Qu ' est-ce que la puissance réactive ?
Quand il s'agit de « compensation réactive », nous devons d'abord comprendre le concept de puissance réactive. La puissance réactive est relativement facile à comprendre car elle peut faire du travail, générer de la chaleur et entraîner la rotation du moteur, etc. Par exemple, lorsque le courant alternatif passe à travers une résistance pure, le courant peut faire générer de la chaleur à la résistance, ce qui signifie que l'énergie électrique est convertie en énergie thermique. Cependant, la puissance réactive est plus difficile à comprendre. Il n'existe que dans l'alimentation en courant alternatif, et il n'y a aucun problème de puissance réactive dans l'alimentation en courant continu. Par exemple, lorsque le courant alternatif passe à travers une charge de capacité pure ou d'inductance pure, il ne fonctionne pas. En d'autres termes, la capacité pure ou la charge d'inductance pure ne consomment pas de puissance active, mais le courant et la tension correspondante qui les traversent forment de la puissance CA, appelée puissance réactive. Théoriquement parlant, la puissance réactive ne fonctionne pas, elle ne devrait donc pas générer de lumière et de chaleur, ni entraîner la rotation du moteur.Les charges que nous rencontrons souvent sont rarement purement inductives ou purement capacitives, mais des charges mixtes. Lorsque le courant passe à travers eux, une partie de la puissance peut faire le travail tandis que d'autres ne peuvent pas. La puissance qui ne peut pas faire de travail est la puissance réactive. Pour montrer intuitivement la relation entre la puissance réactive et la puissance active, les gens utilisent le concept de facteur de puissance pour décrire le taux d'utilisation de l'énergie électrique. Plus le facteur de puissance est proche de 1, plus la proportion de puissance active est élevée et le taux d'utilisation de l'énergie électrique est élevé ; inversement, plus le facteur de puissance est proche de 0, plus la proportion de puissance active est faible et le taux d'utilisation de l'énergie électrique est faible. Pour améliorer le taux d'utilisation de l'énergie électrique, le concept de "compensation réactive" est proposé.
Après avoir compris les concepts de puissance réactive, de puissance active et de facteur de puissance, ainsi que le but fondamental de la compensation réactive pour améliorer l'utilisation de l'énergie électrique, nous allons maintenant approfondir une analyse détaillée. Pourquoi la compensation réactive est-elle nécessaire ? Quel est le principe de la compensation réactive ? Quelles sont les formes de compensation ? Et comment se passe son économie ?
Chapitre 2 : Pourquoi la compensation réactive est nécessaire
La puissance réactive n'est pas une puissance inutile. Dans les systèmes d'alimentation en courant alternatif, les inducteurs et les condensateurs sont des charges indispensables, telles que les charges ferromagnétiques des moteurs et des transformateurs. Sans excitation réactive inductive, l'équipement ne peut pas fonctionner correctement. Par exemple, une ligne de transmission d'énergie à distance fixe est elle-même une charge capacitive, qui agit comme un condensateur lorsqu 'elle fournit de l'énergie. Dans les systèmes d'alimentation en courant alternatif, l'existence de la puissance réactive joue un rôle important dans la transmission et l'échange d'énergie, et est indispensable. En effet, le système ne peut pas fonctionner correctement sans échange de puissance réactive.
D'où provient une grande quantité de puissance réactive ? Dans le système, de nombreuses charges réactives, en particulier les charges réactives inductives, tirent généralement de l'énergie réactive des centrales électriques. Lorsqu ' un générateur est en fonctionnement, il libère non seulement de l'énergie électrique active dans le système, mais fournit également l'énergie réactive correspondante aux charges inductives. Le générateur doit maintenir une sortie réactive appropriée pendant le fonctionnement. Le défaut de le faire pourrait avoir un impact néfaste sur le système de production d'électricité, soulignant l'importance de maintenir l'équilibre de la puissance réactive dans le système.
Lorsque la demande de puissance réactive dans le système augmente, si aucun dispositif de compensation réactive artificielle n'est installé dans le système, la centrale électrique doit augmenter sa puissance réactive par modulation de phase. Cependant, en raison de la capacité limitée du générateur, cela réduirait nécessairement sa puissance active, réduisant ainsi efficacement sa capacité de sortie globale. Pour répondre à la demande en électricité, la capacité des générateurs, des lignes électriques et des transformateurs devrait être augmentée. Cela augmenterait non seulement les investissements dans l'alimentation électrique, mais aussi les taux d'utilisation des équipements et les pertes de ligne.
