کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های الکتریکی با بانک‌های خازنی و کنترل بهینه توان راکتیو

نویسندگان: استانیلاو اس. گیرشین، الکساندر آی. بیگون، نیکولای آ. ملنیکوف، النا وی. پترووا،ولادیسلاو ام. تروتسنکو، دمیتری اس. اوسیپوف، ولادیمیر ان. گوریونوف

مرکز تحقیقاتی: دانشگاه فنی دولتی اومسک (۱)، دانشگاه دولتی یوگرا (۲)، فدراسیون روسیه

چکیده

در سیستم‌های قدرت الکتریکی، یکی از مهم‌ترین شاخص‌های بهره‌وری انرژی، سطح تلفات توان الکتریکی است. در اقتصاد بازار اهمیت این تلفات دوچندان می‌شود، زیرا هزینه‌ی آن‌ها بخش قابل‌توجهی از تعرفه‌ی برق را تشکیل می‌دهد. جبران توان راکتیو یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش تلفات شبکه‌های قدرت به‌شمار می‌رود. با وجود این، هزینه‌ی دستگاه‌های جبران‌کننده‌ای که برای این منظور به‌کار می‌روند، با هدف کاهش تلفات انرژی الکتریکی در تضاد قرار دارد. این مقاله تأثیر تغییر ظرفیت بانک‌های خازنی استاتیک را بر میزان تلفات شبکه با تغییر تعداد بخش‌ها و نوع منحنی‌های بار راکتیو سالانه بررسی می‌کند. همچنین تأثیر تعداد بخش‌های بانک خازنی بر حداکثر کاهش تلفات سالانه‌ی توان راکتیو در شبکه تحلیل شده است. برای نمودارهای بار خطی‌شده، روابطی برای تلفات طبیعی در بانک‌های خازنی و نیز عباراتی برای تخمین کاهش تلفات شبکه استخراج گردیده است. نتیجه‌گیری مقاله این است که جبران کامل توان راکتیو در اکثر موارد غیرعملی است. وابستگی کاهش تلفات به توان بانک خازنی، در نقطه‌ای به اوج می‌رسد که توان بانک کمتر از توان بار باشد. تحقیق نشان می‌دهد کاهش چشمگیر تلفات در انتقال توان راکتیو نیازی به بیش از ۳ یا ۴ بخش ندارد (کاهش نزدیک به ۱۰۰٪). همچنین کاهش ۹۰٪ تلفات را می‌توان در طیف وسیعی از نمودارهای بار تنها با دو بخش به دست آورد.

کلمات کلیدی: بانک خازنی، تلفات انرژی، نمودار بار، جبران توان راکتیو، کنترل بهینه.

مقدمه

جبران ضریب توان یکی از مؤثرترین اقدامات برای کاهش تلفات انرژی در شبکه‌های الکتریکی است [۱-۵]. بیشتر دستگاه‌های جبران‌کننده‌ی امروزی قابلیت کنترل توان راکتیو را دارند. این کنترل‌ها از یک سو فرصت کاهش تلفات را فراهم می‌کنند، اما از سوی دیگر به هزینه‌ی دستگاه می‌افزایند. از این‌رو دو وظیفه مطرح می‌شود: نخست، مقایسه‌ی فنی و اقتصادی دستگاه‌های جبران‌کننده با توان یکسان اما سیستم‌های کنترل متفاوت (به‌طور خاص، نوع کنترل‌شده و کنترل‌نشده)؛ دوم، انتخاب بهینه‌ی توان دستگاه‌های جبران‌کننده با در نظر گرفتن قابلیت کنترل.

توضیح بیشتر: توان راکتیو انرژی مورد نیاز برای ایجاد میدان‌های مغناطیسی در تجهیزاتی مانند موتورها و ترانسفورماتورهاست که به‌طور مفید به بار نمی‌رسد، اما جریان خطوط انتقال را افزایش داده و تلفات اهمی (تبدیل به گرما) را تشدید می‌کند. بانک‌های خازنی که از خازن‌ها تشکیل شده‌اند، برای تولید توان راکتیو و جبران بارهای راکتیو (عمدتاً سلفی) به کار می‌روند، به‌گونه‌ای که توان راکتیو مورد نیاز بار از منابع دور مانند نیروگاه تأمین نشود.

