Kapacitetskurva
Kapacitetskurvan för en elektrisk generator beskriver gränserna för den aktiva ( MW ) och reaktiva effekten ( MVAr ) som generatorn kan ge. Kurvan representerar en gräns för alla arbetspunkter i MW/MVAr-planet; den ritas vanligtvis med den verkliga kraften på den horisontella axeln, och för den synkrona generatorn liknar den en bokstav D i form, alltså ett annat namn för samma kurva, D-kurva . I vissa källor växlas axlarna och kurvan får ett kupolformat utseende. [ citat behövs ]
Synkrona generatorer
För en traditionell synkrongenerator består kurvan av flera segment, var och en på grund av någon fysisk begränsning:
- vid den högra delen av kurvan (nära märkspänningen ) är generatorn begränsad av värmeavledningen i ankaret ( stator för stora generatorer). Uppvärmningen är proportionell mot summan av kvadraterna av aktiva och reaktiva strömmar, vid den nästan konstanta spänningen är den nära proportionell mot summan av kvadraterna av MW och MVAr, därför liknar denna del av kurvan ( ankaruppvärmningsgräns ) en sektion av en halvcirkel med mitten vid (0,0); [ citat behövs ]
- vid den övre delen av kurvan (generatorn producerar mycket reaktiv effekt) kräver driften högre spänning på generatorns utgång och därmed högre excitationsfält . Den roterande excitationslindningen har sin egen fältuppvärmningsgräns ;
- längst ner på kurvan (generatorn absorberar mycket reaktiv effekt) orsakar de magnetiska flödesbegränsningarna i statorn uppvärmning av den magnetiska kärnan vid statoränden ( härdändens värmegräns ).
Hörnen mellan kurvans sektioner definierar gränserna för effektfaktorn ( PF) som generatorn kan upprätthålla vid sin namnskyltkapacitet (illustrationen har PF-tickarna placerade vid 0,85 eftersläpande och 0,95 ledande vinklar). I praktiken drivmotorn (en kraftkälla som driver generatorn) konstruerad för mindre aktiv effekt än vad generatorn klarar av (beroende på det faktum att generatorn i verkligheten alltid måste leverera lite reaktiv effekt), så en drivkraft limit (en vertikal streckad linje på illustrationen) ändrar begränsningarna något (i exemplet sänks den ledande PF-gränsen, nu i skärningspunkten mellan drivmotorgränsen och kärnändens uppvärmningsgräns, till 0,93.
På grund av den höga kostnaden för en generator, kommer en uppsättning sensorer och begränsare att utlösa larmet när generatorn närmar sig gränsen för kapacitetsuppsättning och, om ingen åtgärd vidtas av operatören, kopplar den bort generatorn från nätet.
D-kurvan för en viss generator kan utökas genom förbättrad kylning. Vätekyld turbogenerators kylning kan förbättras genom att öka vätgastrycket, större generatorer, från 300 MVA, använder effektivare vattenkylning.
Den praktiska D-kurvan för en typisk synkrongenerator har ytterligare en begränsning, minimibelastning. Det lägsta reella effektbehovet innebär att den vänstra sidan av en D-kurva lösgörs från den vertikala axeln. Även om vissa generatorer är designade för att kunna arbeta vid noll belastning (som synkrona kondensorer ), är drift vid verkliga effektnivåer mellan noll och minimum inte möjlig även med dessa konstruktioner.