Pour réduire la pression d'alimentation réactive des centrales électriques, nous investissons des condensateurs correspondants aux points du système d'alimentation électrique où les charges inductives consomment une grande quantité d'énergie pour fournir de la puissance réactive aux charges inductives. Cela réduit considérablement la pression de l'alimentation réactive sur les centrales électriques. Sur la base de l'amélioration du facteur de puissance naturel, les utilisateurs doivent concevoir et installer des dispositifs de compensation réactive, et les activer ou désactiver en temps opportun en fonction de leurs fluctuations de charge et de tension pour éviter la livraison inverse de la puissance réactive. Dans le même temps, le facteur de puissance de l'utilisateur doit répondre à la norme correspondante afin d'éviter les tarifs d'électricité supplémentaires du service d'alimentation électrique Par conséquent, à la fois pour les services d'alimentation électrique et les utilisateurs d'électricité, la compensation automatique de la puissance réactive pour améliorer le facteur de puissance et éviter la livraison inverse de la puissance réactive est d'une grande importance dans l'économie d'énergie et l'amélioration de la qualité opérationnelle.
Chapitre 3 : Qu 'est-ce que le principe de la compensation réactive ?
● Analysé du point de vue de l'absorption et de la libération d'énergie
La plupart des charges réactives mentionnées dans le système sont généralement des charges réactives inductives. Lorsque les dispositifs avec des charges de puissance capacitive sont connectés en parallèle avec des charges de puissance inductive dans le même circuit, la charge capacitive libère de l'énergie lorsque la charge réactive inductive absorbe l'énergie, et vice versa. L'énergie est échangée entre les charges capacitives et inductives. La puissance réactive absorbée par la charge capacitive peut être compensée par la sortie de puissance réactive du dispositif de charge capacitive, et la puissance réactive est équilibrée localement pour réduire les pertes de ligne, améliorer la capacité de charge, réduire les pertes de tension et soulager la pression d'alimentation de la centrale électrique. C'est le principe de base de la compensation réactive.
● Analysé du point de vue de la phase (inductive / capacitive)
Dans une charge inductive pure, le courant IL dépasse la tension de 90 ° et sa puissance est appelée puissance réactive inductive.À l'inverse, dans une charge capacitive pure, le courant Ic est en avance sur la tension de 90 °, et sa puissance est connue sous le nom de puissance réactive capacitive.
La différence de phase entre le courant dans un condensateur et le courant dans un inducteur est de 180 °, qui peuvent s'annuler mutuellement. La plupart des charges dans un système d'alimentation sont inductives, de sorte que le courant total I sera en retard de la tension par un angle Φ 1. Si un condensateur parallèle est connecté en parallèle avec la charge, alors I ′ = I IC. Le courant du condensateur compense une partie du courant inductif, ce qui entraîne une réduction du courant total de I à I ′, et l'angle de phase est réduit de Φ 1 à Φ 2. Cela permet d'améliorer le facteur de puissance et de gérer la puissance réactive localement.
04 Quelles sont les formes de compensation de la puissance réactive ?
D'une manière générale, il existe de nombreuses formes de compensation de puissance réactive, y compris:
En fonction du niveau de tension du point de couplage commun (PCC) où la compensation est appliquée, elle peut être divisée en compensation haute tension, compensation moyenne tension et compensation basse tension.
Sur la base de la position du point de compensation dans le système de transmission et de distribution d'énergie, il peut être divisé en compensation sur place du côté de l'équipement, compensation partielle locale dans la zone et compensation centralisée dans la sous-station.
En fonction du type d'équipement de compensation, il peut être divisé en compensation de condensateur de commutation.(compensation FC), compensation de rotation mécanique (comme les compensateurs synchrones, les générateurs synchrones et les moteurs synchrones), la compensation de la puissance réactive statique (compensateurs de variation statiques : condensateurs à commutation de thyristor TSC, réacteurs à commande de thyristor TCR, réacteurs à commande magnétique MCR ; compensateurs synchrones statiques STATCOM ; générateurs de variation statique SVG), et la compensation de puissance réactive composite (FC TCR, FC MCR, FC STATCOM).