مقاله‌ی حاضر به بررسی عمیق این موضوع می‌پردازد: چگونه با بهینه‌سازی ظرفیت و تعداد بخش‌های بانک خازنی می‌توان به حداکثر کاهش تلفات انرژی دست یافت؟ آیا استفاده از بانک‌های خازنی با بخش‌های زیاد همیشه مقرون‌به‌صرفه است؟ پاسخ این پرسش‌ها در تحلیل‌های فنی و اقتصادی این پژوهش نهفته است.

تحلیل فنی و اقتصادی جبران توان راکتیو

اگرچه جبران توان راکتیو یک استراتژی اثبات‌شده برای بهبود کیفیت توان و کاهش هزینه‌های انرژی است، اجرای آن بدون توجه به جنبه‌های اقتصادی می‌تواند نتیجه‌ی معکوس داشته باشد. هر دستگاه جبران‌کننده (خازن یا راکتور) هزینه‌های اولیه‌ی خرید، نصب و نگهداری را به همراه دارد. اگر هزینه‌ی این سرمایه‌گذاری از ارزش انرژی صرفه‌جویی‌شده بیشتر شود، پروژه توجیه اقتصادی نخواهد داشت.

این تحقیق نشان می‌دهد که یکی از کلیدهای بهینه‌سازی، طراحی بانک خازنی با تعداد بخش‌های مناسب است. به‌جای استفاده از یک بانک خازنی بزرگ با ظرفیت ثابت، می‌توان آن را به چند بخش تقسیم کرد و هر بخش را متناسب با نیاز لحظه‌ای بار، به‌طور مستقل وصل یا قطع نمود. این کار انعطاف‌پذیری بیشتری برای هماهنگی با تغییرات بار ایجاد کرده و از جبران‌سازی بیش از حد که ممکن است مضر باشد، جلوگیری می‌کند.

نتیجه‌گیری اولیه بخش اول

تحلیل‌های ارائه‌شده یک یافته‌ی حیاتی را آشکار می‌سازند: هدف نباید جبران ۱۰۰٪ توان راکتیو باشد. در بسیاری از شبکه‌های توزیع، با تنها ۲ تا ۴ بخش خازنی می‌توان به کاهش ۹۰٪ تلفات راکتیو دست یافت. در این حالت، هزینه‌ی تجهیزات کنترل و خود بانک خازنی با صرفه‌جویی حاصل از کاهش تلفات به خوبی هماهنگ می‌شود و بهینه‌سازی اقتصادی حاصل می‌گردد. این اصل ستون فقرات طراحی سیستم‌های جبران توان راکتیو هوشمند و مقرون‌به‌صرفه در شبکه‌های قدرت مدرن است.

