Реактивная мощность обозначение: Реактивной мощности измерение

Содержание

Что такое полная, активная и реактивная мощность?

Power Solutions / Блог / Полезная информация / Что такое полная, активная и реактивная мощность?

В повседневной жизни практически каждый сталкивается с понятием “электрическая мощность”, “потребляемая мощность” или “сколько эта штука “кушает” электричества”. В данной подборке мы раскроем понятие электрической мощности переменного тока для технически подкованных специалистов и покажем на картинке электрическую мощность в виде “сколько эта штука кушает электричества” для людей с гуманитарным складом ума :-). Мы раскрываем наиболее практичное и применимое понятие электрической мощности и намеренно уходим от описания дифференциальных выражений электрической мощности.

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для практических расчётов бесполезна. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность (Real Power)

Единица измерения — ватт (русское обозначение: Вт, киловатт – кВт; международное: ватт -W, киловатт – kW).

Среднее за период Τ значение мгновенной мощности называется активной мощностью, и

выражается формулой:

В цепях однофазного синусоидального тока , где υ и Ι это среднеквадратичные значения напряжения и тока, а φ — угол сдвига фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S, активная связана соотношением .

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность (Reactive Power)

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (русское обозначение: вар, кВАР; международное: var).

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:

(если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью P соотношением: .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до минус 90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой

реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например,асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения

Полная мощность (Apparent Power)

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (русское обозначение: В·А, ВА, кВА-кило-вольт-ампер; международное: V·A, kVA).

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: ; соотношение полной мощности с активной и реактивной мощностями выражается в следующем виде: где P — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q›0, а при ёмкостной Q‹0).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Визуально и интуитивно-понятно все вышеперечисленные формульные и текстовые описания полной, реактивной и активной мощностей передает следующий рисунок 🙂

Специалисты компании НТС-групп (ТМ PowerSol) имеют огромный опыт подбора специализированного оборудования для построения систем обеспечения жизненно важных объектов бесперебойным электропитанием. Мы умеем максимально качественно учитывать большое количество электрических и эксплуатационных параметров, которые влияют на выбор оборудования. Производители ИБП и электрогенераторов в документации обязательно указывают полную и активную мощность. Производители стабилизаторов напряжения обычно указывают коэффициент 1(кВт=кВА). Специалисты компании НТС-ГРУПП помогут Вам разобраться в технических характеристиках и максимально комфортно купить ИБП. Несмотря на то что у нас большой выбор стабилизатор напряжения для дома или офиса- мы поможем Вам найти именно тот, который Вам нужен.

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах

Автор:

Файфер Лилия Андреевна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано
в

Молодой учёный

№28 (132) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 19.12.2016
2016-12-19

Статья просмотрена:

1328 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 2 (pdf)

Библиографическое описание:

Файфер, Л. А. Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах / Л. А. Файфер. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 28 (132). — С. 203-207. — URL: https://moluch.ru/archive/132/37063/ (дата обращения: 09.01.2023).

Согласно ГОСТ 13109–2003 основными параметрами являются колебания напряжения, отклонение частоты, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Отсюда следует, что активная и реактивная мощность, а также действующие значения токов и напряжений имеют важное значение при исследовании показателей качества электроэнергии. Именно с определением реактивной мощности возникают трудности, так как нет строгого её определения.

Методы определения составляющих мощности и реактивной мощности.

Буденау впервые ввёл понятие «мощность искажение». Встречается обозначение мощности искажения как «D», а также как «T». По Буденау мощность искажения вычисляется по формуле

А. Ф. Крогерис в [1] наглядно изображает составляющие мощности в стандартах США (рисунок 1).

Рис. 1. Составляющие мощности по американским стандартам

Также вопросами составляющих мощности занимались и немецкие учёные. Среди которых выделяет работы Р. Трэгера, который ввёл понятие «мощность взаимного обмена». В немецких нормах при графической интерпретации под S понимают кажущуюся мощность при несинусоидальном режиме, а под S₁— кажущуюся мощность основной гармоники. Соответственно Q и Q₁— это реактивная мощность основной гармоники и при несинусоидальном режиме. Составляющие мощности изображены на рисунке 2.

Рис. 2. Составляющие мощности по немецким стандартам

Можно все существующие методы определения составляющих мощностей разделить на три группы: спектральные, интегральные и энергопотоковые методы. Рассмотрим более подробно каждую группу.

Спектральные методы

Сущность данного метода заключается в том, что составляющие мощности определяются с помощью гармонических составляющих токов и напряжений

Реактивная мощность по Буденау.