● Formulaires de compensation basés sur l'emplacement de la compensation
Ensuite, nous présenterons brièvement les formes de compensation de la puissance réactive pour les systèmes basse tension de 0,4 KV en fonction de différents emplacements de compensation.
La compensation côté équipement sur site est une méthode de compensation de la puissance réactive pour un équipement électrique individuel. Il s'agit de connecter directement les condensateurs au même circuit électrique que l'équipement individuel et d'utiliser le même commutateur pour le contrôle, soit en les faisant fonctionner simultanément ou en les déconnectant. Cette méthode de compensation a le meilleur effet car les condensateurs sont proches de l'équipement électrique pour équilibrer le courant réactif localement, évitant une surcompensation en conditions de vide et assurant la qualité de l'alimentation. Cette méthode de compensation est couramment utilisée pour les moteurs haute et basse tension et autres équipements électriques. Cependant, lorsque l'équipement utilisateur fonctionne de manière non continue, le taux d'utilisation des condensateurs est faible et leurs avantages de compensation ne peuvent pas être pleinement réalisés.
La compensation partielle locale dans la zone implique l'installation de condensateurs en groupes dans les salles de distribution de l'atelier ou les lignes de branche de la sous-station. Ces condensateurs peuvent être ajoutés ou retirés en fonction des changements de charge du système. L'effet de compensation est également bon, mais le coût est relativement élevé.
La compensation centralisée dans la sous-station consiste à installer tous les groupes de condensateurs sur les barres de bus primaires ou secondaires de la sous-station. Cette méthode de compensation est simple à installer, fiable en fonctionnement et peut compenser collectivement la puissance réactive du système basse tension de 0,4 KV. Il a un effet direct sur l'amélioration du facteur de puissance du côté primaire du transformateur (généralement un point de mesure 10KV). Ce type de méthode de compensation est actuellement la solution la plus utilisée et relativement rentable.
● Formulaires de compensation en fonction des types d'équipements de compensation
Il existe de nombreux types d'équipements de compensation, et le choix est généralement basé sur l'équipement réel en fonctionnement sur le site. Chaque dispositif de compensation a ses propres avantages et inconvénients. Dans cet article, nous présenterons brièvement deux produits qui sont les plus largement utilisés dans le système de distribution de 0,4 KV sur le marché : la compensation de condensateur de commutation (compensation FC) et le générateur de variation statique (compensation SVG).
Compensation du condensateur de commutation (compensation FC)
La compensation par condensateur de commutation est la méthode traditionnelle de compensation par condensateur parallèle. Son principe est d'augmenter la demande réactive inductive de la charge de compensation réactive capacitive pour améliorer la stabilité de la tension de charge et améliorer le facteur de puissance.
En raison du fait que la commutation des condensateurs parallèles dans les temps antérieurs a été réalisée par des contacteurs, qui ont un temps de réponse à l'échelle de deuxième niveau, son inconvénient fatal était le grand courant d'entrée pendant la commutation. Dans les cas graves, il pourrait atteindre 50 - 100 fois le courant nominal du condensateur de compensation, entraînant une lumière d'arc significative et causant des dommages aux condensateurs et aux contacts. Sur la base du fonctionnement réel des charges sur site, des alternatives aux contacteurs tels que les commutateurs synchrones, les commutateurs hybrides et les commutateurs à thyristor ont progressivement émergé sur le marché. Ces alternatives ont considérablement amélioré la commutation à zéro tension et l'interruption à zéro courant, réduisant considérablement les dommages causés par la commutation du courant d'ondule.
Afin d'obtenir un contrôle de commutation intelligent, un système d'acquisition de données diversifié, des fonctions de protection diversifiées et une installation et une maintenance simplifiées, un autre type de compensation de condensateur de commutation a été développé ces dernières années - le condensateur intelligent. Comparé à la compensation de capacité traditionnelle, il a de multiples fonctions technologiques que les condensateurs traditionnels ne peuvent pas atteindre. De plus, avec l'électronisation des équipements de charge, l'impact des harmoniques sur le système de distribution ne peut pas être ignoré, notamment sur les condensateurs. Par conséquent, en réponse aux effets harmoniques, la compensation de FC a également subi de nombreuses améliorations connexes. Par exemple, le concept de taux de réactivité en série a été introduit. Quand faut-il utiliser un taux de réactivité série de 6% ou 7% ? Et quand faut-il utiliser un taux de réactance série de 13% ou 14% ? Cette partie sera expliquée dans un sujet ultérieur.
