What is reactive power?
Ketika datang ke "kompensasi reaktif ", pertama-tama kita perlu memahami konsep daya reaktif. Daya reaktif relatif mudah dipahami karena dapat melakukan pekerjaan, menghasilkan panas, dan menggerakkan rotasi motor, dll Misalnya, ketika arus AC melewati resistor murni, arus dapat membuat resistor menghasilkan panas, yang berarti bahwa energi listrik diubah menjadi energi termal. Namun, daya reaktif lebih sulit untuk dipahami. Ini hanya ada dalam daya AC, dan tidak ada masalah daya reaktif dalam daya DC. Misalnya, ketika arus AC melewati kapasitansi murni atau beban induktansi murni, itu tidak bekerja. Dengan kata lain, kapasitansi murni atau beban induktansi murni tidak mengkonsumsi daya aktif, tetapi arus dan tegangan yang sesuai yang mengalir melalui mereka membentuk daya AC, yang disebut daya reaktif. Secara teoritis, daya reaktif tidak bekerja, sehingga tidak boleh menghasilkan cahaya dan panas, juga tidak dapat menggerakkan rotasi motor. Beban yang sering kita hadapi jarang murni induktif atau kapasitif murni, tetapi beban campuran. Ketika arus mengalir melalui mereka, beberapa daya dapat melakukan pekerjaan sementara yang lain tidak dapat. Kekuatan yang tidak dapat bekerja adalah kekuatan reaktif. Untuk secara intuitif menunjukkan hubungan antara daya reaktif dan daya aktif, orang-orang menggunakan konsep faktor daya untuk menggambarkan tingkat pemanfaatan energi listrik. Semakin dekat faktor daya adalah 1, semakin tinggi proporsi daya aktif dan semakin tinggi tingkat pemanfaatan energi listrik; sebaliknya, semakin dekat faktor daya adalah 0, semakin rendah proporsi daya aktif dan semakin rendah tingkat pemanfaatan energi listrik. Untuk meningkatkan tingkat pemanfaatan energi listrik, konsep "kompensasi reaktif" diusulkan.
Dengan memahami konsep daya reaktif, daya aktif, dan faktor daya, serta tujuan dasar kompensasi reaktif untuk meningkatkan pemanfaatan energi listrik, sekarang kami akan mempelajari analisis terperinci. Mengapa kompensasi reaktif diperlukan? Apa prinsip di balik kompensasi reaktif? Apa bentuk kompensasi? Dan bagaimana logonya ekonomis?
Chapter 02: Why Reactive Compensation is Necessary
Daya reaktif sama sekali bukan daya yang tidak berguna. Dalam sistem catu daya AC, induktor dan kapasitor adalah beban yang sangat diperlukan, seperti beban besi-magnetik motor dan trafo. Tanpa eksitasi reaktif induktif, peralatan tidak dapat beroperasi dengan baik. Sebagai contoh, jalur transmisi daya jarak tetap itu sendiri adalah beban kapasitif, yang bertindak seperti kapasitor ketika memberikan daya. Dalam sistem pasokan listrik AC, keberadaan daya reaktif memainkan peran penting dalam transmisi dan pertukaran energi, dan sangat diperlukan. Faktanya, sistem tidak dapat beroperasi dengan baik tanpa pertukaran daya reaktif.
Dari mana sumber daya reaktif yang besar berasal? Dalam sistem ini, banyak beban reaktif, terutama beban reaktif induktif, biasanya menarik daya reaktif dari pembangkit listrik. Ketika generator beroperasi, ia tidak hanya melepaskan energi listrik aktif ke sistem tetapi juga menyediakan energi reaktif yang sesuai untuk beban induktif. Generator harus mempertahankan output reaktif yang sesuai selama operasi. Kegagalan untuk melakukannya dapat memiliki dampak yang merugikan pada sistem pembangkit listrik, menyoroti pentingnya menjaga keseimbangan daya reaktif dalam sistem.
Ketika permintaan daya reaktif dalam sistem meningkat, jika tidak ada perangkat kompensasi reaktif buatan yang dipasang dalam sistem, pembangkit listrik harus meningkatkan output daya reaktifnya melalui modulasi fase. Namun, karena kapasitas generator yang terbatas, ini tentu akan mengurangi output daya aktifnya, secara efektif mengurangi kapasitas outputnya secara keseluruhan. Untuk memenuhi permintaan listrik, kapasitas generator, saluran listrik, dan trafo harus ditingkatkan. Ini tidak hanya akan meningkatkan investasi dalam pasokan listrik tetapi juga menurunkan tingkat pemanfaatan peralatan dan meningkatkan kerugian saluran.