Теория Буденаю, состоит в разложении полной мощности на активную, реактивную и мощность искажения. Выражение Буденау представлено формулой

Формулы по Буденау получили широкое признание. Неактивная или реактивная мощность присуща сигналу с n-гармониками:

Мощность по В. Шеферду и П. Закихани.

Мощность, определяемая в [2] основана на частотном анализе. Он делит гармоники тока и напряжения на общие и необщие гармоники. Реактивная мощность выражена формулой

Мощность по Шарону.

Определение мощности по Шарону основано также на частотном анализе. Отметим, что у Шарона присутствует термин «кажущийся компонент мощности» которую он определяет в своих трудах. Он развивает исследования формулы и считает, что определении коэффициента мощности в несинусоидальном режиме через функцию косинуса ошибочно. И критикует некоторые моменты теории В. Шеферда и П. Закихани, в частности он считает, что не имеет физического смысла, а лишь математическое понятие. Поэтому он выводит формулу, в которой присутствуют функции гармоник напряжения, тока и функция синуса фазового сдвига.

В [3] реактивную мощность представлена формулой

А. Эмануэль в [4] отметил, что мощность искажения широкого признания не получила и говорит, что необходимо уделить внимание оценке угла смещения для основной гармоники.

Реактивная мощность определяется через основные гармоники напряжения и тока выражением

Интегральные методы определения мощности

Реактивная мощность Илиовиси и Маевского [5].

Интегральную формула для расчёта реактивной мощности ввёл М. Илиовиси:

Илиовиси и Маевский используют такие понятия, как: мощность сдвига (), мощность искажения () и неактивная мощность ().

Неактивная мощность:

Энергопотоковые методы определения мощности

Реактивная мощность Фризе.

Теория Фризе [6] основана на мгновенных значениях токах и напряжениях. Теория состоит в разложении мгновенного тока нагрузки на мгновенный активный ток и мгновенный неактивный (реактивный) ток.

Разделение тока на две составляющие происходит в связи с тем, что ток является активной нагрузкой развивает такую же мощность, что и нагрузка, которая исследуется. В итоге если реактивный ток будет скомпенсирован, то будет видна только активная нагрузка.

Полный ток можно определить через среднеквадратичные значения активного и реактивного тока:

Реактивную мощность по Фризе всегда положительна и определяется по формуле

Мощность по Зарнецкому.

Зарнецкий продолжает в свих работах [7] концепции Фризе. Теория предполагает разделение тока на две составляющие: активный и реактивный ток. Отличием теории от выше описанной, является то, что она предполагает разложение токов на большое количество ортогональных компонент. Реактивная мощность по Зарнецкому, определяется выражением

pq- теория.

pq- теория или теория мгновенной мощности используется когда активные компенсаторы применяются для компенсации реактивной мощности в случае наличия составляющих высших гармоник [6]. Активная и реактивная мощность получаются путём преобразования сигналов из трёхфазной системы координат в двухфазную систему координат:

Вывод

Сделав обзор существующих методик определения реактивной мощности, отметим, что у каждой методики, теории есть свои преимущества, недостатки. Поэтому вопрос определения мощности является важным и актуальным, и требующим дальнейшего изучения.

Литература:

Крогерис, А. Ф. Мощность переменного тока [Текст]: учеб. / А. Ф. Крогерис. — Рига.:Физ.-энерг.ин-т Латв.АН. — 1993. — 294с.
Shepherd, W. Suggested definition of reactive power for nonsinusoidal systems / W. Shepherd, P. Zakikhani // Proc. IEE. — 1972. — vol. 119, № 9. — P. 1361–1362.
Топорова, Ю. В. Сравнительная характеристика методов определения реактивной мощности [Текст] / Ю. В. Топорова, А. П. Лазуренко // Вісник НТУ «ХПІ». — 2013. — № 17(990). — С. 100–106.
Emanuel, A. E. Suggested definition of reactive power in nonsinusoidal systems and reactive-power definitions and power-factor improvement in nonlinear systems / A. E. Emanuel // Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. — 1974. — vol. 121, № 7/ — P. 705–706.
Kusters, N. On the Definition of Reactive Power Factor of the Supply Systems / N. Kusters, W. Moore // IEEE Trans. Power App. Syst. — 1980. — P. 1845–1854.
Чижма, С. Н. совершенствование методов и средств контроля качества электроэнергии и составляющих мощности в электроэнергетических системах с тяговой нагрузкой [Текст]: дис…. доктора тех. наук: 05.14.02 / Сергей Николаевич Чижма; Омский государственный университет путей сообщения. — Омск, 2014. — 367 с.
Czarnecki, L. S. Budeanu and fryze: Two frameworks for interpreting power properties of circuits with nonsinusoidal voltages and currents / L. SCzarnecki // Electrical Engineering. — 1997. — vol. 80, № 9. — P. 359–367.