Générateur de Var statique (SVG)
Un générateur de variation statique est un nouveau dispositif électronique de puissance utilisé pour la compensation de la puissance réactive. Il peut compenser rapidement et en permanence des quantités variables de puissance réactive et des séquences négatives. Son application peut surmonter la lenteur de la vitesse de réponse, le contrôle de compensation inexact et la tendance à provoquer une résonance parallèle et une oscillation de commutation dans les compensateurs de puissance réactive traditionnels tels que les compensateurs FC.
Comparé à la compensation FC, ses trois principaux avantages sont ::
1 Compensation linéaire de la puissance réactive avec une étape de compensation inférieure à 1KVar ; 2 Compensation sans polarité, qui peut produire à la fois la puissance réactive capacitive et inductive ; 3 Temps de réponse rapide, avec un temps de réponse total inférieur à 5 ms.
Économie de la compensation de la puissance réactive par Tsai Ing-wen
● Compenser la puissance réactive pour améliorer le facteur de puissance.
Selon l'avis sur la « Méthode d'ajustement des frais d'électricité en fonction du facteur de puissance », il n'est pas difficile de constater que les règles d'ajustement du facteur de puissance prennent 0,9 comme valeur standard. En augmentant le facteur de puissance, les utilisateurs peuvent réduire leurs frais totaux d'électricité. De plus, les utilisateurs de distribution ayant un facteur de puissance supérieur à 0,9 peuvent également recevoir des récompenses de la compagnie d'électricité pour l'ajustement du facteur de puissance. Grâce à une compensation raisonnable, le facteur de puissance au point de mesure peut être ajusté pour répondre aux normes nationales, ce qui peut éliminer les frais de facteur de puissance et réduire considérablement les coûts d'électricité pour les utilisateurs d'électricité.
L'économie d'énergie active des dispositifs de compensation de puissance réactive dynamique ne réduit que les pertes dans l'alimentation et la distribution de l'énergie du point de compensation au générateur. Par conséquent, la compensation de puissance réactive du côté du réseau haute tension ne peut pas réduire la perte du côté basse tension ou améliorer le taux d'utilisation des transformateurs de puissance basse tension. Selon la théorie de la compensation optimale, la compensation dynamique locale de la puissance réactive a l'effet d'économie d'énergie le plus significatif.
De plus, de nombreux dispositifs de compensation sur le marché favorisent des concepts tels que « économie d'énergie » et « économie d'énergie ». La plupart d'entre eux commencent par la compensation de puissance réactive, améliorent le facteur de puissance, réduisent les pénalités de facteur de puissance ou transforment les pénalités de facteur de puissance en récompenses de facteur de puissance, atteignant finalement l'objectif d'économiser de l'argent pour les utilisateurs de distribution. Par conséquent, du point de vue du transfert d'énergie naturelle dans la nature, la compensation de puissance réactive strictement parlant n'appartient pas à la catégorie de "économie d'énergie" ou "économie d'énergie". "Cependant, cela peut réellement économiser de l'argent pour les utilisateurs de distribution.
● Réduire les pertes dans les lignes de transmission et les transformateurs Une compensation raisonnable peut efficacement réduire le courant du système. Prenant une puissance naturelle du système de 0,7 comme exemple, si le facteur de puissance du système est augmenté à près de 1 par des dispositifs de compensation, le courant du système diminuera d'environ 30 %. Cela signifie que la perte dans les lignes et les transformateurs peut être réduite à P = I2R = (1 - 30 %) 2R = 0,49R, ce qui représente une réduction de 51 % des pertes de ligne et de transformateur. Le facteur de puissance naturelle d'une entreprise d'électricité est généralement d'environ 0,7. Le taux de réduction de la perte de ligne et de la perte de cuivre dans les transformateurs en augmentant le facteur de puissance de 0,7 à plus de 0,95 est indiqué dans le tableau ci-dessous.