Solcellsgeneratorer för vind och sol
De variabla förnybara energikällorna som använder fulleffektomvandlare (solcellsgeneratorer (PV) , dubbelmatade induktionsgeneratorer och fullomvandlare vindgeneratorer, även kända som "Typ 3" och "Typ 4" turbiner) för att ansluta till nätet har reaktiva förmågor, men dessa skiljer sig ganska mycket från de synkrona generatorerna och begränsas av intern spänning, temperatur och strömbegränsningar. På grund av flexibiliteten som tillåts av kraftomvandlarens närvaro, har vindgeneratorerna med dubbelmatning och fullomvandlare på marknaden olika former av kapacitetskurvan: "triangulär", "rektangulär", "D-form" (den senare liknar D-kurvan för en synkrongenerator). Kurvans rektangulära och D-form gör det teoretiskt möjligt att använda generatorn för att tillhandahålla spänningsregleringstjänster även när enheten inte producerar någon aktiv energi (på grund av svag vind eller ingen sol), i huvudsak fungerar som en STATCOM , men inte alla konstruktioner inkluderar denna funktion. Vindkraftverken med fast hastighet utan effektomvandlare (även känd som "Typ 1" och "Typ 2") kan inte användas för spänningsstyrning . De absorberar helt enkelt den reaktiva effekten (som vilken vanlig induktionsmaskin som helst), så en switchad kondensatorbank används vanligtvis för att korrigera effektfaktorn till enhet.
Äldre solcellsgeneratorer var avsedda för distributionsnät . Eftersom det aktuella tillståndet för dessa nätverk inte inkluderar spänningsregleringen, arbetade växelriktarna i dessa enheter med enhetseffektfaktorn. När PV-enheterna började dyka upp i transmissionsnäten dök växelriktarna med reaktiv effektkapacitet upp på marknaden. Eftersom effektgränsen för en växelriktare är baserad på den maximala totala strömmen, liknar förmågaskurvans naturliga form en halvcirkel, och vid full kapacitet behöver den verkliga effekten alltid sänkas om den reaktiva effekten ska produceras eller absorberas . Teoretiskt kan PV-generatorerna användas som STATCOM, även om solenergianläggningarna i praktiken är frånkopplade på natten.
Effekter på elprissättningen
För en synkrongenerator som arbetar inom dess D-kurva är marginalkostnaden för att tillhandahålla reaktiv effekt nära noll. Men när generatorns arbetspunkt når hörnen av D-kurvan, kommer en ökning av den reaktiva effekten att kräva minskning av den verkliga (aktiva) effekten. Eftersom elmarknadernas betalningar vanligtvis baseras på verklig kraft, kommer det elproducerande företaget att ha ett avskräckande från att tillhandahålla mer reaktiv effekt om den oberoende systemoperatören begär det . Därför är hanteringen av reaktiv effekt ( spänningsstyrning ) uppdelad i en tilläggstjänst med sina egna tariffer, som Reactive Supply and Voltage Control from Generation Sources (GSR) i USA.
Källor
- Kirby, Brendan J.; Hirst, Eric (1997). Extra servicedetaljer: Spänningskontroll (ORNL/CON-453) (PDF) . Oak Ridge, Tennessee : Oak Ridge National Laboratory .
- Personalrapport (4 februari 2005). Principer för effektiv och pålitlig reaktiv strömförsörjning och förbrukning ( PDF) . Washington, DC: Federal Energy Regulatory Commission .
- McDowell, Jason; Walling, Reigh; Peter, William; Von Engeln, Edi; Seymour, Eric; Nelson, Robert; Casey, Leo; Ellis, Abraham; Barker, Chris (1 februari 2012), Krav på sammankoppling av reaktiv kraft för solcells- och vindkraftverk: rekommendationer till NERC. , Office of Scientific and Technical Information (OSTI), doi : 10.2172/1039006
- Effatnejad, Reza; Akhlaghi, Mahdi; Aliyari, Hamed; Zareh, Hamed Modir; Effatnejad, Mohammad (5 april 2017). "Reaktiv effektkontroll i vindkraftverk" . I Naser Mahdavi Tabatabaei; Ali Jafari Aghbolaghi; Nicu Bizon; Frede Blaabjerg (red.). Reaktiv effektkontroll i AC Power Systems: Grundläggande och aktuella problem . Springer. s. 191–225. ISBN 978-3-319-51118-4 . OCLC 1005810845 .