачи состоит из общей потери мощности и суммы всех штрафных членов, как показано в следующей формуле:

В приведенной выше функции K 1 , K 2 и K 3 — параметры штрафа.Эти штрафные коэффициенты используются для увеличения штрафных членов в фитнес-функции. Экспериментально мы установили 10 3 на три штрафных коэффициента: K 1 , K 2 и K 3 для всех исследуемых случаев. , и являются пределами для тока линии l , напряжения узла k и общего поколения конденсаторов. Три предела рассчитываются по

4.3.4. Условие завершения вычислений

TSA также является метаэвристическим алгоритмом, основанным на популяции.Таким образом, процесс поиска выполняется до тех пор, пока текущая итерация не станет равной заранее определенной максимальной итерации.

4.3.5. Полная процедура поиска TSA для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях

Весь процесс вычисления TSA для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях можно резюмировать в следующих шагах: Шаг 1: установите значение на ожидаемый коэффициент мощности () Шаг 2: рассчитать Q cap, k , используя уравнение (20) Шаг 3: вычислить Q всего , используя уравнение (22) Шаг 4: выбрать значения для совокупности Npo и итераций Niter Шаг 5: определить S min и S max с использованием уравнений (24) и (25) Шаг 6: случайным образом сгенерировать S x ( x = 1,…, Npo) в пределах S min и S max Шаг 7: запустите FBSM, чтобы достичь I l и U k Шаг 8: вычислить TAPL по уравнению (1) Шаг 9: вычислить функцию пригодности FF x с использованием уравнений (26) — (29) (i) Выберите лучшее решение с наилучшим значением пригодности (ii) Установите Citer = 1 Шаг 10: примените уравнение (9) для обновления первого нового решения Шаг 11: примените уравнение (16) для проверки и исправления первого нового решения. Шаг 12: примените приведенный ниже псевдокод для обновления второго нового решения к последнему новому решению. Для x = 2: Npo Calculate Δ S x и с помощью уравнений (13) и (14) Обновите новое решение с помощью уравнения (15) Проверьте и исправьте новое обновленное решение с помощью уравнения (16). Конечный шаг 13: запустите FBSM, чтобы достичь I l и U k Шаг 14: вычисление TAPL с использованием уравнения (1) Шаг 15: Расчет функции пригодности с использованием уравнений (26) — (29) Шаг 16: применение уравнений (17) и (18) для сохранения перспективных решений Шаг 17: выберите лучшее решение. Шаг 18: если Citer = Niter, прекратить выполнение TSA.В противном случае установите Citer = Citer + 1 и вернитесь к шагу 10.

5. Численные результаты

В этом разделе для размещения конденсатора рассматриваются четыре радиальные распределительные системы с шинами 15, 33, 69 и 85. На первом этапе осуществляется компенсация реактивной мощности на каждой нагрузке в системах для увеличения коэффициента мощности до 0,9. На втором этапе используются метаэвристические методы для определения расположения и размера дополнительных конденсаторов в узлах распределительных линий.На втором этапе были реализованы три метаэвристических алгоритма, включая PSO, PPA и TSA, для определения расположения и размера дополнительных конденсаторов в узлах распределительных линий. По сути, метаэвристические методы, основанные на рандомизации в процессе обновления новых решений, ищут оптимальные решения в заранее заданном пространстве решений и находят разные решения для разных пробных прогонов. Даже качество решений среди независимых прогонов полностью различается: некоторые работают с решениями высокого качества, некоторые работают с решениями низкого качества, а в худших случаях некоторые работают с недопустимыми решениями, которые не могут удовлетворить все ограничения проблемы.Чтобы справиться с проблемой, недопустимые решения и неудачные запуски устраняются путем реализации других успешных запусков для достижения действительных решений, удовлетворяющих всем ограничениям. Таким образом, для каждого случая исследования выполняется пятьдесят успешных прогонов для достижения пятидесяти действительных решений, и пятьдесят прогонов суммируются с точки зрения наилучшей потери мощности, средней потери мощности, наихудшей потери мощности и стандартного отклонения (SD). В таблицах мы представили четыре значения для сравнения производительности трех применяемых методов.

Все исследования реализованы путем кодирования применяемых методов на программном языке Matlab и на персональном компьютере с процессором 2,4 ГГц и оперативной памятью 2,4 ГБ.

5.1. Сравнение и обсуждение результатов, полученных для системы распределения с 15 шинами IEEE

В этом разделе для размещения конденсаторов используется тестовая система с 15 шинами, называемая системой распределения шин IEEE-15 [34]. На первом этапе коэффициент мощности на каждой шине нагрузки повышается до 0,9 за счет компенсации коэффициента реактивной мощности.Компенсационная способность каждой шины нагрузки представлена ​​на рисунке 2. Суммарная емкость всех локальных конденсаторов составляет 657,16 кВАр. Затем применяются три метода, включая PSO, PPA и TSA, для размещения конденсаторов в распределительных линиях. Существуют два исследовательских случая для системы, в которой два конденсатора помещены в случай 1, а три конденсатора помещены в случай 2. Ниже приводится сравнение и обсуждение.


