What is reactive power?
"반응 보상" 에 관해서는, 우리는 먼저 반응 전력의 개념을 이해해야합니다.무효 전력은 작업을 수행하고 열을 생성하며 모터 회전을 구동할 수 있기 때문에 상대적으로 이해하기 쉽습니다. 예를 들어 AC 전류가 순수한 저항기를 통과하면 전류가 저항기에서 열을 생성하여 전기 에너지가 열 에너지로 변환된다는 것을 의미합니다.그러나 반응 전력은 이해하는 것이 더 어렵습니다. AC 전력에서만 존재하며 DC 전력에서는 무효 전력의 문제가 없습니다.예를 들어, AC 전류가 순수 용량 또는 순수 인덕ង់스 부하를 통과하면 작동하지 않습니다.즉, 순수 용량 또는 순수 인덕ង់스 부하는 활성 전력을 소비하지 않지만, 이들을 통해 흐르는 전류와 해당 전압은 AC 전력을 형성하며, 이를 무효 전력이라고 합니다.이론적으로, 무효 전력은 작동하지 않습니다, 그래서 그것은 빛과 열을 생성하지 않아야합니다, 또는 그것은 모터 회전을 구동 할 수 없습니다. 우리가 자주 만나는 부하는 거의 순수 유도 또는 순수 용량, 하지만 혼합 부하입니다.전류가 그들을 통과하면 일부 전력은 일을 할 수 있지만 일부는 할 수 없습니다.일을 할 수 없는 힘은 반동력이다.무효 전력과 활성 전력의 관계를 직관적으로 보여주기 위해 사람들은 전력 계수라는 개념을 사용하여 전기 에너지의 활용률을 설명합니다.전력 계수가 1 에 가까울수록 활성 전력의 비율이 높고 전기 에너지의 활용률이 높습니다; 반대로, 전력 계수가 0 에 가까울수록 활성 전력의 비율이 낮고 전기 에너지의 활용률이 낮습니다.전기 에너지의 활용률을 높이기 위해 "반응 보상" 개념을 제안했습니다.
무효 전력, 능동 전력 및 전력 계수의 개념과 전기 에너지 활용도를 향상시키기위한 반응 보상의 기본 목적을 이해하면 이제 상세한 분석을 모색 할 것입니다. 반응 보상이 필요한 이유는 무엇입니까? 반응 보상의 원칙은 무엇입니까? 보상의 형태는 무엇입니까? 그리고 그 경제는 어떻게 진행됩니까?
Chapter 02: Why Reactive Compensation is Necessary
무효 전력은 결코 쓸모없는 전력이 아니다. AC 전원 공급 시스템에서 인덕터와 커패시터는 모터 및 변압기의 철 자성 부하와 같은 필수적인 부하입니다.유도 반응성 흥분이 없으면 장비가 제대로 작동하지 않습니다.예를 들어, 고정 거리의 전력 전송 라인 자체는 전력을 전달할 때 커패시터처럼 작동하는 용량 부하입니다. AC 전원 공급 시스템에서 무효 전력의 존재는 에너지 전송 및 교환에 중요한 역할을하며 필수적입니다.사실, 시스템은 무효 전력 교환 없이는 제대로 작동하지 않습니다.
많은 양의 무효 전력은 어디서 나오는가?시스템에서, 수많은 반응 부하, 특히 유도 반응 부하는 일반적으로 발전소에서 반응 전력을 끌어낸다.발전기가 작동할 때 시스템으로 활성 전기 에너지를 방출할 뿐만 아니라 유도 부하에 대응하는 반응 에너지를 제공합니다.발전기는 작동 중에 적절한 무작동 출력을 유지해야 합니다.이를 수행하지 않으면 발전 시스템에 해로운 영향을 미칠 수 있으며, 시스템에서 무효 전력 균형을 유지하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다.