Основные термины (генерируются автоматически): реактивная мощность, мощность, мощность искажения, составляющая, несинусоидальный режим, основная гармоника, реактивный ток, теория, формула, активная нагрузка.

Управление реактивной мощностью: поддержание параметров напряжения и частоты сети

Правительство поставило перед собой амбициозную цель добавить к 2022 году мощность возобновляемой энергии в индийскую энергосистему на 175 ГВт. Однако солнечная и ветровая энергия, которые составляют большую часть мощности возобновляемых источников энергии, являются как прерывистыми, так и переменными. Интеграция такого огромного кванта мощности возобновляемой энергии с существующей сетью создает множество проблем в отношении поддержания параметров напряжения и частоты сети. Управление неустойчивостью, присущей распределенным источникам энергии и производству возобновляемой энергии, может поставить под угрозу стабильность сети. Реактивная мощность вступает в игру при устранении нестабильности сети по отношению к напряжению, также известной как нестабильность напряжения, путем временного предоставления мощности и поддержания напряжения сети, тем самым избегая чрезмерной нестабильности.

Путем регулирования реактивной мощности можно контролировать такие параметры энергосистемы, как использование активной мощности, стабильность напряжения, коэффициент мощности, эффективность системы, стоимость энергии и качество электроэнергии. Таким образом, управление реактивной мощностью дает многочисленные преимущества, такие как стабильность напряжения, регулировка коэффициента мощности, эффективность системы, контроль затрат, улучшение качества электроэнергии и долговечность компонентов, поскольку они менее подвержены износу из-за повторяющихся колебаний напряжения.

Основы технологии

Существует два различных типа компенсации реактивной мощности, включая статические и динамические компенсаторы. Статические компенсаторы состоят из шунтирующих конденсаторов, шунтирующих реакторов и переключателей ответвлений, которые в основном управляют нестабильностью нагрузки, временно обеспечивая реактивную мощность в течение нескольких секунд или минут, в то время как динамические компенсаторы мгновенно реагируют и помогают контролировать напряжение в случае нестабильности нагрузки или отключения питания. , в связи с некоторыми непредвиденными обстоятельствами. Кроме того, динамическая компенсация имеет две различные разновидности, классифицируемые как динамическая параллельная компенсация и динамическая последовательная компенсация.

Динамические компенсаторы имеют лучшую производительность, чем статические компенсаторы, благодаря их превосходным характеристикам при низком напряжении по сравнению со статическими реактивными устройствами, учитывая, что они имеют меньшее время отклика и больший реактивный диапазон, чем последние.

Динамическая шунтовая компенсация имеет возможность автоматически поддерживать уровень напряжения на определенном участке энергосистемы. Уровень напряжения является непосредственным отображением баланса реактивной мощности – слишком высокое напряжение означает избыток реактивной мощности и наоборот. Динамический шунтирующий компенсатор автоматически и мгновенно плавно регулирует выходную реактивную мощность по сравнению с опорным уровнем напряжения. Он улучшает устойчивость к переходным процессам, быстро обнаруживая и автоматически корректируя свой вывод в ответ на системные события. В настоящее время на рынке коммерчески доступны два типа технологий динамической компенсации шунта: статический (невращающийся) компенсатор реактивной мощности (SVC) и статический (невращающийся) компенсатор (STATCOM).

SVC состоит из реакторов и конденсаторов и управляется тиристорами. Для автоматического обеспечения стабильности напряжения и переходных процессов он измеряет фактическое напряжение и автоматически подает реактивную мощность в систему через конденсатор и реактор. Эта технология была принята более чем на 800 установках по всему миру.

STATCOM основан на технологии преобразователя напряжения (VSC). Сравнение с SVC показывает, что конденсаторы и реакторы заменены силовыми транзисторами и биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT) для интеллектуального переключения полупроводников. IGBT работают на частоте в диапазоне кГц. Подключив конденсаторы постоянного тока на одной стороне преобразователя, STATCOM может изменять свой выходной сигнал в зависимости от амплитуды, частоты и фазового угла, чтобы обеспечить стабильность напряжения и переходных процессов. Эта технология была принята примерно для 20 установок по всему миру.