5.1.1. Случай 1: два конденсатора

Чтобы выделить место и генерацию двух конденсаторов, используются три метода, устанавливая одинаковые параметры управления, а именно 10 для Npo и 30 для Niter.У трех методов есть одна и та же функция, но только один этап для обновления новых решений. Таким образом, настройка выбрана для обеспечения справедливого сравнения при реализации. Результаты с точки зрения наилучшей потери мощности, средней потери мощности, наихудшей потери мощности и стандартного отклонения (SD) приведены в таблице 1. Таблица может показать лучшую производительность TSA среди трех применяемых методов, потому что она может получить самые низкие значения для лучшей стоимости и средней стоимости, 29,6611 кВт и 30,2492 кВт. Хотя наихудшие потери и стандартное отклонение TSA являются лишь вторым лучшим результатом после PSO с лучшими значениями для наихудших потерь и SD, TSA по-прежнему остается лучшим среди трех методов, поскольку наилучшее оптимальное решение является верхним критерием сравнения для мощных поиск метода, в то время как среднее решение (которое отражается через среднюю потерю) может указывать на стабильность всех успешных запусков.Очевидно, что TSA — самый мощный и стабильный метод поиска. Утверждение можно подтвердить, используя рисунки 3–5. Процедуру очень быстрого поиска TSA можно увидеть на рисунке 3, поскольку на третьей итерации TSA может найти гораздо лучшее решение, чем PSO и PPA. При рассмотрении всего поиска из 50 прогонов рисунок 4 показывает, что на восьмой итерации TSA может найти гораздо лучшее среднее решение, чем PSO и PPA. Рисунок 5 может предоставить точное количество решений, при которых TSA может достичь лучших потерь, чем PSO и PPA.Примерно двадцать или пятнадцать лучших решений, чем лучшее решение PSO и TSA для 50 прогонов, можно насчитать на рисунке 5. В целом, TSA намного превосходит PSO и TSA для случая 1 системы распределения IEEE с 15 шинами.

9011 9011

Метод PSO PPA TSA

29810
потери (кВт)
30.8437 32,4244 30,2492
Наихудшие потери (кВт) 31,9848 44,5112 32,6746
SD 0,510811
SD 0,51027
8 9011
9011 908


Сравнение результатов трех применяемых методов и предыдущих методов показано в таблице 2. Потери мощности TSA являются самыми низкими и меньше, чем двухэтапный метод [1] на 2.94 кВт, WCPSO [5] на 2,04 кВт и LSFACA [9] на 7,15 кВт. Потеря сбережений, соответственно, эквивалентна 9,02%, 9,3% и 19,4% потерь от двухэтапного метода, WCPSO и LSFACA. Кроме того, два других применяемых метода, PSO и PPA, также дают лучшие результаты, чем другие методы. PSO и PPA могут достигать меньших потерь, чем двухступенчатый метод, WCPSO и LSFACA, на {2,772 кВт, 2,872 кВт и 6,982 кВт} и {2,864 кВт, 2,964 кВт и 7,074 кВт}, что соответствует {8,5%, 8,78%, 18,97%} и {8,79%, 9,06% и 19.22%} от общей потери мощности от них. Очевидно, что TSA может обеспечить наиболее подходящее размещение конденсатора. Три применяемых метода запускаются путем установки 10 и 30 на Npo и Niter, в то время как другие методы не были показаны в исследованиях. Полная реактивная мощность, компенсируемая в системе, составляет, соответственно, 1193, 1192, 1040, 1054, 1024 и 1080 кВАр двухступенчатым методом, WCPSO, LSFACA, PSO, PPA и TSA. Сравнение показывает, что компенсационная способность не одинакова для всех методов и даже для трех применяемых методов.Фактически, предыдущие методы применялись без ограничения общей емкости от двух конденсаторов. Таким образом, в исследовании мы также не ограничиваем общую емкость; однако это значение из трех применяемых методов не выше, чем у других, хотя в трех методах использовались две ступени компенсации, в которых 527 кВАр приходится на первую ступень компенсации, а другое значение — от двух конденсаторов в распределительных линиях. Например, поколение двух конденсаторов PSA, PPA и TSA составляет 527, 497 и 553 кВАр.Сохранение потерь и процент улучшения потерь показывают, что TSA — лучший метод, а два этапа компенсации, применяемые для PSO, PPA и TSA, намного более эффективны, чем один этап компенсации в предыдущих исследованиях.

5.1.2. Случай 2: Три конденсатора

В этом случае три конденсатора помещаются в систему распределения IEEE с 15 шинами, устанавливая 10 и 30 на Npo и Niter для PSO, PPA и TSA. В таблице 3 приведены результаты трех методов сравнения.Все самые низкие значения, касающиеся потерь мощности и стандартного отклонения, служат хорошим доказательством того, что TSA выигрывает у PSO и PPA. Функция процесса поиска, показанная на рисунках 6 и 7, может показать превосходство TSA над PSO и PPA, поскольку лучший прогон TSA на тринадцатой итерации может найти гораздо лучшее решение, чем PSO и PPA на последней итерации. Средняя характеристика 50 прогонов на рисунке 7 показывает, что TSA намного эффективнее, чем PSO и PPA из 18-й итерации. Значения потерь из 50 прогонов на Рисунке 8 обеспечивают наиболее стабильный поиск TSA, когда многие красные точки имеют меньшие потери, чем лучшие точки PSO и PPA.Кроме того, отклонение потерь между разными прогонами TSA очень мало, в то время как у PSO и PPA намного выше. Следовательно, TSA продолжает оставаться лучшим из трех применяемых методов для системы распределения с 15 шинами IEEE.