منابع [2، 4] روش‌های بهینه‌سازی انتخاب دستگاه‌های جبران را با در نظر گرفتن توپولوژی شبکه، عدم انطباق سعات تعیین‌شده و سایر عوامل می‌توانند به کار روندی، بهینه‌سازی کنترل 사태 реакی است که برای عملکرد قابل اعتماد و بهینه سیستم‌های انرژی الکتریکی ضروری است. در چند سال اخیر، با توجه به اهمیت این مسئله، تعداد مقالات در این حوزه کم‌نقص مانده است. مقاله [6] یک مدل ریاضی برای حل مسئله بهینه‌سازی ارائه می‌دهد که به ولتاژ شبکه وابسته است. عملکردهای هدف در این مدل شامل حداقل هزینه سرمایه برای یک بانک خازنی استاتیک (SCB) با امکان تنظیم مرحله به مرحله و حداقل هزینه عملیاتی که به ضرر تلفات انرژی وابسته است می‌باشند. مقاله [7] یک مدل ریاضی را بر پایه متد گروه ذرات (PSO) برای تعیین مکان و توان بهینه SCB توصیف می‌کند. این مدل سطوح ولتاژ سیستم را بهبود می‌بخشد، تلفات خطوط را به حداقل می‌رساند و ضریب قدرت را ارتقا می‌دهد. در تست‌های زمان واقعی [8] یک سامانه اصلاح ضریب قدرت پیشنهادی است که از استفاده از بانک‌های خازنی چندمرحله‌ای در ترکیب با فیلترهای هارمونیک بهره می‌برد. رویکرد توسعه‌یافته امکان یافتن پارامترهای بهینه SCB برای بهینه‌سازی مقادیر توان واکنش را فراهم می‌کند. نتایج در [9] به اجرا در کنترل همزمان SCBها، ترانسفورماتورها و پیکربندی توزیع شبکه اشاره دارند. مزیت روش پیشنهادی نسبت به الگوریتم‌های موجود برای افزایش کارایی شبکه انرژی بیان شده است. مقاله [10] فهرست متمایز مقالاتی درباره ابزارهای مدرن برای حل مسائل بهینه‌سازی توان واکنش ارائه می‌دهد. مرور تحلیلی به‌روز در [11] به‌عنوان منبع جهانی اطلاعات درباره روش‌های توزیع بهینه توان واکنش، کاهش تلفات و افزایش ثبات ولتاژ شناخته می‌شود. اگرچه پژوهشگران تعداد زیادی مقاله در این باره منتشر کرده‌اند، تفاوت بین SCBهای تنظیم‌دار و غیرتنظیم‌دار در حین تلفات انرژی نیاز به بررسی علمی دقیق دارد. این رویکرد بدون سرراز سبب به نصب بانک‌های خازنی با حداقل تعداد بخش‌ها منجر می‌شود، زیرا از نظر هزینه مؤثر است. در واقع، این حقیقت تنها برای بارهای ثابت صادق است. در سایر موارد، بخشی از زمان بانک‌ها با تعداد ناقص بخش‌ها کار می‌کنند و الگوهای تغییرات انرژی به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای متفاوت می‌باشد.

تغییرات بار سالانه و روش کنترل

فرض می‌کنیم که بانک خازنی (SCB) با هدف حداقل‌سازی تلفات انرژی کنترل می‌شود و بیش‌جبران (over‑compensation) غیرقابل قبول است؛ یعنی برای هر زمان t نسبت توان واکنش بار Q(t) به توان تولیدی SCB QSCB باید Q(t) ≥ QSCB باشد (شکل ۱). همان‌طور که در [12] نشان داده شده است، این شرط نیز معیاری برای کنترل بهینه می‌باشد. اگر توان واکنش بار با زمان کاهش یابد، بخش بعدی SCB تنها زمانی خاموش می‌شود که جبران کامل Q(t) = QSCB (cos φ = 1) به‌دست آید. تلفات فعال ذاتی SCB کمی است، بنابراین تلفات کلی در حالت جبران کامل کمتر از حذف یک بخش دیگر SCB است. از این رو، کنترل SCB بر مبنای حفظ cos φ زیر ۱ هرگز بهینه نیست.

فرض می‌کنیم که منحنی واکنش بار سالانه می‌تواند به‌صورت خطی از شکل زیر [13] تقریب‌یابد:

Q(t) = Qmax·(t/t0)

که در آن Qmax حداکثر توان واکنش سالانه و t0 یک پارامتر گرافیکی است که میزان پر شدن منحنی را توصیف می‌کند.

مدل [6] نشان می‌دهد که این تقریب نتایج خوبی برای محاسبه تلفات انرژی می‌دهد. فرآیند کنترل بهینه SCB می‌تواند با استفاده از تابع (1) به‌صورت گرافیکی توصیف شود (شکل ۲).

زیرمجموعه‌های انرژی در بانک‌های خازنی (SCB)

تعریف‌های زیر را معرفی می‌کنیم:

• QSCB, nom: توان نام‌دار بانک خازنی (SCB);
• n: تعداد بخش‌های SCB;
• Qs: توان یک بخش;
• psp: تلفات ویژه قدرت فعال در SCB (به‌واسطه انرژی واکنش تولیدی);
• Qmin: حداقل توان واکنش بار سالانه.