시스템의 무효 전력 수요가 증가하면 시스템에 인공 무효 보상 장치가 설치되지 않으면 발전소는 위상 변조를 통해 무효 전력 출력을 증가시켜야합니다.그러나, 발전기의 제한된 용량으로 인해, 이것은 반드시 그것의 활성 전력 출력을 감소시키고, 효과적으로 그것의 전체 출력 용량을 감소시킬 것이다.전력 수요를 충족시키기 위해서는 발전기, 전력선 및 변압기의 용량이 증가해야 할 것이다.이로 인해 전력 공급에 대한 투자가 증가할 뿐만 아니라 장비 활용률이 낮아지고 라인 손실이 증가할 수 있습니다.
발전소의 무효 전력 공급 압력을 줄이기 위해 유도 부하가 많은 전력을 소비하는 전력 공급 시스템의 지점에 해당 커패시터를 투자하여 유도 부하에 무효 전력을 제공합니다.이로 인해 발전소에 대한 무효 전력 공급 압력이 크게 감소합니다.자연 전력 비율의 향상에 기초하여 사용자는 무효 보상 장치를 설계하고 설치하고 부하 및 전압 변동에 따라 적시에 활성화 또는 비활성화하여 무효 전력의 역 전달을 방지해야합니다.동시에 사용자의 전력 비율은 해당 표준을 충족시켜 전원 공급 부서의 추가 전기 요금을 피해야합니다.따라서 전력 공급 부서와 전력 사용자 모두에게 무효 전력의 자동 보상으로 전력 비율을 개선하고 무효 전력의 역전환을 방지하는 것은 에너지 절감과 작동 품질 향상에 큰 의미가 있습니다.
Chapter 03: What is the Principle of Reactive Compensation?
● Analyzed from the Perspective of Energy Absorption and Release
시스템에서 언급된 대부분의 반응 부하는 일반적으로 유도 반응 부하입니다.용량 전력 부하가 있는 장치는 동일한 회로에서 유도 전력 부하와 병렬로 연결될 때, 유도 반응 부하가 에너지를 흡수할 때 용량 부하가 에너지를 방출하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.에너지는 용량 부하와 유도 부하 사이에서 교환됩니다.용량 부하에 의해 흡수되는 무효 전력은 용량 부하 장치에서 출력되는 무효 전력에 의해 보상될 수 있으며, 무효 전력은 로컬로 균형 잡혀 라인 손실을 줄이고 부하 운반 용량을 향상시키고 전압 손실을 줄이고 발전소의 전원 공급 압력을 완화합니다.이것은 반응성 보상 (reactive compensation) 의 기본 원칙이다.
● Analyzed from the Phase (Inductive/Capacitive) Perspective
In a pure inductive load, the current IL lags the voltage by 90°, and its power is referred to as inductive reactive power. Conversely, in a pure capacitive load, the current Ic is ahead of the voltage by 9 0°, and its power is known as capacitive reactive power.
커패시터 내의 전류와 인덕터 내의 전류 사이의 위상 차이는 180 ° 이며, 이는 서로를 취소 할 수 있습니다.전력 시스템의 대부분의 부하는 유도적이므로 총 전류 I 는 각도 Φ 1 로 전압을 지연시킬 것입니다.평행 커패시터가 부하와 병렬로 연결되어 있다면, I ′ = I IC 입니다.커패시터의 전류는 유도 전류의 일부를 오프셋하여 총 전류가 I 에서 I '로 감소하고 위상 각도가 Φ 1 에서 Φ 2 로 감소합니다.이렇게 하면 전력 비율을 향상시키고 무효 전력을 로컬로 관리할 수 있습니다.
04 What are the forms of reactive power compensation?
Broadly speaking, there are many forms of reactive power compensation, including:
Based on the voltage level of the point of common coupling (PCC) where compensation is applied, it can be divided into high-voltage compensation, medium-voltage compensation, and low-voltage compensation.
Based on the position of the compensation point in the power transmission and distribution system, it can be divided into on-site compensation at the equipment side, local partial compensation in the area, and centralized compensation in the substation.