Добавление технологии последовательной компенсации в существующую систему передачи значительно повышает пропускную способность, поскольку при необходимости конденсатор обеспечивает подачу реактивной мощности, одновременно делая систему более надежной и устойчивой к экстремальным колебаниям нагрузки. Кроме того, это саморегулирующееся явление; по мере передачи большего тока энергосистема будет потреблять больше реактивной мощности, а конденсаторы также автоматически будут производить больше реактивной мощности. В результате линия электропередачи используется более эффективно, и больше активной мощности может достигать потребителей в существующей инфраструктуре.

Путь вперед

Чтобы смягчить проблемы с качеством электроэнергии, возникающие в результате интеграции возобновляемых источников энергии, разработчики, а также специалисты по планированию передачи и коммунальные предприятия должны принять меры. С этой целью проект центрального правительства «Коридоры зеленой энергии» направлен на интеграцию крупномасштабных мощностей возобновляемой энергии в национальную сеть, а также на расширение зоны балансирования для решения проблемы нестабильности возобновляемой энергии. Проект предусматривает создание инфраструктуры передачи в странах, богатых возобновляемыми источниками энергии, а также внедрение инфраструктурных решений управления, включая устройства динамической компенсации (SVC и STATCOM), центры управления возобновляемыми источниками энергии и накопители энергии. Power Grid Corporation of India Limited предлагает динамическую компенсацию MVAR, такую как STATCOM, и установку векторных измерительных блоков в стратегических точках сети. Ряд СТАТКОМов был установлен в сети 400 кВ для повышения надежности сети и предела стабильности напряжения. Компания ввела в эксплуатацию STATCOM в Солапуре, Аурангабаде, Сатне и Гвалиоре в западном регионе; Лакхнау и Налагарх в северном регионе; Ранчи, Руркела, Джейпор и Кишангандж в восточном регионе; и Удумалпет, Тричи, Хайдарабад и НП Кунта (Анантапурам) в южном регионе. Эти устройства обеспечат динамическую стабильность сети в непредвиденных условиях, а также быструю и надежную реакцию системы на серьезные нарушения в сети, когда восстановление напряжения имеет решающее значение.

Реактивная мощность в цепях с дискретной резистивной нагрузкой

Аист, Милан

;

Майер, Даниэль

Аннотация

Процесс линий электропередачи от источника к нагрузке хорошо известен, если напряжения и токи изменяются гармонически. По линиям передается активная мощность, которая рассеивается в нагрузке (эта мощность выходит из системы) и реактивная мощность (эта мощность колеблется между источником и нагрузкой). Заметим, что правильнее было бы обозначить внешнее питание и внутреннее питание. Такие системы известны как циклодиссипативные. Активная мощность рассеивается в нагрузке, а реактивная мощность колеблется между источником и нагрузкой. Физически реактивная мощность передается реактивным элементам нагрузки. Передача реактивной мощности увеличивает потери Джоуля и падение напряжения на линиях. Реактивную мощность можно компенсировать известным образом. Компенсация снижает действующее значение тока в линии. Случаю периодических, но несинусоидальных напряжений и токов было посвящено множество публикаций, конференций и т. д. за последние 100 лет. Но, несмотря на большие усилия, эта проблема до сих пор полностью не решена. В настоящей статье мы показываем, что в системе с гармоническим источником напряжения даже в случае линейной чисто резистивной нагрузки может генерироваться и компенсироваться реактивная мощность.

Реактивная мощность обозначение: Реактивной мощности измерение

Что такое полная, активная и реактивная мощность?

Активная мощность (Real Power)

Реактивная мощность (Reactive Power)

Полная мощность (Apparent Power)

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах

Похожие статьи

Методики расчёта

Практическое применение вейвлет-преобразования для…

Система управления статическим компенсатором

Алгоритм для расчета потерь

Компенсация

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод…

Компенсация

Негативное воздействие

Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих…

Методики расчёта

Практическое применение вейвлет-преобразования для…

Система управления статическим компенсатором

Алгоритм для расчета потерь

Компенсация

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод…

Компенсация

Негативное воздействие

Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих…

Похожие статьи

Методики расчёта

Практическое применение вейвлет-преобразования для…

Система управления статическим компенсатором

Алгоритм для расчета потерь

Компенсация

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод…

Компенсация

Негативное воздействие

Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих…

Методики расчёта

Практическое применение вейвлет-преобразования для…

Система управления статическим компенсатором

Алгоритм для расчета потерь

Компенсация

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод…

Компенсация

Негативное воздействие

Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих…

Управление реактивной мощностью: поддержание параметров напряжения и частоты сети

Реактивная мощность в цепях с дискретной резистивной нагрузкой

Аннотация

Комментарии

Добавить комментарий Отменить ответ