Два 9010

0A




Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 9010 Npo Niter -шаговый метод [1] 3, 6 805, 388 1193 32.6
WCPSO [5] 3, 6 871, 321 1192 32,7
, LSF 4, LSF 4, 9 630, 410 1040 36,81
PSO 3, 7 383, 144 527 + 527 + 527 = 1054 2905
PPA 4, 6 295, 202 497 + 527 = 1024 29.736 10 30
TSA 4, 6 340, 213 553 + 527 = 1080 29,661 10 30 30
809202 0,686

Метод PSO PPA TSA

29.610
Средняя потеря (кВт) 31.220 33.602 30.203
Наихудшая потеря (кВт) 36.437 62.432 32.011 62.432 32.011




Сравнение трех применяемых методов и PLIIHA [8] показано в таблице 4. Потери TSA самые низкие и меньше, чем у PLIIHA. Автор: 1.92 кВт, что соответствует 6,2% общих потерь от PLIIHA. Точно так же PSO и PPA могут иметь меньшие потери, чем PLIIHA, на 1,32 и 1,47 кВт, что соответствует 4,23% и 4,73% потерь от PLIIHA. Скорость поиска трех применяемых методов выше, чем у PLIIHA, потому что Npo и Niter равны 10 и 30 для трех применяемых методов, но 150 и 100 для PLIIHA. Таким образом, эти три метода могут быть в 45 раз быстрее, чем PLIIHA в поиске решения. Лучшая общая реактивная мощность, обнаруженная PLIIHA, составляет 950 кВАр, но, по данным PSO, PPA и TSA, она выше и равна 1020, 1008 и 1109 кВАр.По значениям видно, что PLIIHA все еще искала далеко не оптимальное решение с высоким качеством.

08 9010 9010 9011 [8]

, 6, 11

Метод Место для конденсатора Размер (кВАр) Всего кВАр Суммарные потери (кВт) Npo 6, 11, 15 350, 300, 300 950 31.1255 150 100
PSO 4, 6, 7 0, 321 9080, 172 90 493 + 527 = 1020 29.809 10 30
PPA 4, 6, 12 136, 238, 107 481 + 527 = 1008 29.654 10 30
30
238, 201, 143 582 + 527 = 1109 29.202 10 30

5.2. Сравнение и обсуждение результатов, полученных для системы распределения шин IEEE 33

В этом разделе для размещения конденсаторов используется тестовая система с 33 шинами, называемая системой распределения шин IEEE-33 [29].Компенсационная способность каждой шины нагрузки для увеличения коэффициента мощности до 0,9 показана на рисунке 9. Общая емкость всех локальных конденсаторов составляет 615,0 кВАр. Для размещения конденсаторов в распределительных линиях применяются три метода, включая PSO, PPA и TSA. Существуют два исследовательских случая для системы, в которой два конденсатора помещены в случай 1, а три конденсатора помещены в случай 2. Ниже приводится сравнение и обсуждение.


5.2.1. Случай 1: два конденсатора

Чтобы получить пятьдесят успешных запусков для PSO, PPA и TSA, Npo и Niter соответственно устанавливаются на 20.Подробности пятидесяти прогонов показаны в таблице 5. Кроме того, лучший прогон и потери 50 прогонов также показаны на рисунках 10 и 11. Из таблицы видно, что лучшая потеря TSA является самой низкой, но ее средняя потеря и худшие потери — только вторые по величине после PPA. На рисунке 10 показан гораздо более быстрый поисковый потенциал TSA, чем PSO и PPA, поскольку его потери на 10-й итерации меньше, чем у PSO и PPA на последней итерации. Хотя средняя потеря TSA не лучше, чем PPA, на рисунке 11 показано, что TSA может найти четырнадцать решений с меньшими потерями, чем лучшее из PPA.Превосходство TSA над PSO более значимо. Таким образом, TSA — лучший из трех применяемых методов для дела.

908 сравнения с другими методами для этого случая показаны в таблице 6. Потери с наименьшим значением по-прежнему показывают лучшую производительность TSA с меньшими потерями, чем PLA-MPSO [10] и NCAB [13] на 0.581 и 0,541 кВт, что соответствует 0,41% и 0,38% потерь от двух сравниваемых методов. PSO и PPA также имеют такое же улучшение по сравнению с двумя сравниваемыми методами, потому что их потери примерно такие же, как у TSA. Более того, наиболее важная проблема заключается в том, что три применяемых метода запускаются путем установки 20 для Npo и Niter, но PLA-MPSO запускается путем присвоения 10 и 200 Npo и Niter. Очевидно, что установка может поддерживать PLA-MPSO более чем в 5 раз лучше при поиске лучшего места и емкости двух конденсаторов.В результате PLA-MPSO все равно был хуже TSA, а PPA даже хуже PSO. Анализ свидетельствует об эффективности компенсации реактивной мощности для увеличения коэффициента мощности всех нагрузок до 0,9.


Метод PSO PPA TSA

Наилучшие потери (кВт) 1410,310

9010,35 потери (кВт)

142,9242 142,1692 142.4312
Наихудшие потери (кВт) 146.0363 144.0607 145.1886
SD 1.2347 0,6575 0,67 0,6575 0,67 0,6575 0,67
9011 -MPSO [10]


Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 Npo 12, 30 403, 1040 1470 141.94 10 200
NCAB [13] 13, 30 405, 1052 1457 141.9 NR NR
, 531 962 + 615 = 1577 141,371 20 20
PPA 10, 30 442, 523 965 901 + 615 = 158010 14805
TSA 11, 30 434, 527 961 + 615 = 1576 141.359 20 20

5.2.2. Случай 2: Три конденсатора

В этом случае три конденсатора размещаются в распределительных линиях системы с 33 шинами посредством работы PSO, PPA и TSA. Npo и Niter соответственно установлены на 20 и 50 для получения 50 успешных запусков. Таблица 7 и рисунки 12 и 13 созданы для сравнения. Результаты аналогичны результатам в случае 1, поскольку TSA по-прежнему является лучшим инструментом поиска с наименьшими потерями, но его средняя и максимальная потеря не лучше, чем PPA.Лучший поисковый прогон на рисунке 12 показывает большую проблему поиска лучшего решения TSA, поскольку оно не может достичь меньших потерь, чем PPA, для первых тридцати семи итераций. Несмотря на этот недостаток, TSA также сходится к лучшему решению с меньшими потерями, чем лучшее решение PPA. Активный поиск TSA можно подтвердить, наблюдая за рисунком 13, на котором изображены шестнадцать красных точек под лучшей синей точкой. Это число может измерить выдающийся поиск TSA по PPA. Все значения и цифры могут привести к такой же оценке TSA и PSO, что TSA намного эффективнее.

