Analysis and optimization of the reactive power compensation modes in a power supply system

Abstract

Представлено дослідження режимів в однофазній узагальненій системі електропостачання в аспекті підвищення енергетичних показників в системі шляхом компенсації реактивної потужності. Розглянуті три тестових варіанта системи електропостачання з різними співвідношеннями комплексних опорів навантаження та лінії електропередачі. Показані недоліки традиційного методу розрахунку параметрів компенсуючого пристрою, які забезпечують часткову компенсацію реактивної потужності, що споживається лише навантаженням. Аналіз режиму часткової компенсації свідчить про те, що зі збільшенням реактивності лінії електропередачі погіршуються енергетичні показники, які вдається отримати в результаті компенсації реактивної потужності. З застосуванням пошукової оптимізації показано, що для повної компенсації потрібне збільшення ємності компенсатора. Метод пошукової оптимізації реалізований в пакеті програм комп’ютерної математики MathCAD за допомогою вирішального блоку given find. Для цього використовуються рівняння математичної моделі системи електропостачання на основі компонентних і топологічних рівнянь. В якості додаткових умов використані співвідношення, що визначають повну компенсацію реактивної потужності живильного джерела, а також умови фізичної можливості бути реалізованим структури компенсуючого пристрою. Перемінними оптимізації є параметри досліджуваного режиму і параметри компенсуючого пристрою. Представлені фрагменти текстів програм з числовими результатами розв’язань, а також порівняльні таблиці результатів аналізу і оптимізації режимів компенсації реактивної потужності в досліджуваних системах електропостачання для всіх варіантів їх параметрів. Дані кількісні оцінки величини додаткової ємності, яка обчислюється виходячи з умови компенсації нею реактивної потужності в лінії електропередачі. Дослідження, що проведені в роботі, показали, що при збільшенні реактивного опору лінії електропередачі повна компенсація не може бути досягнута із застосуванням поперечної компенсації і цьому явищу дана фізична трактовка. Вона полягає в тому, що напруга на компенсуючому поперечному конденсаторі зменшується швидше, ніж зростає компенсована ним реактивна потужність лінії електропередач. Показано, що в останньому випадку повна компенсація реактивної потужності все ж може бути досягнута застосуванням комбінованої поздовжньо-поперечної компенсації.