Выбор мощности компенсирующих устройств

В общем случае определение мощности компенсирующих устройств можно считать оптимизационной задачей; цель – нахождение реактивной мощности устройства, соответствующей минимуму суммарных затрат:

З = З_п + З_к,

где З_п – затраты, обусловленные активными потерями, связанными с потоками активных и реактивных мощностей; З_к – затраты на компенсирующие устройства.

При использовании БК принимают

З_k =З_kQ_k,

где З_к – удельные затраты на БК, долл./квар в год; Q _k – реактивная мощность компенсирующего устройства.

Для случая установки БК на подстанции целевая функция

З = P² + Q² / U² ∙RC₀ + З_k (Q_н – Q), (15.30)

где Q_н – начальная нескомпенсированная реактивная нагрузка подстанции; С₀ – удельная стоимость активных потерь; R – эквивалентное активное сопротивление сети; Q = Q_н – Q_к – реактивная мощность, протекающая в сети после установки БК. Уравнение для определения мощности (назовем ее эквивалентной или остаточной):

dЗ /d Q = 2Q / U² ∙ RC₀ – З_к = 0, (15.31)

откуда

Q = Q_э = З_кU² / (2RC₀) и Q_к = Q_н – Q_э. (15.32)

Для простоты расчета не были учтены влияния Q_k и Q₃ на U, так как

∆U ≈ Q_x / U.

Полученное решение может быть проиллюстрировано с помощью кривых рис. 15.7.

Рисунок 15.7 - Определение оптимальных значений потребляемой Q

Электроприемники напряжением до 1 кВ – значительные потребители реактивной мощности, следовательно, средства компенсации, в частности конденсаторы, по возможности, следует устанавливать в той же сети.

Поэтому выбор средств компенсации реактивной мощности от электроприемников до 1 кВ следует рассматривать одновременно с определением числа и мощности трансформаторов, числа и пропускной способности питающих линий.

Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, рассчитывают по минимуму приведенных затрат в два этапа:

определение мощности НБК исходя из пропускной способности трансформатора;

определение дополнительной мощности НБК в целях оптимального

снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6–10 кВ предприятия.

Суммарная расчетная мощность н.к Q НБК:

Q_н.к = Q_н.к.1 + Q_н.к.2, (15.33)

где Q_н.к.l и Q _н.к.2 – суммарные мощности НБК, определяемые на двух указанных этапах расчета;

Q_н.к.1 = Q_р – Q_maxт, (15.34)

где Q_p – расчетная реактивная мощность за наиболее загруженную смену на напряжение до 1 кВ; Q _maxт – наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ,

Q _maxт = √(Nk₃S_ном.т)² – P_p², (15.35)

где N – число трансформаторов; k_з – рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; S_ном.т – номинальная мощность трансформатора; Р_р – расчетная активная мощность технологически связанных нагрузок за наиболее загруженную смену.

Номинальная мощность трансформатора

S_ном.т ≥ P_p² / (k₃N). (15.36)

Если в расчетах оказывается, что Q_н.к.1 < 0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется (принимается Q _н.к.l = 0).

Q_н.к.2 = Q_р – Q_н.к.1 – γNS_ном.т, (15.37)

где γ – расчетный коэффициент, определяемый в зависимости от схемы питающей сети и расчетных коэффициентов, зависящих, в свою очередь, от удельных приведенных затрат на установку батарей конденсаторов низшего и высшего напряжений, потерь активной мощности, параметров питающей линии и номинальной мощности трансформатора.

Если в расчетах оказывается, что Q_н.к.2< 0, то установка батарей конденсаторов при определении дополнительной мощности с целью снижения потерь в трансформаторах и питающей сети не требуется (принимается Q _н.к.2= 0).

Реактивная мощность, найденная по (15.33), распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.

Вопросы для самопроверки

1. Укажите физический смысл реактивной мощности и назовите ее источники в системах электроснабжения.

2. Выполните баланс реактивной мощности по уровням системы электроснабжения промышленных предприятий.

3. Сравните технические характеристики синхронных машин и батарей конденсаторов как источников реактивной мощности.

4. Обоснуйте экономическую необходимость компенсации реактивной мощности и энергии.

5. Назовите критерии оптимизации компенсации реактивной мощности.

6. Опишите особенности выбора компенсирующих устройств на основе нормативных документов.

Литература: [6, 7].