تعداد بخش‌های غیرفعال (که تمام سال فعال می‌مانند) می‌تواند با عبارت زیر تعیین شود:

n_off = ⌈(QSCB, nom – Qmin) / Qs⌉

مقدار Qmin در مدل خطی بار سالانه می‌تواند با جایگذاری حداکثر زمان t در معادله (1) به دست آید. اگر t0 ≤ 8760 ساعت (که معادل استفاده از بار واکنش حداکثر Tmax,Q ≤ 4380 ساعت است) باشد، معادله (1) باعث می‌شود Qmin = 0. این نتیجه ممکن است با شرایط واقعی هم‌سو نباشد؛ اما اگر مقدار واقعی Qmin بزرگ‌تر از توان یک بخش نباشد، خطای قابل‌توجهی وارد نمی‌شود، چون حالت خاموش کامل SCB تأثیری بر تلفات مطرح‌نشده ندارد.

تلفات لحظه‌ای قدرت فعال SCB به‌صورت نسبی به توان واکنش تولیدی است:

P_loss = psp·Q

تلفات انرژی سالانه SCB به یک انتگرال از شکل زیر تعیین می‌شود:

E_loss = ∫ P_loss·dt

به‌طور عملاً، محاسبه این انتگرال به جمع‌گذاری محصول از تلفات قدرة هر مرحله از منحنی بار سالانه بر مدت زمان همان مرحله می‌گردند (شکل ۲). مرزهای بین t_i معادل لحظه‌های قطع بخش i‑ام SCB هستند. از شکل ۲ می‌توان مستقیماً استنتاج کرد که

E_loss = Σ P_loss,i·Δt_i

پس از انجام محاسبات و اعمال چند تبدیل، می‌توان به فرمول زیر برای تلفات انرژی سالانه SCB دست یافت:

کاهش تلفات انرژی در شبکه

دو مؤلفه اول، تلفات انرژی مربوط به بخش‌های جدا‌شده را نشان می‌دهند و مؤلفه آخر، تلفات بخش‌های در حال کار بدون قطع اتصال را مشخص می‌کند. در شکل 3، یک نمونه از وابستگی تلفات انرژی در بانک خازنی (SCB) به توان بخش ارائه شده است. این مثال برای یک SCB چهار بخشی در زمان t₀ = 12000 ساعت (که در ناحیه زیر منحنی بار قرار دارد و معادل Tmax,Q = 5560 ساعت است) محاسبه شده. تلفات انرژی به صورت درصدی از تلفاتی بیان می‌شود که در حالت عملکرد سالانه SCB با ظرفیت کامل Qmax (یعنی با جبران راکتیو کامل) رخ می‌دهد و برابر با 8760 پُرس پُرسِلی times Qmax است.

این وابستگی به چچهار بخش تقسیم می‌شود که از نظر تعداد بخش‌های k (بخش‌های در حال کار بدون قطع) متفاوت‌اند. جبران کامل، معادل نسبت Qc/Qmax = 0.25 است. از آنجا که این مقدار کمتر از نسبت توان بار حداقلی به حداکثری (0.27 طبق فرمول (1)) است، در این حالت بخش k = 0 وجود ندارد.

بخش‌های مختلف بر اساس تعداد k با نقاط شکست از هم جدا می‌شوند. در بخش k = 4، وابستگی خطی است. در بخش‌های بعدی، با قطع اتصال، وابستگی غیرخطی می‌شود. این غیرخطی بودن ناشی از افزایش توان بخش است، در حالی که مدت زمان عملکرد آن کاهش می‌یابد. در k = 1، اهمیت عامل زمان به حدی می‌رسد که وابستگی از حداکثر رد شده و شروع به افت می‌کند. در این حالت، حداکثر تلفات ۵۲.۹ درصد است و در Qc/Qmax = 0.207 رخ می‌دهد.