Untuk mengurangi tekanan catu daya reaktif dari pembangkit listrik, kami menginvestasikan kapasitor yang sesuai pada titik-titik dalam sistem catu daya di mana beban induktif mengkonsumsi daya dalam jumlah besar untuk menyediakan daya reaktif untuk beban induktif. Hal ini secara signifikan mengurangi tekanan pasokan daya reaktif pada pembangkit listrik. Berdasarkan peningkatan faktor daya alami, pengguna harus merancang dan menginstal perangkat kompensasi reaktif, dan tepat waktu mengaktifkan atau menonaktifkannya sesuai dengan fluktuasi beban dan tegangan mereka untuk mencegah pengiriman daya reaktif terbalik. Pada saat yang sama, faktor daya pengguna harus memenuhi standar yang sesuai untuk menghindari tarif listrik tambahan dari departemen catu daya. Oleh karena itu, baik untuk departemen pasokan listrik dan pengguna listrik, kompensasi otomatis daya reaktif untuk meningkatkan faktor daya dan mencegah pengiriman terbalik daya reaktif sangat penting dalam menghemat energi dan meningkatkan kualitas operasional.
Chapter 03: What is the Principle of Reactive Compensation?
● Analyzed from the Perspective of Energy Absorption and Release
Sebagian besar beban reaktif yang disebutkan dalam sistem ini umumnya merupakan beban reaktif induktif. Ketika perangkat dengan beban daya kapasitif dihubungkan secara paralel dengan beban daya induktif dalam sirkuit yang sama, beban kapasitif melepaskan energi ketika beban reaktif induktif menyerap energi, dan sebaliknya. Energi dipertukarkan antara beban kapasitif dan induktif. Daya reaktif yang diserap oleh beban kapasitif dapat dikompensasi oleh output daya reaktif dari perangkat beban kapasitif, dan daya reaktif seimbang secara lokal untuk mengurangi kerugian garis, meningkatkan kapasitas pembawa beban, mengurangi kerugian tegangan, dan meringankan tekanan catu daya dari pembangkit listrik. Ini adalah prinsip dasar dari kompensasi reaktif (reactive compensation).
● 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.
Perbedaan fase antara arus di kapasitor dan arus di induktor adalah 180 °, yang dapat membatalkan satu sama lain. Sebagian besar beban dalam sistem daya bersifat induktif, sehingga arus total saya akan tertinggal tegangan dengan sudut Φ 1. Jika kapasitor paralel terhubung secara paralel dengan beban, maka I ′ = I IC. Arus kapasitor akan mengimbangi sebagian dari arus induktif, menghasilkan pengurangan arus total dari I menjadi I ', dan sudut fase berkurang dari Φ 1 menjadi Φ 2. Hal ini dapat meningkatkan faktor daya dan mengelola daya reaktif secara lokal.
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.
Berdasarkan jenis peralatan kompensasi, dapat dibagi menjadi kompensasi kapasitor sakelar (Kompensasi FC), kompensasi putar mekanis (seperti kompensasi sinkron, generator sinkron, dan motor sinkron), kompensasi daya reaktif statis (Kompensasi var statis: kapasitor terpengalih thyristor TSC, reaktor yang dikontrol thyristor, reaktor MCR dikendalikan secara magnetik; STATCOM statators sinkron statis; Generator SVG statis), dan kompensasi daya reaktif komposit (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.
Kompensasi sisi peralatan di tempat Kompensasi sisi peralatan di tempat adalah metode untuk memberikan kompensasi daya reaktif untuk peralatan listrik individu. Ini melibatkan langsung menghubungkan kapasitor ke sirkuit listrik yang sama sebagai peralatan individu dan menggunakan saklar yang sama untuk kontrol, baik secara bersamaan mengoperasikan atau memutus mereka. Metode kompensasi ini memiliki efek terbaik karena kapasitor dekat dengan peralatan listrik untuk menyeimbangkan arus reaktif secara lokal, menghindari kompensasi berlebihan selama kondisi tanpa beban dan memastikan kualitas daya. Metode kompensasi ini umumnya digunakan untuk motor tegangan tinggi dan rendah dan peralatan listrik lainnya. Namun, ketika peralatan pengguna beroperasi secara non-continuous, tingkat pemanfaatan kapasitor rendah, dan manfaat kompensasi mereka tidak dapat sepenuhnya direalisasikan.