0


Метод PSO PPA TSA

138,410 138,400 потери (кВт) 141.0291 139.861 139.9487
Наихудшие потери (кВт) 146.6033 143.1531 146.4281
SD4883 1,25 1,387



Устойчивость TSA сопоставима с другими методами, составив Таблицу 8. TSA может найти меньше потерь, чем три других метода, включая PLA- , NCAB и NCAB на 0,41, 0,69 и 0,65 кВт. Снижение потерь эквивалентно повышению производительности на 0,3%, 0,5% и 0,47%. PPA также лучше, чем три метода, в то время как PSO хуже, чем только PLA-MPSO.Точный расчет показывает, что PSO достигает более высоких потерь, чем PLA-MPSO на 0,03 кВт. Однако нельзя утверждать, что PLA-MPSO выигрывает у PSO. На самом деле, PSO, а также PPA и TSA запускаются путем установки Npo = 20 и Niter = 50, но PLA-MPSO был выполнен с использованием Npo = 10 и Niter = 200. Это сравнение подразумевает, что TSA и PPA намного лучше, чем PLA-MPSO в то время как PSO может найти лучшее решение, чем PLA-MPSO, если мы используем настройку PLA-MPSO для PSO. Очевидно, что TSA — лучший метод, и местная компенсация при каждой нагрузке действительно эффективна для распределительных систем.

9011 -MPSO [10] + = 2003

Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 Npo 13, 24, 30 360, 510, 1020 1890 138,37 10 200
NCAB [13] 13, 25, 30 386, 1000 1769 138.65 NR NR
NCAB [14] 12, 24, 30 500, 500, 1000 2000 138,61 NR NR
PS
25, 31 417, 463, 434 1314 + 615 = 1929 138,40 20 50
PPA 13, 24, 30 319, 487, 582 138,17 20 50
TSA 12, 24, 30 393, 530, 491 1414 + 615 = 2029 137.96 20 50

5.3. Сравнение и обсуждение результатов, полученных для системы распределения шин IEEE 69

В этом разделе система распределения шин IEEE-69 [29] используется для размещения конденсаторов с использованием PSO, PPA и TSA. Компенсационная способность каждой шины нагрузки представлена ​​на рисунке 14. Суммарная емкость всех локальных конденсаторов составляет 853,45 кВАр. Для размещения конденсаторов в распределительных линиях применяются три метода, включая PSO, PPA и TSA.Подобно двум системам, описанным выше, Случай 1 с размещением двух конденсаторов и Случай 2 с размещением трех конденсаторов в распределительных линиях выполняются и обсуждаются в следующих разделах.


5.3.1. Случай 1: Два конденсатора

Для получения обобщенных результатов из 50 успешных запусков, показанных в таблице 9, три применяемых метода запускаются путем установки Npo = 10 и Niter = 30. Минимальная потеря TSA — это лучшее значение, но его среднее и максимальные потери — не самые лучшие, но у PSO — лучшие.На рисунке 15 показана самая быстрая процедура поиска решения для TSA после того, как его решение, найденное на семнадцатой итерации, имеет меньшие потери, чем у PSO и TSA в конце процедуры поиска. На рисунке 16 показано, что TSA может получить восемь лучших решений и более десяти лучших решений, чем лучшее из PSO и PPA, соответственно. Таким образом, TSA по-прежнему остается лучшим вариантом для случая 1 системы.


Метод PSO PPA TSA

Наилучшие потери (кВт) 986 145.053 144.901
Средняя потеря (кВт) 147.354 149.336 147.444
Наихудшая потеря (кВт) 10 149805 10 149.234 SD 0,978 3,809 3,777



Сравнение PSO, PPA и TSA с двумя другими методами из [10, 13] показано в таблице 10.Три применяемых метода позволяют достичь лучших потерь, чем PLA-MPSO и NCAB. Снижение потерь, которое может получить TSA, PSO и PPA по сравнению с двумя методами, составляет 1,59 кВт, 1,514 кВт и 1,45 кВт. Потеря сбережений равна улучшению на 1,1%, 1,03% и 0,99%. PLA-MPSO был запущен с использованием Npo = 10 и Niter = 200, что примерно в 7 раз медленнее, чем TSA, PSO и PPA. Ясно, что TSA намного эффективнее метода. Однако следует подчеркнуть, что этот метод использовал 200 итераций, в то время как PSO использовал 30 итераций, но его результат все равно хуже, чем у PSO.Кроме того, PLA-MPSO представлял собой комбинацию метода анализа потерь мощности и модифицированной версии PSO (MPSO), в которой MPSO был более эффективным, чем PSO. Анализ отражает высокую эффективность комбинации локальной компенсации на каждой нагрузке для увеличения коэффициента мощности и компенсации в распределительных линиях.

9011 -MPSO [10]

Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 Npo 18, 61 350, 1240 1590 146.5 10 200
NCAB [13] 17, 61 356, 1224 1580 146,5 NR NR
:
TSA 17, 61 272, 883 1155 + 853 = 2008 144.901 10 30

5.3.2. Случай 2: три конденсатора

В случае 2 три конденсатора помещаются в распределительные линии путем запуска PSO, PPA и TSA с настройкой Npo = 30 и Niter = 60. Полученные результаты суммированы в таблице 11. TSA все еще остается лучший метод с наименьшими минимальными потерями. Лучшее выполнение на рисунке 17 показывает хороший поиск TSA, который намного быстрее, чем поиск PSO и PPA.TSA может найти лучшее решение, чем PSO и PPA, и даже решение TSA на пятнадцатой итерации лучше, чем окончательное решение PSO и PPA. Наблюдение за рис. 18 показывает, что TSA может найти три лучших решения, чем лучшее из PPA, и более шести лучших решений, чем лучшее из PSO. В случае системы с 69 шинами TSA не может достичь таких же хороших результатов, как для других вышеупомянутых систем с 15 автобусами и 33 автобусами.