تلفات انرژی در شبکه

بیایید تأثیر SCB تنظیم‌شده بر تلفات توان در شبکه، از مرکز تأمین انرژی (PSC) تا باس‌های ولتاژ پایین (LV) ایستگاه ترانسفورماتور (شکل 1) را بررسی کنیم. این تأثیر به‌طور رسمی هم بر تلفات بار و هم بر تلفات بدون بار اعمال می‌شود و نه‌تنها به خاطر تغییرات در توان راکتیو، بلکه به دلیل تغییرات ولتاژ در گره بار نیز هست. با این حال، ولتاژ در گره بار نه‌تنها به ظرفیت SCB، بلکه به روش تنظیم ولتاژ در مرکز تأمین انرژی و همچنین حالت‌های کلی سیستم قدرت نیز وابسته است. ما فرض می‌کنیم که در مرکز تأمین انرژی، یک تنظیم ولتاژ معکوس وجود دارد که در آن ولتاژ یک گره بار معادل در سطح ثابت حفظ می‌شود. فرض می‌کنیم باس‌های LV ایستگاه بررسی‌شده تقریباً با همین گره مطابقت دارند. این فرض به ما اجازه می‌دهد تأثیر ولتاژ بر تلفات انرژی را حذف کنیم. بنابراین نتیجه می‌گیریم که SCB فقط بر تلفات انرژی بار ناشی از انتقال توان راکتیو تأثیر می‌گذارد.

در هنگام انتخاب یک SCB، نه مقدار مطلق تلفات انرژی در شبکه، بلکه میزان کاهش آن اهمیت دارد. با توجه به فرضیات پذیرفته‌شده، تلفات توان فعال در خطوط و ترانسفورماتور (شکل 1) در لحظه نصب SCB به میزان زیر کاهش می‌یابد:

U = 1 / (R * I)

که در آن R مقاومت فعال کل خط و ترانسفورماتور است؛ و U ولتاژ در گره بار (که معمولاً به طرف ثانویه ترانسفورماتور نسبت داده می‌شود).

کاهش سالانه تلفات انرژی در خط و ترانسفورماتور برابر با انتگرال کاهش تلفات توان است:

شکل 3. وابستگی تلفات انرژی در یک SCB چهار بخشی به ظرفیت بخش

شکل 4. وابستگی کاهش تلفات انرژی در شبکه به ظرفیت بخش SCB چهار بخشی

پس از انتگرال‌گیری و اعمال تبدیلات، در نهایت به فرمول زیر دست می‌یابیم:

شکل 4، وابستگی کاهش تلفات انرژی در شبکه به توان بخش SCB را نشان می‌دهد. این نمودار تحت همان شرایط شکل 3 ترسیم شده است. کاهش تلفات انرژی به صورت درصدی از تلفات انتقال توان راکتیو پیش از نصب SCB (در حالت اولیه) بیان می‌شود که برابر است با:

وابستگی حاصل، از حداکثر در Qc/Qmax = 0.207 رد می‌شود. حداکثر کاهش تلفات به ۹۶.۸ درصد می‌رسد.

تأثیر تعداد بخش‌ها بر حداکثر کاهش تلفات

ما می‌توانیم کاهش تلفات انرژی را به صورت واحدهای نسبی به وضوح‌تری با تقسیم فرمول (9) بر (10) بنویسیم:

نشانگذاری زیر را معرفی می‌کنیم:

بر اساس فرمول (11)، وابستگی کاهش تلفات به توان بخش، به طور کلی یک منحنی سهمی مکعبی است که در نقطه زیر به حداکثر می‌رسد:

فرمول (17) در صورتی صحیح است که مقدار به‌دست‌آمده روی بخش منحنی δW(Qc) مربوط به مقدار پذیرفته‌شده k قرار بگیرد. در غیر این صورت، حداکثر کاهش تلفات در یکی از بخش‌های دیگر منحنی یا در نقطه شکست (در مرز بخش) واقع خواهد شد.

زمان ساعت	حداکثر کاهش تلفات نسبی δWrel,max	تعداد بخش‌ها
تعداد مختلفی از ساعات	نتایج محاسبه شده	۳، ۴…

حداکثر کاهش تلفات در انتقال توان راکتیو از ۷۵٪ برای یک SCB غیر调节‌پذیر با Tmax,Q = 4380 ساعت، تا ۹۸٪ برای یک SCB چهار بخشی با Tmax,Q = 7665 ساعت متغیر است. در حالت اول، بار راکتیو در طول سال ۱۰۰٪ تغییر می‌کند، در حالی که در حالت دوم فقط ۲۵٪ از حداکثر توان تغییر می‌کند. وقتی Tmax,Q = 7665 ساعت باشد، حداکثر کاهش تلفات عملاً به تعداد بخش‌ها وابسته نیست. همچنین برای تعداد بخش‌ها n = 4، این حداکثر کاهش عملاً به Tmax,Q یعنی به شکل منحنی بار راکتیو حساس نیست. بیشترین تأثیر معنادار زمانی مشاهده می‌شود که از یک SCB غیر调节‌پذیر به یک SCB دو بخشی منتقل می‌شویم.