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.
Kompensasi terpusat di Republik kompensasi terpusat di substation melibatkan pemasangan semua Grup kapasitor pada maskapai utama atau sekunder di substation. Metode kompensasi ini sederhana untuk dipasang, andal dalam operasi, dan secara drastis dapat kompensasi daya reaktif dari sistem 4kV tegangan rendah. Ini memiliki efek langsung pada meningkatkan faktor daya pada sisi utama transformator (biasanya titik pengukuran 10KV). Jenis metode kompensasi ini saat ini paling banyak digunakan dan solusi yang relatif hemat biaya.
● Compensation forms based on compensation equipment types
Ada banyak jenis peralatan kompensasi, dan pilihan umumnya berdasarkan pada peralatan operasi aktual di situs. Setiap perangkat kompensasi memiliki keunggulan dan kerugian. Pada artikel ini, kami akan secara singkat memperkenalkan dua produk yang paling banyak digunakan dalam sistem distribusi 0.4KV di pasar: kompensasi kapasitor sakelar (Kompensasi FC) dan generator var statis (Kompensasi SVG).
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.
Karena fakta bahwa pengalihan kapasitor paralel di masa sebelumnya dicapai melalui kontaktor, yang memiliki waktu respons pada skala tingkat kedua, kelemahan fatalnya adalah arus masuk yang besar selama pengalihan. Dalam kasus yang parah, itu bisa mencapai 50 - 100 kali dari arus nominal kapasitor kompensasi, menghasilkan cahaya busur yang signifikan dan menyebabkan kerusakan pada kapasitor dan kontaktor. Berdasarkan operasi aktual dari beban di tempat, alternatif untuk kontaktor seperti saklar sinkron, saklar hibrida, dan saklar thyristor secara bertahap muncul di pasar. Alternatif-alternatif ini telah sangat meningkatkan pada switching pada tegangan nol dan mengganggu pada arus nol, secara signifikan mengurangi kerusakan peralatan yang disebabkan oleh switching arus masuk.
Untuk mencapai kontrol switching cerdas, sistem akuisisi data yang terdiversifikasi, fungsi perlindungan yang beragam, dan instalasi dan pemeliharaan yang disederhanakan, jenis kompensasi kapasitor switching lain telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir - kapasitor cerdas. Dibandingkan dengan kompensasi kapasitansi tradisional, ia memiliki beberapa fungsi teknologi yang tidak dapat dicapai oleh kapasitor tradisional. Selain itu, dengan elektronisasi peralatan beban, dampak harmonis pada sistem distribusi tidak dapat diabaikan, terutama pada kapasitor. Oleh karena itu, dalam menanggapi efek harmonik, kompensasi FC juga telah mengalami banyak perbaikan terkait. Sebagai contoh, konsep tingkat reaktansi seri telah diperkenalkan. Kapan harus menggunakan tingkat reaktansi seri 6% atau 7%? Dan kapan harus menggunakan tingkat reaktansi seri 13% atau 14%? Bagian ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam topik berikutnya.
Static Var Generator (SVG) Compensation
Generator var statis adalah perangkat elektronik daya baru yang digunakan untuk kompensasi daya reaktif. Dapat dengan cepat dan terus kompensasi untuk berbagai jumlah daya reaktif dan urutan negatif. Aplikasi ini dapat mengatasi kecepatan respons yang lambat, kontrol kompensasi tidak akurat, dan risiko menyebabkan resonansi paralel dan osilasi pengalihan dalam kompensasi daya reaktif tradisional seperti kompensasi FC.
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.
Menurut pemberitahuan tentang "Metode Menyesuaikan Biaya Listrik Berdasarkan Faktor Daya", tidak sulit untuk menemukan bahwa aturan penyesuaian faktor daya mengambil 0,9 sebagai nilai standar. Dengan meningkatkan faktor daya, pengguna dapat mengurangi biaya listrik total mereka. Selain itu, pengguna distribusi dengan faktor daya yang lebih tinggi dari 0,9 juga dapat menerima hadiah dari perusahaan listrik untuk penyesuaian faktor daya. Melalui kompensasi yang wajar, faktor daya pada titik pengukuran dapat disesuaikan untuk memenuhi standar nasional, yang dapat menghilangkan biaya faktor daya dan secara signifikan mengurangi biaya listrik bagi pengguna daya.