Метод PSO PPA TSA

Наилучшие потери (кВт) 521 144.247 144.238
Средняя потеря (кВт) 145.811 144.946 145.692
Наихудшая потеря (кВт) 147.810 147.810
8 0,890
0,624 1,006



Сравнение с другими методами для случая показано в таблице 12.Сравнение потерь показывает, что TSA может определить расположение и размер конденсаторов с меньшими потерями, чем другие методы, от 0,96 кВт до 12,38 кВт, что соответствует улучшению с 0,66% до 7,9%. И PSO, и PPA также достигают лучших потерь, чем эти сравниваемые методы. Оба метода позволяют снизить потери с 0,68 кВт и 0,95 кВт до 12,1 кВт и 12,37 кВт. Снижение потерь эквивалентно увеличению с 0,47% и 0,66% до 7,7% и 7,9%. Ясно, что улучшение значительное.Метод с наибольшими потерями мощности в 156,62 кВт — это GA, который был запущен с принятием Npo = 60 и Niter = 100, в то время как метод со вторыми лучшими потерями (после TSA, PSO и PPA) в 145,2 кВт — PLA-MPSO. , который был успешно применен путем установки Npo = 10 и Niter = 200. Помимо худшего метода и второго лучшего метода, были запущены другие методы с высокими значениями Npo и Niter. Фактически, Npo и Niter составляют соответственно 2500 и 750 для GSA, 50 и 100 для TLBA и MSA и 20 и 200 для FPA.Что касается настроек, три применяемых метода являются наиболее мощными инструментами с самыми низкими значениями для параметра управления, Npo = 30 и Niter = 60. Следовательно, это приводит к выводу, что TSA является лучшим методом производительности с наименьшими потерями и самым быстрым Скорость и комбинация локальной компенсации на каждой нагрузке для увеличения коэффициента мощности до 0,9 и компенсации в распределительных линиях действительно полезны для достижения снижения потерь.

Два 9010 PL ] 27804 8

Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 9010 Npo Niter -шаговый метод [4] 19, 62, 63 225, 900, 250 1350 148.91 NR NR
WCPSO [5] 46, 47, 50 241, 365, 1015 1621 152,48
11, 18, 61 330, 250, 1190 1770 145,2 10 200
NCAB [13] 12, 21, 61 320, 226, 210 908 1756 145,3 NR NR
NCAB [15] 11, 21, 61 368, 231, 1196 1795 145.21 NR NR
GA [20] 59, 61, 64 100, 700, 800 1600 156,62 60 100
13, 15, 26 150, 1050, 150 1350 145.9 2500 750
TLBA [28] 12, 61, 64 600, 1050, 150 146,35 50 100
FPA [31] 11, 22, 64 450, 150, 1350 1950 145.86 20 200
CSA [33] 18, 61, 65 350, 1150, 65 1565 146,1 25
12, 21, 61 450, 150, 1200 1800 145,41 50 100
PSO 16, 61, 69 199, 856, 186 1241 + 2094 144,521 30 60
PPA 11, 22, 61 305, 169, 849 1323 + 853 = 2176 144.247 30 60
TSA 11, 17, 61 281, 186, 847 1314 + 853 = 2167 144.238 30 60
60
5.4. Сравнение и обсуждение результатов, полученных для распределительной системы IEEE 85-Bus

В этом разделе самая большая система с 85 шинами используется для размещения конденсаторов для снижения потерь. Данные системы приведены в [32].Для увеличения коэффициента мощности всех нагрузок до 0,9 общая мощность составляет 1377,23 кВАр. Компенсационная способность на каждой нагрузочной шине представлена ​​на рисунке 19. Два случая исследования системы — это размещение трех конденсаторов в случае 1 и размещение четырех конденсаторов в случае 2. Результаты и обсуждение случаев следующие.


5.4.1. Случай 1: Три конденсатора

Для работы PSO, PPA и TSA, Npo и Niter установлены на 30 и 60 соответственно. Сводка результатов представлена ​​в Таблице 13, в то время как лучший прогон и 50 проигрышных прогонов показаны на Рисунках 20 и 21.Сравнение результатов может дать такую ​​же оценку, как и в предыдущих разделах; то есть TSA может достичь наименьших потерь, но средние и наихудшие потери — не лучшие значения среди трех применяемых методов. Минимальные потери TSA составляют 143,1539 кВт, в то время как PSO и PPA составляют, соответственно, 144,0476 кВт и 143,2711 кВт. Для измерения скорости поиска методов на рисунке 20 показано, что решение, найденное TSA на 35-й итерации, имеет меньшие потери, чем у PSO и TSA на последней итерации. На рисунке 21 показано, что TSA может найти семь и более тридцати лучших решений, чем лучшее из PPA и PSO соответственно.Таким образом, TSA продолжает оставаться лучшим из трех применяемых методов в данном случае.

