ความสำคัญ หน้าที่หลัก และวัตถุประสงค์ของการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ

เป็นเรื่องง่ายมากสำหรับคนที่จะเข้าใจพลังที่มีประสิทธิผล แต่มันไม่ง่ายเลยที่จะเข้าใจพลังที่ไม่มีประสิทธิภาพอย่างลึกซึ้งในวงจรไซน์ซอยด์ แนวคิดเรื่องกำลังรีแอกทีฟมีความชัดเจน แต่เมื่อมีฮาร์โมนิคอยู่ คำจำกัดความของกำลังรีแอกทีฟยังไม่ชัดเจนอย่างไรก็ตาม แนวคิดเรื่องพลังงานปฏิกิริยาและความสำคัญของการชดเชยพลังงานปฏิกิริยานั้นสอดคล้องกันกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟควรรวมถึงการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟพื้นฐานและกำลังรีแอกทีฟฮาร์มอนิก

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อระบบจ่ายไฟและการทำงานของโหลดอิมพีแดนซ์ของส่วนประกอบเครือข่ายระบบไฟฟ้าเป็นแบบอุปนัยเป็นหลักดังนั้น เพื่อที่จะส่งแรงกระทำ จำเป็นต้องมีเฟสที่แตกต่างกันระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ ซึ่งสามารถทำได้ในช่วงที่ค่อนข้างกว้างในการส่งพลังงานรีแอกทีฟ จะมีความแตกต่างเป็นตัวเลขระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองข้าง ซึ่งสามารถรับรู้ได้ภายในช่วงแคบเท่านั้นนอกเหนือจากส่วนประกอบเครือข่ายจำนวนมากที่ใช้โหลดแบบรีแอกทีฟแล้ว โหลดจำนวนมากยังจำเป็นต้องใช้โหลดแบบรีแอกทีฟอีกด้วยพลังงานรีแอกทีฟที่ต้องการโดยส่วนประกอบเครือข่ายและโหลดจะต้องมีอยู่ในเครือข่ายแน่นอนว่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเหล่านี้ทั้งหมดมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการขนส่งทางไกลนั้นไม่สมเหตุสมผลและมักจะเป็นไปไม่ได้วิธีที่สมเหตุสมผลคือการสร้างพลังงานรีแอกทีฟโดยที่จำเป็นต้องใช้พลังงานรีแอกทีฟ ซึ่งก็คือการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ

1. ความหมายของการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา
ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า เพื่อประเมินคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟ ความสำคัญของการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟมีองค์ประกอบ 3 ประการดังต่อไปนี้:

1. เพื่อลดกำลังการผลิตของอุปกรณ์กริดและเพิ่มผลผลิตของอุปกรณ์
ภายใต้เงื่อนไขว่ากำลังที่มีประสิทธิผลไม่เปลี่ยนแปลง ตัวประกอบกำลังของโครงข่ายไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟก็ลดลงด้วยดูได้จากสูตร S-√P2+Q2 ว่ากำลังจะลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ตัวอย่างเช่น หากหน่วยการใช้พลังงานต้องใช้โหลดไฟฟ้า 200kW และตัวประกอบกำลังคือ 0.4 สามารถหาได้จาก COSφ=P/S, S=P/cosφ=500kV.A ซึ่งก็คือตัวประกอบกำลังของ หม้อแปลงไฟฟ้าที่ต้องการไฟ 500kV.A คือ 0.8 ต้องติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าขนาด 250kV.A เท่านั้นจะเห็นได้ว่าเมื่อค่าสัมประสิทธิ์กำลังเพิ่มขึ้น ความจุของอุปกรณ์ที่ต้องการจะลดลงตามไปด้วย

2. ไม่ว่าแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของจุดไฟจะใกล้เคียงกับค่าคงที่หรือไม่
(A) ไม่ว่าตัวประกอบกำลังจะใกล้เคียงกับ 1 หรือไม่
(ข) ในระบบสามเฟส ไม่ว่ากระแสเฟสและแรงดันไฟฟ้าเฟสจะสมดุลหรือไม่
การใช้การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟเพื่อปรับปรุงตัวประกอบกำลังไม่เพียงแต่สามารถลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการส่งกระแสไฟฟ้ารีแอกทีฟเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของผู้ใช้ปลายทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงระดับการทำงานที่ประหยัดของอุปกรณ์ไฟฟ้าดังนั้นการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟจึงเป็นส่วนสำคัญของระบบจ่ายไฟและจำหน่ายเสมอมา

3. เพื่อเป็นการประหยัดค่าไฟฟ้า
ตามนโยบายอัตราค่าไฟฟ้าในประเทศของเรา ลูกค้าที่มีปริมาณอุปกรณ์ไฟฟ้าเกิน 100kV.A (kW) จะต้องปรับค่าไฟฟ้า และปรับเมื่อค่าไฟฟ้าน้อยกว่าค่ามาตรฐานการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟได้ปรับปรุงตัวประกอบกำลัง ลดหรือหลีกเลี่ยงการเพิ่มค่าไฟฟ้าเนื่องจากตัวประกอบกำลังต่ำ และช่วยประหยัดค่าไฟฟ้า

