Введение в энергосистемы и реактивную мощность
Не знаю ничего о силовых системах "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/power_fig1.gif" />
Источник: Министерство энергетики США. «Преимущества использования мобильных трансформаторов и мобильных подстанций для быстрого восстановления электроснабжения: отчет Конгрессу Соединенных Штатов В соответствии с разделом 1816 Закона об энергетической политике 2005 года». 2006
поколение
Поколение может быть очень утомительной задачей из-за электромагнитных полей. Легко генерировать электричество с помощью электродвигателей (это еще одна тема для другого дня), но очень сложно сделать это эффективно (об этом позже). Реальная мощность - это мощность, создаваемая всеми резистивными элементами в энергосистеме (P, с единицей Ваттов), но другая составляющая мощности, которая не упоминается часто, является реактивной мощностью (Q, с единицами VARS). Реактивная мощность создается, когда ток переменного тока и напряжение переменного тока не находятся в фазе.
Напряжение и токи переменного тока можно рассматривать как формы синусоидальных волн. Если у вас есть переменное напряжение над простым резистором, ток останется в той же фазе. Если мы пропускаем одно и то же напряжение по индуктору или конденсатору, ток будет не в фазе, так как эти два устройства требуют времени для зарядки и разрядки, в отличие от резистора, который не имеет заряда или времени разряда и имеет только падение напряжения и мощность потеря. В частности, индуктивная схема приведет к тому, что ток будет отставать от напряжения, а емкостная схема приведет к тому, что ток приведет к напряжению. Диаграмма, визуально объясняющая это, иногда может быть понятнее (E - это форма сигнала напряжения, I - Текущая волновая форма, а P - мощность).
уравнения
Есть несколько полезных и фундаментальных уравнений власти, которые используют инженеры и физики. Одним из них является S = EI, где S - кажущаяся мощность (содержащая реальную мощность в ваттах и реактивную мощность в варах). Единицы для S являются вольт-амперными, где E - это форма напряжения переменного тока, а I * - сопряжение переменного тока текущий сигнал).
Странно думать, что ток и напряжение имеют угол, хотя это упрощает ситуацию, когда вы полагаете, что напряжение имеет угол 0, так как углы для тока и напряжения на практике практически одинаковы. Существует два способа представления напряжений и токов переменного тока: прямоугольной (или комплексной) формы или полярной (или фазорной) формы. Это лучше всего объяснить в примере.
$$ V = IR $$
Это самая известная электрическая формула, закон Ома, но здесь мы заменяем R на Z, чтобы учесть тот факт, что большинство нагрузок не являются чисто резистивными и имеют для них «мнимый» компонент. Z известен как импеданс.
$$ V = 10 \ angle 60 ^ {0} $$
$$ Z = 5 + j5 $$
Здесь у нас есть напряжение в форме фазора и импеданс в сложном формате. В электротехнике мы используем j вместо мнимого i, так как i также означает ток. Переходы между ними довольно просты.
От комплекса к фазору:
$$ A + jB;; to;; C \ angle theta $$
$$ C = \ sqrt {A ^ {2} + B ^ {2}} $$
$$ \ theta = tan ^ {- 1} ( frac {B} {A}) $$
$$ A = C; соз ( Theta) $$
$$ B = C; грех ( Theta) $$
Из заданных значений V и Z ток рассчитывается как (фазовая форма):
$$ I = \ frac {V} {Z} $$
$$ I = 1.414 \ angle 15 ^ {0} $$
Вычисления мощности (мощность как форма реальных ватт и реактивных VAR) могут быть несколько более сложными. *, Как упоминалось выше, является сопряженным току.
$$ S = VI ^ {*} = \ frac {| V | ^ {2}} {Z ^ {*}} = I ^ {2} Z $$
Чтобы получить конъюгат тока, вы просто отрицаете угол в форме фазора или отрицаете мнимый коэффициент в сложном формате. Таким образом, сложная мощность здесь будет 14.14 <75 °. Сложная мощность также может быть представлена в сложной форме как P + jQ--, как мы уже упоминали ранее, P - реальная мощность, Q - реактивная мощность. Поэтому, применяя одно и то же преобразование от комплексного к фазору и наоборот, легко получить следующие формулы
$$ P = VI; соз ( Theta) $$
$$ Q = VI; грех ( Theta) $$
P - это реальная сила, которую платят потребители, но почему реакционная сила такая важная вещь в энергетике?
Как и большинство предприятий, ответ стоит. Проще говоря, когда есть чистая потеря реактивной мощности в системе, она потребляет электростанции больше ресурсов для вывода этой мощности. Математически ставится, когда Q не 0 (коэффициент мощности является запаздывающим или положительным, может быть положительным или отрицательным), величина I выше, чем если бы было, если Q равно нулю (коэффициент мощности равен единице). Необходимость создания более высокого
текущая величина может быть очень дорогостоящей для электростанции.
В конце концов, электростанции и генерирующие мощности всегда пытаются отменить любое чистое значение Q в системе. Для большинства систем сеть Q на системах имеет тенденцию быть положительной (отстающей); это связано с тем, что большинство нагрузок на систему будут иметь тенденцию быть индуктивными из-за нагрузки на двигатель, думают о кондиционерах и трансформаторах, которые всегда присутствуют в каждой системе независимо от жилого, коммерческого или промышленного использования. Чтобы компенсировать это, главным образом, индуктивную нагрузку, коммунальные предприятия установят большие банки с переключающими конденсаторами в системе распределения и передачи, чтобы помочь сбалансировать. Эти банки будут включаться и выключаться в зависимости от их потребности в то время, обычно они включаются во время пиковой нагрузки.
Там нет идеальной системы, так как это дорого стоит. Но обычно коэффициент мощности для системы поддерживается выше 0, 95 для большинства областей. Визуально электростанции пытаются довести этот энергетический треугольник до единицы (прямая линия).
В электроэнергетике существует много специализаций; эта статья только царапины поверхности. Технология постоянно меняется и заставляет инженеров думать о новых способах решения проблем и проблем, которые она может принести. На мой взгляд, основные проблемы, с которыми мы сталкиваемся сегодня, - это последствия изменения климата и роли в нем энергетической промышленности, а также новых и вновь развитых стран и их аппетит к электроэнергии. В этой области есть только одна вещь: всегда будет потребность в энергетиках.