보상 장비의 유형에 따라 스위칭 커패시터 보상 (FC 보상), 기계적 회전 보상 (예: 동기 보상기, 동기 발생기 및 동기 모터), 정적 무효 전력 보상 (정적 var 보상기: 사이리스터 스위치 커패시터 TSC, 사이리스터 제어 원자로 TCR, 자기 제어 반응기 MCR; 정적 동기 보상기 STATCOM; 정적 var 발전기 SVG) 및 복합 무효 전력 보상 (FC TCR, FC MCR, FC STATCOM).
● Compensation forms based on compensation location
Next, we will briefly introduce the forms of reactive power compensation for low-voltage 0.4KV systems based on different compensation locations.
현장 장비측 보상 현장 장비측 보상 은 개별 전기 장비에 대한 무효 전력 보상을 제공하는 방법입니다.이것은 개별 장비와 동일한 전기 회로에 직접 커패시터를 연결하고 동시에 작동하거나 연결을 끊는 것과 동일한 스위치를 사용하여 제어하는 것을 포함합니다.이 보상 방법은 커패시터가 전기 장비에 가깝기 때문에 반응 전류를 로컬로 균형 잡기 위해 최적의 효과를 제공하며, 무부하 상태에서 과보상을 방지하고 전력 품질을 보장합니다.이 보상 방법은 일반적으로 고전압 및 저전압 모터 및 기타 전기 장비에 사용됩니다.그러나 사용자 장비가 비연속적으로 작동할 때 커패시터의 활용률이 낮아 보상의 이점을 완전히 실현할 수 없습니다.
Local partial compensation in the areaLocal partial compensation in the area involves installing capacitors in groups in workshop distribution rooms or substation branch lines. These capacitors can be added or removed based on system load changes. The compensation effect is also good, but the cost is relatively high.
변전소의 실질적인 보상 중앙 집중식 보상은 변전소의 1 차 또는 2 차 버스 바에 모든 커패시터 그룹을 설치하는 것을 포함합니다. 이 보상 방법은 설치가 간단하고 작동이 신뢰할 수 있으며 저전압 0.4KV 시스템의 무효 전력을 총체적으로 보상 할 수 있습니다. 변압기 1 차 측 (일반적으로 10KV 측정 지점) 에서 역률을 향상시키는 데 직접적인 영향을 미칩니다. 이러한 유형의 보상 방법은 현재 가장 널리 사용되고 비교적 비용 효율적인 솔루션입니다.
● Compensation forms based on compensation equipment types
보상 장비에는 많은 유형이 있으며 선택은 일반적으로 현장의 실제 작동 장비를 기반으로합니다. 각 보상 장치에는 장점과 단점이 있습니다. 이 기사에서는 시장에서 0.4KV 유통 시스템에서 가장 널리 사용되는 두 가지 제품 인 스위칭 커패시터 보상 (FC 보상) 과 정적 var 발전기 (SVG 보상) 를 간략하게 소개합니다.
Switching Capacitor Compensation (FC Compensation)
Switching capacitor compensation is the traditional method of parallel capacitor compensation. Its principle is to increase the inductive reactive demand of the capacitive reactive compensation load to enhance the stability of the load voltage and improve the power factor.
이전에는 평행 커패시터의 스위칭이 2 차 수준 규모의 응답 시간을 가진 접촉자를 통해 달성되었기 때문에 치명적인 단점은 스위칭 중에 큰 침입 전류였습니다.심각한 경우, 그것은 보상 커패시터의 정격 전류의 50 - 100 배에 도달 할 수 있으며, 상당한 아크 빛을 초래하고 커패시터와 접촉자에 손상을 일으킬 수 있습니다.현장 부하의 실제 작동을 바탕으로, 동기 스위치, 하이브리드 스위치 및 사이리스터 스위치와 같은 콘택터 대안이 점차 시장에 등장했습니다.이러한 대안은 제로 전압에서의 스위칭 및 제로 전류에서의 중단에서 크게 개선되어 스위칭 유입 전류로 인한 장비 손상을 크게 줄일 수 있습니다.