4. เพื่อลดค่าปรับของบริษัทไฟฟ้า
ด้วยการให้ความสำคัญกับการปกป้องสิ่งแวดล้อมเพิ่มมากขึ้น บริษัทพลังงานจึงค่อยๆ ควบคุมการสูญเสียพลังงานขององค์กรอย่างเข้มงวด ดังนั้นบริษัทพลังงานจึงได้เรียกเก็บค่าปรับในบางบริษัทเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆเพื่อลดค่าปรับของบริษัทพลังงาน บริษัทต่างๆ จึงเริ่มถ่ายโอนตัวเก็บประจุเพื่อชดเชยพลังงานที่เกิดปฏิกิริยา,ลดการใช้พลังงาน

5. ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
ในด้านต้นทุนการผลิต บริษัทจำเป็นต้องคำนวณอัตราค่าเสื่อมราคาของอุปกรณ์เพื่อคำนวณต้นทุนการผลิตและกำหนดกำไรสุทธิประจำปีของบริษัทในที่สุดอย่างไรก็ตาม อุปกรณ์จำนวนมากต้องถูกละทิ้งเนื่องจากการสึกหรอของอุปกรณ์อย่างรุนแรง และมักจะใช้งานเป็นเวลา 3-5 ปี ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากพลังงานรีแอกทีฟสูง ซึ่งส่งผลให้อุปกรณ์มีอายุมากขึ้น บริษัทต่างๆ ก็เริ่มจ่ายค่าชดเชยตัวเก็บประจุเพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ

ประการที่สอง บทบาทของการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา
หน้าที่ของตู้ชดเชยพลังงานรีแอกทีฟคือการจัดเตรียมพลังงานรีแอกทีฟที่จำเป็นตามอุปกรณ์ชดเชยพลังงานรีแอกทีฟผ่านการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟสภาพแวดล้อมของแหล่งจ่ายไฟ ปรับปรุงคุณภาพกริด

ตู้ชดเชยพลังงานรีแอกทีฟมีบทบาทสำคัญในการจ่ายไฟการใช้อุปกรณ์ชดเชยที่เหมาะสมสามารถลดการสูญเสียโครงข่ายไฟฟ้าได้ในทางตรงกันข้าม การเลือกและการใช้งานที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดปัจจัยต่างๆ เช่น ระบบจ่ายไฟ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า และฮาร์โมนิคเพิ่มขึ้น

การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟคือการใช้แหล่งกระแสภายนอกเพื่อชดเชยพลังงานรีแอกทีฟที่ใช้โดยโหลดระหว่างการทำงานอุปกรณ์ที่ให้แหล่งกำเนิดปัจจุบันนี้จะกลายเป็นอุปกรณ์ชดเชยพลังงานรีแอกทีฟอุปกรณ์ชดเชยทั่วไปคือตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบขนาน

1. ปรับปรุงระบบจ่ายไฟและตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ลดความจุของอุปกรณ์ และลดการใช้พลังงาน
2. การปรับปรุงคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟและสภาพการทำงานของอุปกรณ์สามารถมั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ทำงานภายใต้สภาพการทำงานปกติซึ่งเอื้อต่อการผลิตที่ปลอดภัย
3. ประหยัดไฟฟ้า ลดต้นทุนการผลิต และลดค่าไฟฟ้าขององค์กร
4. สามารถลดการใช้พลังงานของสายและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งผ่านกริดไฟฟ้า
5. รักษาแรงดันไฟฟ้าของปลายรับและโครงข่ายไฟฟ้าให้คงที่ และปรับปรุงคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟการชดเชยกำลังรีแอกทีฟแบบไดนามิก กำลังรีแอกทีฟแบบไดนามิกที่ตำแหน่งที่เหมาะสมของสายส่งทางไกลสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของระบบส่งกำลังและเพิ่มความสามารถในการส่งกำลัง
6. ในกรณีที่โหลดสามเฟสไม่สมดุล เช่น รางไฟฟ้า โหลดที่มีประสิทธิผลและไม่มีประสิทธิภาพของทั้งสามเฟสสามารถปรับสมดุลได้ด้วยการชดเชยที่ไม่มีประสิทธิภาพที่เหมาะสม
3. หลักการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา
เชื่อมต่ออุปกรณ์ที่มีโหลดไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟและโหลดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำบนวงจรเดียวกัน โหลดแบบเหนี่ยวนำจะดูดซับพลังงานเมื่อโหลดแบบคาปาซิทีฟปล่อยพลังงาน และโหลดแบบคาปาซิทีฟจะดูดซับพลังงานเมื่อโหลดแบบเหนี่ยวนำปล่อยพลังงาน และแบ่งปันพลังงานระหว่าง สองโหลดแลกเปลี่ยนระหว่างด้วยวิธีนี้ หลักการของการชดเชยปฏิกิริยาคือ กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่ถูกดูดซับโดยโหลดอุปนัยจะถูกชดเชยโดยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่ส่งออกโดยโหลดแบบคาปาซิทีฟ
ในระบบไฟฟ้าจริง โหลดส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส และวงจรสมมูลของอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่รวมทั้งมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสถือได้ว่าเป็นวงจรที่ความต้านทาน r และตัวเหนี่ยวนำ l เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม และตัวประกอบกำลังคือ