نتایج نهایی و توصیه‌های کلیدی

بر پایه تحلیل‌های صورت‌گرفته در این مقاله، می‌توان به نتایج زیر برای کاهش تلفات انرژی با استفاده از بانک خازنی (capacitor bank) دست یافت:

1. کاهش تلفات انرژی (energy losses reduction) در شبکه، وابسته به ظرفیت بانک خازنی قابل تنظیم (regulated SCB) است و این رابطه از یک بیشینه (maximum) عبور می‌کند. در نقطه بیشینه، ظرفیت بانک خازنی به بیشترین توان بار (highest load power) نمی‌رسد. این یعنی حتی وقتی تلفات ذاتی بانک خازنی (inherent losses) کم است و هزینه آن ناچیز فرض می‌شود، جبران‌سازی کامل ضریب توان (full power factor compensation) مقرون‌به‌صرفه نیست. همین موضوع برای بانک خازنی بدون تنظیم (unregulated SCB) نیز صدق می‌کند و تنها استثنا، منحنی بار یکنواخت (uniform load curve) است.

2. یک بانک خازنی با دو پله (two sections) می‌تواند تلفات انرژی ناشی از انتقال توان راکتیو (reactive power transmission) را برای تقریباً هر منحنی باری تا ۹۰% یا بیشتر کاهش دهد. برای بانک‌های خازنی سه و چهار پله، این کاهش به نزدیک ۱۰۰% می‌رسد. بنابراین، برای کاهش تلفات انرژی به بیش از سه یا چهار پله نیازی نیست و در بیشتر مواقع یک یا دو پله کفایت می‌کند. تعداد پله‌های بیشتر تنها زمانی توجیه دارد که برای تنظیم ولتاژ (voltage regulation) ضروری باشد.

مراجع (References)

در ادامه، فهرست منابع علمی و فنی به‌کاررفته در این مقاله ارائه می‌شود:

1. Girshin S.S., Bigun A.AY., Petrova E.V., Goryunov V.N., Shepelev A.O., Ivanova E.V. The grid element temperature considering when selecting measures to reduce energy losses on the example of reactive power compensation, Przeglad Elektrotechniczny. 2018, vol. 94, No. 8. 101–104.
2. Zhelezko Yu. S. Power factor compensation in complex electrical systems. – M.: Energoizdat, 1981, 200 p.
3. RTM 36.18.32.6-92 “Instructions for the design of reactive power compensation units in the general-purpose power networks of industrial enterprises”.
4. Ilyashov V.P. Capacitor installations of industrial enterprises. 3.- Moscow: Energoizdat, 1983, 152 с.
5. Pasko M., Adrikowski T., Bula D., Blaszczok D. Power losses in the reactive power compensator built of capacitor banks and protective chokes, Przeglad Elektrotechniczny. 2020, vol. 96, No. 3. 166–169.
6. Home-Ortiz J.M., Vargas R., Macedo L.H., Romero R. Joint reconfiguration of feeders and allocation of capacitor banks in radial distribution systems considering voltage-dependent models, International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019, vol. 107, 298–310.
7. Gonzalo G., Aguila A., Gonzalez D., Ortiz L. Optimum location and sizing of capacitor banks using VOLT VAR compensation in micro-grids, IEEE Latin America Transactions. 2020, vol. 18, 465–472.
8. Abdelhady S., Osama A., Shaban A., Elbayoumi M. Real-Time Optimization of Reactive Power for An Intelligent System Using Genetic Algorithm, IEEE Access. 2020, vol. 8, 11991–12000.
9. Fetouh T., Elsayed A.M. Optimal Control and Operation of Fully Automated Distribution Networks Using Improved Tunicate Swarm Intelligent Algorithm, IEEE Access. 2020, vol. 8, 129689–129708.
10. Muhammad Y., Khan R., Raja M.A.Z., Ullah F., Chaudhary N.I., He Yi. Muha Solution of optimal reactive power dispatch with FACTS devices: A survey, Energy Reports. 2020, vol. 6, 2211–2229.
11. Saddique M.Sh., Bhatti A. R., Haroon Sh.S., Sattar M.K., Amin S., Sajjad I.A., ul Haq S.S., Awan A.B., Rasheedd N. Solution to optimal reactive power dispatch in transmission system using meta-heuristic techniques―Status and technological review , Electric Power Systems Research. 2020, vol. 178, 106031.
12. Girshin S. S., Goryunov V. N., Shepelev A. O. Optimal control of capacitor banks in distribution networks / Scientists of Omsk to the region. Materials of the II Regional scientific and technical conference. Under general ed. L. O. Stripling, Omsk, 2017, 75-79.
13. S. S. Girshin, V. N. Goryunov, A. S. Shiryaev, D. V. Kovalenko. Selection of capacitor banks in electric networks taking into account disconnection at low loads / Industrial power engineering. 2019,no. 12, 12-18.