지능형 스위칭 제어, 다양한 데이터 수집 시스템, 다양한 보호 기능 및 간소화된 설치 및 유지 보수를 달성하기 위해 최근 몇 년 동안 다른 유형의 스위칭 커패시터 보상 인 지능형 커패시터가 개발되었습니다.전통적인 용량 보상에 비해, 그것은 전통적인 용량기가 달성할 수 없는 여러 기술적 기능을 가지고 있습니다.또한 부하 장비의 전자화로 인해 분배 시스템, 특히 커패시터에 대한 고조파의 영향은 무시할 수 없습니다.따라서 고조파 효과에 대응하여 FC 보상도 많은 관련 개선을 거쳤습니다.예를 들어, 직렬 반응률의 개념이 도입되었습니다. 6 % 또는 7 % 시리즈 반응률을 언제 사용해야합니까?그리고 언제 13% 또는 14% 의 시리즈 반응률을 사용해야합니까?이 부분은 다음 항목에서 더 설명할 것입니다.
Static Var Generator (SVG) Compensation
정적 var 발전기는 무효 전력 보상에 사용되는 새로운 전력 전자 장치입니다. 이는 다양한 양의 반응력과 음의 서열을 신속하고 연속적으로 보상할 수 있다. 그 적용은 느린 응답 속도, 부정확 한 보상 제어 및 FC 보상기와 같은 전통적인 무효 전력 보상기에서 병렬 공명 및 스위칭 진동을 유발하는 경향을 극복 할 수 있습니다.
Compared to FC compensation, its three major advantages are:
① Linear compensation of reactive power with a compensation step smaller than 1KVar;② Polarity-free compensation, which can output both capacitive and inductive reactive power;③ Fast response time, with a total response time less than 5ms.
Economics of Reactive Power Compensation by Tsai Ing-wen
● Compensate for reactive power to improve power factor.
' 전력 계수를 기준으로 전력 요금을 조정하는 방법 ' 에 관한 통지서에 따르면 전력 계수 조정 규칙이 0. 9 를 기준으로 하는 것을 쉽게 알 수 있다.전력 비율을 증가시킴으로써 사용자는 총 전기 요금을 줄일 수 있습니다.또한 전력 비율이 0. 9 보다 높은 분배 사용자는 전력 비율 조정에 대한 전력 회사로부터 보상을 받을 수 있습니다.합리적인 보상으로 측정 지점의 전력 계수를 국가 표준에 맞게 조정하여 전력 계수 요금을 제거하고 전력 사용자의 전력 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
동적 무효 전력 보상 장치의 능동 에너지 절약은 보상 지점에서 발전기로의 전력 공급 및 분배의 손실만을 감소시킨다. 따라서, 고전압 그리드 측의 무효 전력 보상은 저전압 측의 손실을 감소시키거나 저전압 전력 변압기의 이용률을 향상시킬 수 없다. 최적의 보상 이론에 따르면, 로컬 동적 무효 전력 보상은 가장 중요한 에너지 절약 효과를 갖는다.
또한, 시장에 있는 많은 보상 장치는 "에너지 절약" 및 "전력 절약" 과 같은 개념을 홍보합니다.이들 중 대부분은 무효 전력 보상으로 시작하여 전력 요소를 개선하거나 전력 요소 페널티를 줄이거나 전력 요소 페널티를 전력 요소 보상으로 전환하여 궁극적으로 분배 사용자의 비용을 절약하는 목표를 달성합니다.따라서 자연에서 자연 에너지 전달의 관점에서 볼 때, 무효 전력 보상은 엄격하게 말하면 "에너지 절약" 또는 "전력 절약" 범주에 속하지 않습니다. "그러나 배포 사용자를위한 진정한 비용을 절약 할 수 있습니다.
