Diese Frage hängt mit meiner vorherigen Frage zusammen , auf die Olin eine großartige Antwort gegeben hat .
Beachten Sie, dass es bei dieser Frage um Übertragungs- und Verteilungssysteme geht, nicht um Elektronik. Ich glaube, die Behauptungen, die ich in der Frage aufstelle, sind den meisten Energiesystemingenieuren bekannt, und ich habe daher keine Zitate und externen Quellen aufgenommen.
Das folgende Zitat zum Blackout 2003 ist dem Bericht „Preventing Voltage Collapse with Protection Systems that Incorporate Optimal Reactive Power Control“, PSERC Publication 08-20, entnommen:
Durch die Durchführung der optimalen Blindleistungssteuerung nach Notfällen wurden das Systemspannungsprofil, die Spannungsstabilitätsmarge an Lastbussen und die Relaismargen verbessert, um sicherzustellen, dass die Systembetriebskriterien nach allen Notfällen erfüllt wurden.
Blindleistung dient zur Spannungsregelung in Übertragungsnetzen und soll die Spannungsstabilität erhöhen.
Warum und wie trägt die Blindleistung zur Verbesserung der Spannungsstabilität bei?
Die vorherige Frage war, warum Blindleistung die Spannung beeinflusst. Diese Frage ist zwar verwandt, aber meiner Meinung nach eine völlig andere Frage, und die Antworten auf die vorherige Frage sind dafür nicht anwendbar. Daher ist dies meiner Meinung nach kein Duplikat.
Zunächst einmal sollte Ihre Frage meiner Meinung nach nicht nur lauten: „Warum verbessern reaktive Lasten die Stabilität der Netzspannung? “ – es sollte die Netzstabilität sein – nicht nur Spannung oder Strom oder Leistung. Alles wird verbessert.
Gehen wir zurück in die 1970er Jahre: Das Stromnetz ist vollständig Wechselstrom, vollständig linear (dh Wechselstrom wird in einem Kraftwerk erzeugt und mehrere lineare Transformatorstufen werden verwendet, um ihn an den Endkunden zu liefern). Keine Gleichstromleitungen dazwischen, keine Wechselrichter, keine PFC. Die Spannung auf der Stromleitung ist ziemlich genau getaktet, um die Verwendung von Timing-Motoren (Synchronmotoren in z. B. Bahnhofsuhren), Timern und DTMF-Codierung auf Stromleitungen usw. zu ermöglichen.
Die meisten Geräte, die in normalen Haushalten verwendet werden und die eine beträchtliche Menge Strom verbrauchen, haben einen guten Leistungsfaktor; Sie sind nahezu perfekte Widerstandslasten. Bügeleisen, Glühbirnen, Öfen. Außerdem verbrauchen Haushalte ziemlich wenig Strom (in der Vergangenheit zwischen 10 und 15 % der elektrischen Energie). Jetzt schaltet eine große Industrieanlage ihre riesigen Motoren ein. Motoren sind sehr induktive Maschinen, dh sie haben einen geringen Leistungsfaktor. Ein großes Pumpsystem einer Kläranlage kann so viel Strom verbrauchen wie ein ganzer Häuserblock, was große Auswirkungen auf das Netz hat.
Ein perfektes Netz ist sehr „starr“: Seine Stromleitungen haben keinen Spannungsabfall, keine Selbstinduktivität und keine Laufzeitverzögerung. In Wirklichkeit haben Stromleitungen natürlich eine gewisse Elastizität, und insbesondere die Verwendung großer Motoren und anderer Geräte mit einem großen Unterschied im Leistungsfaktor vom Mittelwert kann das lokale Netz destabilisieren. Beachten Sie die Spannungs- und Stromwellenformen; in einer idealen Welt sind dies synchrone Sinuswellen. Wenn jedoch 50 % des Netzes fast perfekt ohmsch sind und die anderen 50 % des Netzes einen Leistungsfaktor von beispielsweise 0,5 haben, ist die Stromwellenform kein Sinus mehr; Strom wird sowohl auf der Spitze der Spannungswellenform als auch zwischen der Spitze und dem Nulldurchgang gezogen. Es ist eher wie eine Blockwellenform. Dieser erhöhte Strom „zwischen“ den Spitzen in Kombination mit der Selbstinduktivität des Gitters verursacht Spannungsspitzen.
Nicht nur das; Leistungsschalter zum Beispiel haben sich traditionell immer auf den Stromnulldurchgang für eine angemessene Zeit verlassen, um schalten zu können. 100kA kann man nicht abschalten; Selbst wenn Sie den Draht buchstäblich mit einer Axt durchschneiden würden, würden sie immer noch einen Lichtbogen bilden und dazu führen, dass der Strom viel zu lange fließt, um sicher zu sein. Thyristoren und andere Festkörper-Leistungsschalter leiten ebenfalls einfach weiter, bis der Stromnulldurchgang erfolgt, selbst wenn ihre Gates ausgeschaltet sind. Die erhöhten Flankengeschwindigkeiten, die durch Verzerrungen auf dem Gitter verursacht werden, können große Probleme mit Leistungsschaltern verursachen.
Der altmodische Weg, dies zu beheben, besteht also darin, große Kondensatorbänke so nah wie möglich an den Motoren zu platzieren. Die Motoren sind eine reaktive „Last“, die Kondensatoren sind ein reaktiver „Generator“, und zusammen erscheinen sie dem Netz als eine gut erzogene, fast ohmsche Last.
Das ist sehr einfach und effektiv, und obwohl ich es als altmodisch bezeichne, macht es seine geringe Komplexität unglaublich zuverlässig. Es hat jedoch Nachteile; Kondensatorbänke, die groß genug sind, um einen großen Motor (im Bereich von 100 kW bis MW) zu kompensieren, sind übermäßig teuer und groß. Außerdem sind sie nur für eine bestimmte Motorlast optimal (dies hängt von der Art der elektrischen Maschine ab). Sie müssen Kondensatoren ein- und ausschalten, um die Kompensation fein abzustimmen. Schließlich gibt es noch einen ziemlichen Energieverlust in diesem System.
Beachten Sie, dass dies nicht nur in der Nähe oder auf bestimmten Maschinen geschieht; Manchmal verwenden Energieversorger große Kondensatorbänke für ganze Zweige ihres Stromnetzes, um die effektiven Leistungsfaktoren verschiedener Bereiche auszugleichen.
Ein modernerer Ansatz ist die Verwendung eines Frequenzumrichters oder Wechselrichters zur Steuerung des Motors. Der Netzstrom wird zu einer Gleichspannung gleichgerichtet und dann wieder zerhackt (invertiert), um in den Wechselstrommotor eingespeist zu werden. PFC am Gleichrichter stellt sicher, dass der Antrieb einen guten Leistungsfaktor im Netz hat. Dieser Ansatz ist viel platz- und kosteneffizienter, bietet eine bessere Kontrolle über Drehmoment und Drehzahl und schont das Netz.
Benutzer36129
Li-aung Yip