La réduction des pertes de ligne et de transformateur et l'économie de puissance active sont des mesures importantes d'économie d'énergie. Dans l'industrie pétrolière, où les lignes sont longues et complexes, l'augmentation de l'équipement de compensation de puissance réactive peut réduire le courant de fonctionnement, réduisant ainsi les pertes de ligne et économisant de la puissance active, avec des effets d'économie d'énergie notables.
● Augmenter la capacité de transmission du réseau électrique et améliorer l'utilisation des équipements
Les dispositifs de compensation peuvent réduire efficacement le courant du système et la puissance apparente, réduisant ainsi efficacement la capacité de tous les équipements connexes dans la construction du réseau électrique et réduisant l'investissement dans la construction du réseau électrique. Pour un système avec un facteur de puissance d'environ 0,7, une compensation efficace peut réduire le courant du système de 30 %, ce qui signifie augmenter de 30 % la capacité de charge des centrales électriques et des installations de transformation et de distribution d'énergie.
S'il y a une capacité insuffisante dans les transformateurs et les lignes, la méthode d'installation des dispositifs de compensation de puissance réactive peut être utilisée. L'installation de dispositifs de compensation de puissance réactive peut équilibrer la puissance réactive localement, réduire le courant circulant dans les lignes et les transformateurs, ralentir la vitesse de vieillissement du fil et de l'isolation du transformateur et prolonger leur durée de vie. Dans le même temps, il peut libérer la capacité des transformateurs et des lignes, augmentant ainsi leur capacité de charge. Par exemple, avec un transformateur de 100 KVA fonctionnant actuellement à 85 % de charge avec un COSΦ de 0,7, l'installation d'un équipement de compensation de puissance réactive peut augmenter la capacité de charge du transformateur de 30 %. Les utilisateurs peuvent augmenter leur charge sans augmenter la capacité pour faciliter une nouvelle expansion de la production.
● Amélioration de la qualité du voltage
Une grande quantité de charge inductive dans le système entraînera une chute de tension sur les lignes électriques, en particulier à la fin des lignes électriques. Une compensation raisonnable peut atténuer efficacement la chute de tension de ligne et améliorer la qualité de l'énergie.
La formule pour calculer la perte de tension dans la ligne est la suivante ::
Dans la formule:
P-Puissance active, kW
U-Tension nominale, kV
Ω R - Résistance totale de la ligne,
Q - Puissance réactive, kVar
Xl - Réactance inductive de la ligne, Ω
comme le système' Si la réactance inductive est beaucoup plus grande que son impédance, on peut voir de la formule que les changements de puissance réactive peuvent affecter de manière significative les variations de tension. Lorsque la puissance réactive Q dans la ligne diminue, la perte de tension diminue également.
À la fin de la ligne d'alimentation, la tension est généralement basse. L'augmentation des dispositifs de compensation réactive peut augmenter la tension sur la ligne' s fin pour assurer un fonctionnement sûr et fiable de l'équipement.
D'autre part, avec le développement de l'industrie, l'utilisation d'un grand nombre d'équipements de commande automatique et de charges non linéaires a entraîné un flux important d'harmoniques dans le réseau de distribution d'énergie, contaminant le réseau. L'un des principaux moyens d'améliorer la qualité de l'énergie est de supprimer ou de réduire considérablement l'impact des harmoniques sur le système d'alimentation électrique et l'équipement électrique grâce à une allocation raisonnable d'équipements de filtrage de compensation.
Enfin, avec la montée des nouveaux systèmes d'alimentation, les problèmes de qualité de l'énergie sont liés à de nombreux problèmes liés à la qualité de l'énergie, les questions suivantes méritent une meilleure compréhension, familiarisation et exploration.:
1. Analyse des problèmes de résonance, qu ' est-ce que la résonance ?
2. Quels sont les scénarios courants dans lesquels les filtres sont souvent endommagés ?
3. Quelle est la différence entre la compensation locale et la compensation centralisée des filtres ?
4. Comment comprendre l'exigence de réduire les harmoniques à 5% ?
5. L'installation de filtres peut-elle réellement réaliser des « économies d'énergie » ?
6. Comment l'intégration de dispositifs électroniques de puissance tels que le stockage d'énergie, le photovoltaïque et l'énergie éolienne affecte-t - elle la qualité de l'électricité ?
La demande de qualité de l'énergie dans les systèmes de micro-réseaux est-elle importante ?
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