906 905

Метод PSO PPA TSA

Наилучшие потери (кВт10) 14.011 потери (кВт)
146,3503 144,1091 144,4088
Наихудшие потери (кВт) 149.9005 145,5883 149,5757
SD 1,368 0,5624 1,1508

используя Таблицу 14. Потери по-прежнему показывают лучшую производительность TSA, когда они могут достичь снижения потерь до 9,097 кВт и 8,654 кВт по сравнению с BFA и FPA. Уменьшение потерь соответствует 5.98% и 5,7% соответственно. Однако TSA — самый быстрый метод с настройками Npo = 30 и Niter = 60, но настройка Npo = 100 и Niter = 50 для BFA, и Npo = 20 и Niter = 200 для FPA. В настройках указано, что TSA может быть примерно в три и в два раза быстрее, чем BFA и FPA соответственно. PSO и PPA также более эффективны, чем BFA и FPA, с уменьшением потерь на 8,202 кВт и 7,759 кВт (для сравнения с PSO) и 8,98 кВт и 8,537 кВт (для сравнения с PPA). Снижение потерь указывает на то, что улучшение PSO и PPA по сравнению с двумя методами составляет 5.39% и 5,11%, 5,9% и 5,62% соответственно. Таким образом, можно сделать вывод, что TSA намного лучше, чем другие предыдущие методы, благодаря его сильным поисковым возможностям и предлагаемому методу компенсации.


9010 52, 69 + = 2539

Метод Конденсаторная площадка Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo Npo 9010 [26] 9, 34, 60 840, 660, 650 2150 152.25 100 50
FPA [31] 8, 36, 72 1200, 600, 600 2400 151.807 20 200
657, 259, 231 1147 + 1377 = 2524 144.048 30 60
PPA 8, 34, 68 663, 317, 182 143,27 30 60
TSA 9, 34, 67 562, 324, 248 1134 + 1377 = 2511 143.153 30 60

5.4.2. Случай 2: Четыре конденсатора

В этом разделе четыре конденсатора помещаются в систему шины IEEE 85 путем запуска PSO, PPA и TSA с настройками Npo = 30 и Niter = 100. Результаты суммированы в Таблице 15 и Рисунки 22 и 23. Значения, показанные в Таблице 15 и Рисунке 22, указывают на лучшую потерю TSA и лучшую способность поиска среди трех методов. На рисунке 23 показана лучшая стабильность TSA и PPA по сравнению с PSO, но TSA может достичь многих решений с меньшими потерями, чем у PPA.Итак, TSA — лучший метод среди трех применяемых методов.

1 Макс. TAPL (кВт)


Метод PSO PPA TSA

Мин. TAPL (кВт) 143,5341 142,7538 142,6718
Среднее значение TAPL (кВт) 145.9785 143,4734 143.8302 152.2482 145.0783 147.0468
Станд. разработчик 1,5441 0,4953 0,9011



Сравнение со смешанным целочисленным нелинейным программированием (MINP) приведено в таблице 16. [24] для случая исследования. PSO и PPA могут достигать меньших потерь, чем MINP, на 17,198, 16,336 и 17,117 кВт, что равняется 10,76%, 10,21% и 10,7% общих потерь от MINP.Эти значения действительно важны для такой крупномасштабной системы, как распределительная система с шиной IEEE 85. Итак, предложенный метод компенсации и примененный метод TSA действительно эффективны для снижения потерь. Хотя MINP не является метаэвристическим алгоритмом, скорость поиска этого алгоритма может быть гарантирована не такой короткой, как у трех применяемых методов, потому что, как показано в [24], метод был основан на анализе конфигурации систем распределения.


Метод Место для конденсатора Размер (кВАр) Всего кВАр Общая потеря (кВт) Npo 9010 Npo Npo [24] 2, 8, 29, 58 300, 700, 900, 500 2400 159.87
PSO 9, 11, 34, 75 468, 113, 352, 197 1130 + 1377 = 2507 143,534 30 100 100 PPA 9, 30, 49, 67 481, 206, 184, 255 1126 + 1377 = 2503 142.753 30 100
TSA 8, 1210, 34, 406, 173, 320, 223 1122 + 1377 = 2499 142.672 30 100

5.5. Обсуждение уровня улучшения TSA по сравнению с PSO и PPA

В этом разделе мы исследуем уровень улучшения TSA по сравнению с PSO и PPA с точки зрения компенсации реактивной мощности в четырех распределительных системах. Статистический тест, называемый рангом Вилкоксона [40], используется для оценки всех пятидесяти допустимых решений, найденных TSA, PPA и PSO. Тест проводится для каждых двух методов, включая TSA и PPA, а также TSA и PSO, и полученные результаты указывают на значительный уровень улучшения TSA.Для запуска теста Вилкоксона уровень значимости устанавливается равным 0,05, и пятьдесят значений потерь TSA и PPA, а также TSA и PSO добавляются для определения параметров Z ,, и. Как указано в [41, 42], значения параметра принимаются для определения уровня значительного улучшения, а 0,05 является границей для разделения производительности TSA на уровень значительного или незначительного улучшения. Если меньше 0,05, улучшение TSA по сравнению с другим сравниваемым методом является значительным, и наоборот. После запуска теста Вилкоксона для TSA, PSO и PPA результаты, включая Z ,, и представлены в таблице 17.Кроме того, уровень улучшения также оценивается и добавляется в последний столбец на основе значений. Для первой системы с 15 шинами меньше 0,00001 для всех случаев, и уровень улучшения TSA по сравнению с PSO, а также PPA является значительным для случаев 1 и 2. Маловероятно, что TSA не может достичь такого же значительного уровня улучшения для остальных систем с Автобусы 33, 69 и 85. Для системы с 33 шинами для статистического теста с PSO указывают, что уровень улучшения TSA по сравнению с PSO является значительным, но для статистического теста с PPA указывают, что уровень улучшения TSA по сравнению с PPA является незначительным.Улучшение TSA по сравнению с PSO незначительно для системы с 69 шинами, но значимо для системы с 85 шинами. Маловероятно, что улучшение TSA по сравнению с PPA будет значительным для системы с 69 шинами, но незначительным для системы с 85 шинами.