Hemat energi aktif perangkat kompensasi daya reaktif dinamis hanya mengurangi kerugian dalam catu daya dan distribusi dari titik kompensasi ke generator. Oleh karena itu, kompensasi daya reaktif pada sisi grid tegangan tinggi tidak dapat mengurangi kerugian pada sisi tegangan rendah atau meningkatkan tingkat pemanfaatan transformer daya tegangan rendah. Menurut teori kompensasi optimal, kompensasi daya reaktif dinamis lokal memiliki efek penghemat energi yang paling signifikan.
Selain itu, banyak perangkat kompensasi di pasar mempromosikan konsep-konsep seperti "penghematan energi " dan" penghematan daya ". Sebagian besar dari mereka dimulai dengan kompensasi daya reaktif, meningkatkan faktor daya, mengurangi hukuman faktor daya, atau mengubah hukuman faktor daya menjadi hadiah faktor daya, pada akhirnya mencapai tujuan menghemat uang bagi pengguna distribusi. Oleh karena itu, dari perspektif transfer energi alami di alam, kompensasi daya reaktif secara ketat tidak termasuk dalam kategori "penghematan energi" atau "penghematan daya". "Namun, itu benar-benar dapat menghemat uang bagi pengguna distribusi.
● Mengurangi kerugian dalam saluran transmisi dan transformatorKompensasi yang wajar dapat secara efektif mengurangi arus sistem. Ambil daya alami sistem 0,7 sebagai contoh, jika faktor daya sistem meningkat mendekati 1 melalui perangkat kompensasi, arus sistem akan turun sekitar 30%. Itu berarti kerugian dalam garis dan trafo dapat dikurangi menjadi P = I2R = (1 - 30%) 2R = 0,49R, yang merupakan pengurangan 51% dalam kerugian garis dan trafo. Faktor daya alami dari perusahaan listrik umumnya sekitar 0,7. Tingkat pengurangan kehilangan garis dan kehilangan tembaga dalam transformator dari peningkatan faktor daya dari 0,7 ke atas 0,95 ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
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
Perangkat kompensasi dapat secara efektif mengurangi arus sistem dan daya yang tampak, sehingga secara efektif mengurangi kapasitas semua peralatan terkait dalam konstruksi listrik dan menurunkan investasi dalam konstruksi listrik. Untuk sistem dengan faktor daya sekitar 0.7, kompensasi efektif dapat mengurangi arus sistem dengan 30%, yang berarti meningkatkan kapasitas pembawa beban tanaman listrik dan transformasi daya dan fasilitas distribusi dengan 30%.
Jika ada kapasitas yang tidak mencukupi pada trafo dan garis, metode pemasangan perangkat kompensasi daya reaktif dapat digunakan. Memasang perangkat kompensasi daya reaktif dapat menyeimbangkan daya reaktif secara lokal, mengurangi arus yang mengalir melalui garis dan trafo, memperlambat kecepatan penuaan isolasi kawat dan trafo, dan memperpanjang masa pakai mereka. Pada saat yang sama, dapat melepaskan kapasitas transformator dan garis, meningkatkan kemampuan mereka untuk membawa beban. Sebagai contoh, dengan trafo 100KVA saat ini beroperasi pada beban 85% dengan COS Φ 0,7, memasang peralatan kompensasi daya reaktif dapat meningkatkan kapasitas pembawa beban trafo sebesar 30%. Pengguna dapat meningkatkan beban mereka tanpa perlu memperluas kapasitas untuk memfasilitasi ekspansi produksi lebih lanjut.
● 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.
Pada tangan lain, dengan pengembangan industri, penggunaan sejumlah besar peralatan kontrol otomatis dan beban nonlinier telah menghasilkan aliran harmonika yang signifikan pada jaringan distribusi daya, mengosongkan kisi. Salah satu cara utama untuk meningkatkan kualitas daya adalah to. Atau secara signifikan mengurangi dampak harmonika pada sistem catu daya dan peralatan listrik melalui kompensasi peralatan penyaring yang wajar.
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)
