Этот вопрос связан с моим предыдущим вопросом , на который Олин дал отличный ответ .
Обратите внимание, что этот вопрос касается систем передачи и распределения, а не электроники. Я считаю, что утверждения, которые я делаю в вопросе, известны большинству инженеров по энергосистемам, и поэтому я не включил цитаты и внешние источники.
Следующая цитата относительно отключения электроэнергии в 2003 году взята из отчета «Предотвращение падения напряжения с помощью систем защиты, включающих оптимальное управление реактивной мощностью», публикация PSERC 08-20:
Путем выполнения оптимального управления реактивной мощностью после нештатных ситуаций профиль напряжения системы, запас стабильности напряжения на шинах нагрузки и запасы реле были улучшены, чтобы обеспечить соответствие критериям работы системы после любых нештатных ситуаций.
Реактивная мощность используется для управления напряжением в системах передачи и, как говорят, повышает стабильность напряжения.
Почему и как реактивная мощность помогает улучшить стабильность напряжения?
Предыдущий вопрос был о том , почему реактивная мощность влияет на напряжение. Этот вопрос действительно связан, но, на мой взгляд, это совершенно другой вопрос, и ответы на предыдущий вопрос не будут применимы для этого. Поэтому, на мой взгляд, это не дубликат.
Прежде всего, я думаю, что ваш вопрос должен заключаться не только в том, «почему реактивные нагрузки улучшают стабильность напряжения сети », а в стабильности сети, а не только в напряжении, токе или мощности. Все улучшено.
Вернемся к 1970-м годам: электросеть полностью переменного тока, полностью линейная (т.е. мощность переменного тока вырабатывается на электростанции, и для доставки ее конечному потребителю используются несколько ступеней линейного трансформатора). Между ними нет линий электропередач постоянного тока, нет инверторов, нет PFC. Напряжение на линии электропередачи достаточно точно синхронизировано, чтобы можно было использовать синхронизирующие двигатели (синхронные двигатели, например, в часах на вокзале), таймеры и DTMF-кодирование на линиях электропередач и т. д.
Большинство устройств, которыми пользуются обычные домохозяйства и которые потребляют значительное количество энергии, имеют хороший коэффициент мощности; они являются почти идеальными резистивными нагрузками. Утюги для одежды, лампочки, духовки. Кроме того, домохозяйства используют довольно небольшое количество энергии (исторически от 10 до 15% электроэнергии). Теперь большой промышленный объект включает свои гигантские двигатели. Двигатели являются очень индуктивными машинами, т.е. имеют низкий коэффициент мощности. Насосная система большой канализационной станции может потреблять столько же энергии, сколько целый городской квартал, так что это оказывает большое влияние на энергосистему.
Идеальная сеть очень «жесткая»: ее линии электропередач не имеют падения напряжения, собственной индуктивности и задержки распространения. В действительности, конечно, линии электропередач обладают некоторой эластичностью, и особенно использование больших двигателей и других устройств с большим отличием коэффициента мощности от среднего может дестабилизировать местную сеть. Обратите внимание на формы сигналов напряжения и тока; в идеальном мире это синхронные синусоидальные волны. Однако, если 50 % сетки имеют почти идеальное сопротивление, а остальные 50 % имеют коэффициент мощности, скажем, 0,5, текущая форма сигнала больше не является синусоидой; ток потребляется как на пике формы волны напряжения, так и между пиком и пересечением нуля. Это больше похоже на блочную форму волны. Этот увеличенный ток «между» пиками в сочетании с собственной индуктивностью сетки вызывает скачки напряжения.
Не только это; автоматические выключатели, например, традиционно всегда полагались на переход тока через нуль в течение разумного периода времени, чтобы иметь возможность переключаться. Вы не можете отключить 100 кА; даже если вы буквально перережете провод топором, они все равно будут вызывать дугу и заставлять ток продолжать течь слишком долго, чтобы быть в безопасности. Тиристоры и другие полупроводниковые автоматические выключатели также просто продолжают работать до тех пор, пока ток не пересечет ноль, даже если их затворы выключены. Увеличенные граничные скорости, вызванные искажениями в сети, могут вызвать большие проблемы с автоматическими выключателями.
Таким образом, старомодный способ исправить это — разместить большие батареи конденсаторов как можно ближе к двигателям. Двигатели представляют собой реактивную «нагрузку», конденсаторы — реактивный «генератор», и в совокупности они кажутся сети хорошо работающей, почти резистивной нагрузкой.
Это очень просто и эффективно, и хотя я говорю, что это старомодно, его низкая сложность делает его невероятно надежным. Однако у него есть недостатки; Конденсаторные батареи, достаточно большие, чтобы компенсировать большой двигатель (от 100 кВт до МВт), чрезмерно дороги и велики. Кроме того, они оптимальны только для конкретной нагрузки двигателя (это зависит от типа электрической машины). Вы должны включать и выключать конденсаторы, чтобы точно настроить компенсацию. Наконец, в этой системе все еще существуют значительные потери энергии.
Обратите внимание, что это делается не только рядом или на определенных машинах; иногда энергетические компании используют большие батареи конденсаторов на целых ветвях своей электросети для выравнивания эффективных коэффициентов мощности разных доменов.
Более современный подход заключается в использовании частотного преобразователя или инвертора для управления двигателем. Мощность сети выпрямляется до напряжения постоянного тока, а затем снова прерывается (инвертируется) для подачи на двигатель переменного тока. PFC на выпрямителе обеспечивает хороший коэффициент мощности привода в сети. Этот подход намного более компактен и экономичен, обеспечивает лучший контроль над крутящим моментом и скоростью и упрощает работу с сетью.
пользователь36129
Ли-Аунг Йип