نویسندگان (Authors)

این مقاله به همت تیمی از پژوهشگران دانشگاه فنی دولتی اومسک (Omsk State Technical University) و دانشگاه دولتی یوگرا (Yugra State University) در روسیه تدوین شده است:

• Stanilav S. Girshin, Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: stansg@mail.ru
• Aleksandr AY. Bigun, Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: barsbigun@list.ru
• Nikolay А. Mel’nikov, Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: nik_mel_98@mail.ru
• Elena V. Petrova, Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: evpetrova2000@yandex.ru
• Vladislav M. Trotsenko, Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: troch_93@mail.ru
• Dmitry S. Osipov, Yugra State University, Chekhov h. 16, Khanty-Mansiysk, Russian Federation, e-mail: ossipovdmitriy@list.ru
• Vladimir N. Goryunov Omsk State Technical University, Mira, h. 11, 644050 Omsk, Russian Federation, e-mail: vladimirgoryunov2016@yandex.ru

شناسه منبع و ناشر (Source & Publisher Item Identifier)

این مقاله در نشریه PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (ISSN 0033-2097, R. 97 NR 9/2021) با شناسه doi:10.15199/48.2021.09.23 منتشر شده است.

منتشر شده در وبلاگ PQBlog (توسط مهندس برق)

پرسش‌های متداول

چرا جبران کامل توان راکتیو معمولاً مقرون به صرفه نیست؟

جبران کامل توان راکتیو نیاز به نصب بانک‌های خازنی بسیار بزرگ با ظرفیت ثابت دارد. این سیستم‌ها هم هزینه اولیه بالایی دارند و هم با تغییرات بار سازگار نیستند. در بسیاری از حالات، می‌توان با یک سیستم خازنی کوچکتر و انعطاف‌پذیرتر (مثلاً با ۲-۴ بخش)، به کاهش بیش از ۹۰ درصدی تلفات دست یافت که از نظر اقتصادی بسیار بهینه‌تر است.

بانک خازنی با بخش‌های مختلف (Sectional Capacitor Bank) چه مزیتی دارد؟

تقسیم یک بانک خازنی به چند بخش کوچکتر این امکان را فراهم می‌کند که میزان جبران توان راکتیو را متناسب با تغییرات لحظه‌ای بار شبکه تنظیم کرد. این کار از جبران بیش از حد (که می‌تواند باعث افزایش ولتاژ و آسیب به تجهیزات شود) جلوگیری کرده و تلفات را به طور مؤثرتری کاهش می‌دهد.

هدف اصلی استفاده از بانک‌های خازنی در شبکه‌های الکتریکی چیست؟

هدف اصلی کاهش تلفات انرژی و بهبود کیفیت توان است. بانک‌های خازنی با تأمین توان راکتیو مورد نیاز بارهای اندوکتیو (مانند موتورها) به صورت محلی، جریان تبادلی بین منبع تغذیه و بار را کاهش می‌دهند. این کاهش جریان مستقیماً به کاهش تلفات اهمی (I²R) در خطوط انتقال و توزیع منجر می‌شود.

منبع: powerquality.blog