ในสูตร

หลังจากเชื่อมต่อวงจร R และ L แบบขนานแล้วเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุ C วงจรจะแสดงในรูป (a) ด้านล่างสมการปัจจุบันของวงจรนี้คือ:

จะเห็นได้จากแผนภาพเฟสเซอร์ในรูปด้านล่างว่าความต่างเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้า U และกระแส I มีขนาดเล็กลงหลังจากเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนานนั่นคือตัวประกอบกำลังของวงจรจ่ายไฟเพิ่มขึ้นในเวลานี้เฟสของกระแสไฟจ่าย I ล่าช้ากว่าแรงดัน U ซึ่งเรียกว่าการชดเชยน้อยเกินไป

แผนภาพวงจรและเฟสเซอร์ของพลังงานปฏิกิริยาการชดเชยความจุแบบขนานในรูป
(ก) วงจร;
(b) แผนภาพเฟสเซอร์ (ชดเชยน้อยเกินไป);
(c) แผนภาพเฟสเซอร์ (การชดเชยมากเกินไป)
ความจุของตัวเก็บประจุ c มีขนาดใหญ่เกินไป และเฟสของกระแสป้อน I เกินแรงดันไฟฟ้า u ซึ่งเรียกว่าการชดเชยมากเกินไป และแผนภาพเฟสเซอร์จะแสดงในรูปที่ (c)โดยปกติแล้วสภาวะของการชดเชยมากเกินไปที่ไม่พึงประสงค์จะทำให้แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิของหม้อแปลงเพิ่มขึ้น และกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟแบบคาปาซิทีฟจะเพิ่มการสูญเสียพลังงานเช่นเดียวกับสายไฟส่งเมื่อแรงดันไฟฟ้าของสายไฟเพิ่มขึ้น การสูญเสียพลังงานของตัวเก็บประจุก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ

4. เหตุใดเราจึงต้องเพิ่มการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ และมีผลกระทบอะไรบ้าง?
ปริมาณการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟจะเพิ่มขึ้นที่จุดใดจุดหนึ่งในโครงข่ายไฟฟ้า และการไหลของพลังงานรีแอกทีฟของสายเชื่อมต่อและหม้อแปลงทั้งหมดจากจุดนี้ไปยังแหล่งจ่ายไฟลดลง และการสูญเสียพลังงานที่เชื่อมต่อกับจุดนี้ลดลง ทำให้ตระหนักถึงการประหยัดพลังงานและ การปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า
การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟจำเป็นต้องมีการชดเชยแบบรวมศูนย์สำหรับการเทียบเท่าทางเศรษฐกิจที่ไม่ถูกต้องเลือกจุดชดเชยและความสามารถในการชดเชยลูกค้าสามารถดำเนินการชดเชยพลังงานไฟฟ้ารีแอกทีฟตามหลักการปรับปรุงตัวประกอบกำลังได้โดยใช้พลังงานไฟฟ้าการกระจายการชดเชยจะพิจารณาข้อกำหนดของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าก่อนเพื่อทำให้การส่งสัญญาณทางไกลที่ไม่ถูกต้องไม่ถูกต้องการชดเชย การกำหนดค่าอุปกรณ์ได้รับการวางแผนตามหลักการ "การชดเชยระดับ ความสมดุลในพื้นที่" เพื่อให้ทราบว่ามีโหลดที่ไม่ถูกต้อง
การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟมักจะไม่ต้องการชดเชยมากเกินไป เนื่องจากจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า และความสามารถในการส่งพลังงานรีแอกทีฟบนสายไฟก็จะเพิ่มการสูญเสียพลังงานด้วย กล่าวคือ อุปกรณ์จ่ายไฟจะกลับพลังงานรีแอกทีฟ ตารางสถานการณ์นี้ส่วนใหญ่เกิดจากพลังงานปฏิกิริยาของโครงข่ายไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากส่วนเกินอาจทำให้เกิดความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกินต่อโครงข่าย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์เพื่อดูดซับพลังงานรีแอกทีฟในระบบไฟฟ้า หากไม่สมดุล แรงดันไฟฟ้าของระบบจะลดลง และในกรณีร้ายแรง อุปกรณ์จะได้รับความเสียหาย และระบบจะถูกปลดอาวุธในเวลาเดียวกัน การลดลงของตัวประกอบกำลังและแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายส่งผลให้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่สามารถใช้งานได้อย่างเต็มที่ ความสามารถในการรับส่งข้อมูลของเครือข่ายลดลง และการสูญเสียเพิ่มขึ้นดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติในการปรับปรุงคุณภาพของแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ปรับปรุงตัวประกอบกำลัง ลดการสูญเสียของระบบ และปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบจ่ายไฟ