E-E-908 05 05 05 9010 02680 02680 0232 802 102 908 0 24 1 672 805 −1 24 2 24 1 908O00001 8 8

8 9080 Существенный

Система Вариант Метод Z Уровень улучшения
ПСО <0.00001 −4,233 199 Значимое
PPA <0,00001 −5,15 104 Значимое
PS 2
PS 2
PS 2 Значительный
PPA <0,00001 −5,0149 118 Значительный

IEEE 33-bus system 1
−2,2733 402 Значительное
PPA 0,267 −1,115 522 Незначительное
PPA 0,86502 −0,1689 620 Незначительное

IEEE 90-bus system
−1,7714 454 Незначительное
PPA 0,00018 −3,7406 250 Значительное
PPA <0,00001 −4,1171 211 Значительное

IEEE 85-bus system
−5,5651 61 Значительное
PPA 0,16452 −1,3949 493 Незначительное
PPA 0,0536 −1,9258 438 Незначительный

PSA уровень улучшения статистического метода и статистический тест проясняют основной уровень три метода для пятидесяти успешных прогонов.Хотя TSA не может достичь значительного уровня улучшения для всех исследуемых случаев, он всегда достигает основной цели минимизации потерь мощности среди трех применяемых методов и среди ряда сравниваемых методов. Таким образом, можно констатировать, что комбинация компенсации реактивной мощности на нагрузках и в узлах распределительных линий может достичь высоких результатов благодаря применению TSA.

6. Заключение

В этой статье компенсация реактивной мощности в радиальных распределительных системах была исследована для снижения общих потерь мощности.В отличие от других предыдущих исследований, в исследовании использовалась локальная компенсация на каждой нагрузке для увеличения коэффициента мощности до 0,9, а затем конденсаторы в распределительных линиях были размещены в качестве других исследований. Комбинация может помочь трем применяемым методам, включая PSO, PPA и TSA, найти наименьшие потери мощности для четырех радиальных распределительных систем с шинами 15, 33, 69 и 85 с двумя и тремя конденсаторами для первых трех систем и тремя и четырьмя конденсаторами. для последней системы. Сравнение этих трех методов показало, что TSA был лучшим с наименьшими потерями и во многих прогонах с меньшими потерями, чем лучшие прогоны PPA и PSO.Сравнение с предыдущими методами показало, что TSA была намного эффективнее. Улучшение TSA по сравнению с другими предыдущими методами составляет до 19,4% и 6,2% для случаев 1 и 2 системы распределения IEEE с 15 шинами, 0,41% и 0,5% для случаев 1 и случаев 2 системы распределения с 33 шинами IEEE. 1,1% и 7,9% для случаев 1 и 2 системы распределения IEEE с 69 шинами и 5,98% и 10,76% для случаев 1 и 2 системы распределения с 85 шинами IEEE. Хотя PSO был хуже, чем PPA и TSA примерно для всех случаев исследования, его результаты были более эффективными, чем другие методы, даже намного лучше, чем его модифицированная версия.Улучшение PSO по сравнению с предыдущим методом составило до 18,97% и 4,23% для случаев 1 и 2 системы распределения IEEE с 15 шинами, 0,4% и 0,18% для случаев 1 и случаев 2 системы распределения с 33 шинами IEEE, 1,03% и 7,73% для случаев 1 и 2 системы распределения IEEE с 69 шинами и 5,39% и 10,21% для случаев 1 и 2 системы распределения с 85 шинами IEEE. Значения не означают, что PSO был более эффективным, чем другие предыдущие методы; тем не менее, PSO смогла достичь хороших результатов благодаря предложенному методу компенсации.В результате можно сделать вывод, что TSA является одним из самых мощных методов, которые можно использовать в радиальных распределительных системах, и сочетание локальной компенсации на каждой нагрузке и компенсации в распределительных линиях очень полезно для снижения потерь мощности в распределительных системах.

Номенклатура
-ой линии распределения узлов в рассматриваемой торговой сети

08 Решение 9000 th7

Первое старое решение и первое новое решение в популяции
Ndl: Количество распределительных линий
Z л : Импеданс л -ой линии распределения
FF x : Значение пригодности решения x
S x :
: Наиболее эффективное решение в популяции
«,: Случайные числа в пределах 0 и 1
γ 1 , γ 2 9027 3 : Случайные числа в пределах 0 и 1
rd 1 : Случайное число в пределах 0 и 1
Δ S 1 , Δ S x : Шаг перехода первого решения и x -го решения
:
: Старое решение x и новое решение x в популяции
Q Загрузка k : Реактивная мощность нагрузки в узле k
Δ U l : Падение напряжения на распределительной линии l
U мин. U max : Нижняя граница и верхняя граница напряжения нагрузки
U k : Напряжение узла 900 07 k
Npo: Размер популяции
Niter: Количество итераций
Citer: Текущая итерация.
Доступность данных

Данные исследуемых систем в статье были взяты из [29, 32, 34].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование финансируется Вьетнамским национальным фондом развития науки и технологий (NAFOSTED) в рамках гранта № 102.02-2020.07.