● 송전선 및 변압기의 손실 감소 합리적인 보상으로 시스템 전류를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 0. 7 의 시스템 자연 전력을 예로 들어 보정 장치를 통해 시스템의 전력 계수를 1 에 가깝게 증가시키면 시스템 전류가 약 30% 감소합니다.즉, 라인 및 변압기의 손실은 P = I 2 R = (1 - 30%) 2 R = 0. 49 R 로 감소하여 라인 및 변압기의 손실을 51% 줄일 수 있습니다.전력 기업의 자연 전력 계수는 일반적으로 약 0. 7 이다.전력 계수를 0. 7 에서 0. 95 이상으로 증가시 변압기의 라인 손실 및 구리 손실 감소율은 아래 표에 표시되어 있습니다.
Reducing line and transformer losses and saving active power are important energy-saving measures. In the petroleum industry, where lines are long and complex, increasing reactive power compensation equipment can reduce operating current, thus reducing line losses and saving active power, with noticeable energy-saving effects.
● Increasing the transmission capacity of the power grid and improving equipment utilization
보상 장치는 시스템 전류 및 겉보기 전력을 효과적으로 줄일 수 있으므로 전력망 건설에서 모든 관련 장비의 용량을 효과적으로 줄이고 전력망 건설에 대한 투자를 줄입니다. 약 0.7 의 역률을 가진 시스템의 경우, 효과적인 보상은 시스템 전류를 30% 감소시킬 수 있으며, 이는 발전소 및 전력 변환 및 분배 설비의 부하 운반 용량을 30% 증가시키는 것을 의미합니다.
변압기 및 라인의 용량이 부족하면 무효 전력 보상 장치를 설치하는 방법을 사용할 수 있습니다.무효 전력 보상 장치를 설치하면 무효 전력을 로컬로 균형을 맞추고 라인 및 변압기를 통해 흐르는 전류를 줄이고 와이어 및 변압기 절연체의 노화 속도를 늦추고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.동시에, 그것은 변압기와 라인의 용량을 해제하여 그들의 하중 운반 능력을 증가시킬 수 있습니다.예를 들어, 현재 85% 의 부하에서 작동하는 100 KVA 변압기의 COSΦ 는 0. 7 이며, 무효 전력 보상 장비를 설치하면 변압기의 부하 운반 용량이 30% 증가할 수 있습니다.용량을 늘리지 않고도 부하를 늘릴 수 있으므로 생산 확장을 용이하게 할 수 있습니다.
● Improving voltage quality
A large amount of inductive load in the system will cause voltage drop on the power lines, especially at the end of the power lines. Reasonable compensation can effectively alleviate line voltage drop and improve power quality.
The formula for calculating voltage loss in the line is as follows:
In the formula:
P - Active power, kW
U - Rated voltage, kV
R - Total resistance of the line, Ω
Q - Reactive power, kVar
Xl - Inductive reactance of the line, Ω
As the system's inductive reactance is much greater than its impedance, it can be seen from the formula that changes in reactive power can significantly affect voltage variations. When the reactive power Q in the line decreases, voltage loss also decreases.
At the end of the power supply line, the voltage is generally low. Increasing reactive compensation devices can boost the voltage at the line's end to ensure safe and reliable operation of equipment.
다른 한편으로, 산업의 발전과 함께, 많은 수의 자동 제어 장비 및 비선형 부하의 사용은 배전 네트워크에서 상당한 고조파의 흐름을 초래하여 그리드를 오염시켰다. 전력 품질을 향상시키는 주요 방법 중 하나는보상 필터링 장비의 합리적인 할당을 통해 전원 공급 시스템 및 전기 장비에 대한 고조파의 영향을 크게 줄입니다.
Finally, with the rise of new power systems, power quality issues are bound to face many power quality related issues, the following issues are worth further understanding, familiarization, and exploration:
1.Analysis of resonance issues, what is resonance?
2.What are the common scenarios where filters are often damaged?
3.What is the difference between local compensation and centralized compensation of filters?
4.How to understand the requirement of reducing harmonics to 5%?
5.Can installing filters really achieve "energy saving"?
6.How does the integration of power electronic devices such as energy storage, photovoltaic, and wind power affect power quality?
7.Is the demand for power quality in microgrid systems important?
8.... (and so on)