Управление реактивной мощностью электрических сетей с ветроэнергетикой

‘) var buybox = document.querySelector («[id-данных = id _» + отметка времени + «]»). parentNode var cartStepActive = document.cookie.indexOf («ecommerce-feature — buybox-cart-step»)! == -1 ; []. slice.call (buybox.querySelectorAll («. покупка-опция»)). forEach (initCollapsibles) функция initCollapsibles (подписка, индекс) { var toggle = subscription.querySelector («. цена-опции-покупки») subscription.classList.remove («расширенный») var form = подписка.querySelector («. форма-варианта-покупки») if (form && cartStepActive) { var formAction = form.getAttribute («действие») form.setAttribute ( «действие», formAction.replace («/ оформление заказа», «/ корзина») ) } var priceInfo = subscription.querySelector («.цена-информация «) var buyOption = toggle.parentElement if (переключить && форму && priceInfo) { toggle.setAttribute («роль», «кнопка») toggle.setAttribute («tabindex», «0») toggle.addEventListener («клик», функция (событие) { var extended = toggle.getAttribute («aria-extended») === «true» || ложный переключать.setAttribute («расширенный ария»,! расширенный) form.hidden = расширенный если (! расширено) { buyOption.classList.add («расширенный») } еще { buyOption.classList.remove («расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } function initKeyControls () { документ.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains («покупка-опция-цена») && (event.code === «Space» || event.code === «Enter»)) { if (document.activeElement) { event.preventDefault () document.activeElement.click () } } }, ложный) } function initialStateOpen () { var buyboxWidth = buybox.offsetWidth ; []. slice.call (buybox.querySelectorAll («. покупка-опция»)). forEach (function (option, index) { var toggle = option.querySelector («. покупка-вариант-цена») var form = option.querySelector («. Purchase-option-form») var priceInfo = option.querySelector («. цена-информация») if (buyboxWidth> 480) { toggle.click () } еще { if (index === 0) { переключать.нажмите () } еще { toggle.setAttribute («расширенная ария», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрыто» } } }) } initialStateOpen () если (window.buyboxInitialised) вернуть window.buyboxInitialised = true initKeyControls () }) ()

Conrad Energy предоставит услуги реактивной мощности для SPEN Distribution

Новости

Компания

SP Energy Networks (SPEN) заключила контракт с производителем электроэнергии Conrad Energy на предоставление услуги реактивной мощности, причем впервые это было сделано на уровне распределения.
Напряжение в электрической системе является основным компонентом поддержания ее общей стабильности. Операторы распределительных сетей (DNO), такие как SPEN, должны найти новые способы поддержки системного напряжения, поскольку энергия все чаще поступает из возобновляемых источников. Ключевой частью этой поддержки напряжения является реактивная мощность, которая генерируется или поглощается оборудованием различных типов, подключенным к электрической сети. Поскольку традиционных источников реактивной мощности меньше, операторам приходится искать альтернативные источники.Контракт
Conrad Energy с SPEN будет действовать с июля до конца октября, а пилотный проект новой технологии будет проводиться в августе в течение пяти дней во Флинтшире в Уэльсе.
Грэм Кэмпбелл, наш руководитель по операциям с распределительными системами, сказал: «Это действительно здорово быть первым британским DNO, имеющим возможность заключать контракты на реактивную мощность на уровне распределения, и я с нетерпением жду испытания в августе, которое подтвердит возможность этого. новый сервис гибкости.
«Мы гордимся тем, что работаем с Conrad Energy над этим проектом, который поможет нам лучше управлять нашей сетью и поддержит ожидаемый рост низкоуглеродных технологий, таких как электромобили и тепловые насосы.
«Эти технологии будут играть ключевую роль в восстановлении« зеленой »экономики и более широком движении к целевым показателям чистых нулевых выбросов, и я рад, что SP Energy Networks находится в авангарде реализации этих изменений за счет инноваций».
Ли Пристли, коммерческий директор Conrad Energy, сказал: «Поддержка этого проекта с нашей гибкой производственной площадки во Флинте укрепляет наши прекрасные отношения с SP Energy Networks, и мы рады работать с ними для дальнейшего перехода к нулевому показателю.
«Способность проекта предоставлять широкий спектр услуг на уровне распределения, а также повышать энергетическую устойчивость отражает наш руководящий принцип работы, направленный на распространение возобновляемой энергии.

SPEN присоединился к четырем другим DNO, чтобы упростить для новых участников удовлетворение растущей потребности в гибких услугах. Вместе с Western Power Distribution, Electricity North West, Scottish and Southern Electricity Networks и Northern Powergrid они создали единый портал для заключения контрактов на поставку услуг и предоставления информации на сайте www.flexiblepower.co.uk.

Дополнительная литература
Conrad Energy приобретает батарею и готовится запросить разрешение на разработку солнечной фермы

Что такое реактивная мощность и почему это важно? | Дракс | Drax

Откройте для себя бесшумную силу, которая «качает» электричество по сети.

Электричество, которое включает лампочки и заряжает телефоны. называется «активной мощностью». Однако для эффективного, экономичного и безопасного перемещения активной мощности по стране требуется так называемая «реактивная мощность».

Насос, питающий электричество.

Реактивная мощность генерируется так же, как активная мощность, на больших электростанциях, но подается в систему немного другим способом.

Далеко не уедет. Так сеть региональных распределителей реактивной мощности обслуживает локальных территорий .

Электростанции — не единственный источник реактивной мощности. Электронные устройства, такие как ноутбуки и телевизоры, также вырабатывают и возвращают небольшие количества реактивной мощности обратно в сеть.Это может увеличить количество реактивной мощности в сети, поэтому электростанции должны поглощать избыток.

Это потому, что, хотя реактивная мощность важна, более важно иметь правильную величину в сети. Если их слишком много, линии электропередач могут оказаться перегруженными, что приведет к нестабильности в сети. Слишком мало — снижает эффективность.

Управление реактивной мощностью обеспечивает подачу активной мощности в нужные места. Но это также означает контроль напряжения в сети.

Как контроль напряжения сдерживает волатильность

По всей Великобритании вся электроэнергия в национальной сети должна работать при одинаковом напряжении (400 кВ или 275 кВ).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.