Análise de Potência Reativa no Sistema de Potência

Análise de potência reativa em sistema de potência

A potência reativa é uma potência imaginária, mas ainda assim é necessária no Sistema de Potência. Se a potência reativa estiver em excesso no Sistema de Potência, a tensão pode subir e, em caso de falta de potência reativa, a tensão pode ser baixa. Neste artigo, vamos explicar vários aspectos da potência reativa, qual é o seu papel no Sistema de Potência e como ela pode ser injetada no Sistema de Potência.

Noções básicas de tensão e potência reativa no sistema de potência:

É desejável que a Tensão no Sistema de Potência seja 1 por unidade (pu) em todos os lugares (mas é altamente impossível mantê-la). Controle de potência reativa e magnitude de tensão são palavras quase correlacionadas; da mesma forma, controle de potência ativa e ângulo de tensão são palavras quase correlacionadas. Considere a Figura-1. O barramento-1 está conectado com um barramento infinito com uma longa linha de transmissão. Geralmente, a potência ativa flui do ângulo de alta tensão para o ângulo de tensão mais baixo e a potência reativa flui da magnitude de tensão mais alta para a magnitude de tensão mais baixa. Assim, na Figura-1, ambas as potências ativa e reativa irão fluir do barramento-1 para o barramento-2 (em alguns casos, também depende de outros fatores).

Análise de potência reativa em gerador síncrono:

Considere um circuito equivalente simples do Gerador Síncrono (SG) conforme mostrado na Figura-2. Sua tensão terminal é 1∠0, ou podemos dizer que SG está diretamente conectado ao barramento infinito.

Deve-se notar que a potência reativa é uma potência imaginária para que possa ser fornecido ou absorvido pelo SG. Se E_f é menor que '1' (ou seja, E_f t ), do que diremos que está funcionando em baixa excitação (ou seja, a corrente CC em seu enrolamento de campo é baixa); Nesse caso, o SG pode consumir energia reativa. Se E_f é maior que '1' (ou seja, E_f>V_t ), do que diremos que está funcionando em alta excitação (ou seja, a corrente CC em seu enrolamento de campo é alta); Nesse caso, o SG pode fornecer energia reativa.

O poder ativo é chamado de poder verdadeiro. SG sempre fornece energia ativa; assim, você pode entender porque o ângulo do rotor é positivo no caso do gerador síncrono e é negativo no caso do motor síncrono.

A equação “Entrada =saída + perdas” é válida para qualquer máquina. Para SG, a equação é “Entrada Mecânica =Saída Elétrica (Potência Ativa) + Perdas”.

Como escrito acima, se o SG estiver funcionando em alta excitação, ele poderá gerar energia reativa, ou seja, o SG fornecerá a energia reativa ao sistema. Na verdade, o que acontece, é apenas uma troca de energia entre gerador e carga. (Suponha que a carga seja o Motor de Indução. Então, haverá uma troca de energia entre o SG e o Motor de Indução; ou podemos dizer que o SG está gerando potência reativa e o Motor de Indução está consumindo a potência reativa; mas são apenas convenções, a potência reativa é imaginária energia, portanto, não pode ser gerada ou consumida).

Nos livros de Power System, para calcular a potência complexa, é mencionada a fórmula S=VI*. Se a fórmula S=V*I for usada, o mesmo resultado pode ser encontrado, exceto que o sinal de potência reativa será revertido. Assim, os estudiosos de engenharia elétrica finalizaram a fórmula S=VI* e descartaram a segunda fórmula. Por que eles escolheram a primeira fórmula em vez da segunda, tente se analisar com base neste artigo.

A partir da Figura 3, você pode entender facilmente por que a potência ativa é chamada de potência verdadeira e a potência reativa é chamada de potência imaginária.

Um diagrama de SG é mostrado na Figura-4 . Esta Figura também é autoexplicativa.

Em seu campo, encontre se a tensão CC (ou CC atual) é alta do que SG fornecerá mais potência reativa. Então, talvez você pense que a potência CC do enrolamento de campo é convertida em potência reativa. É um grande equívoco entre os alunos. Observe que mais tensão CC no enrolamento de campo significa mais corrente CC e essa energia será consumida como I ² R perdas na resistência do enrolamento de campo 'R'. Nenhuma energia CC no circuito de campo será convertida em energia reativa. À medida que a corrente CC aumenta, a potência reativa fornecida pelo SG aumenta, significa que a troca de energia do gerador é aumentada com a carga. No caso de alta corrente CC no enrolamento de campo, o fluxo na indutância do enrolamento de campo será alto, ajudará a gerar energia reativa por SG.

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Considere a Figura-1 novamente. Se a excitação do SG for aumentada, duas coisas acontecerão

1. (i) O gerador fornecerá mais energia reativa
2. (ii) sua tensão terminal (magnitude) aumentará (como dito anteriormente, o controle da potência reativa e a magnitude da tensão são palavras quase correlacionadas).

Se houver excesso de potência reativa no sistema de potência, a tensão aumenta, é vice-versa. Com base nisso, os leitores devem tentar entender o efeito Ferranti também. [No caso de efeito Ferranti, a tensão final de recepção é maior do que a tensão final de envio. Ocorre sem carga (ou a carga é muito menor). A maior parte da carga no sistema de potência é uma carga indutiva. Assim, em condições sem carga, o efeito indutivo diminui e a capacitância shunt (capacitâncias shunt naturais no ar) domina. O capacitor gera energia reativa, portanto, tenta aumentar a tensão]

Nos livros de Máquinas Elétricas, está escrito que na carga de FP principal (ou seja, na carga capacitiva), um transformador pode ter regulação de tensão negativa; Os leitores devem tentar entender essa linha também com a ajuda deste artigo. Observe que a carga capacitiva tenta aumentar a tensão. Suponha que você tenha um transformador de relação de espiras 1:1, a tensão aplicada é 100 V, sua tensão terminal é 102 V, então a regulação de tensão do transformador é simplesmente -2%. É possível em caso de carga capacitiva. Os Fresher podem se surpreender como a tensão terminal do transformador pode ser mais do que a tensão aplicada, eles devem tentar analisá-la.

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Compensação de derivação e compensação de série:

Dois termos 'Compensação de derivação' e 'Compensação de série' são comumente usados ​​no Power System. A ‘compensação de derivação’ controla a potência reativa e a ‘compensação em série’ controla a potência ativa. A compensação de derivação pode ser um simples capacitor na derivação da linha de transmissão ou qualquer dispositivo Shunt FACTS. A compensação em série pode ser um simples capacitor em série com a linha de transmissão ou qualquer série de dispositivos FACTS.

Considere a fórmula (É uma fórmula muito famosa, portanto, nenhuma explicação detalhada é fornecida aqui). ‘X’ é a reatância da linha de transmissão. Esta fórmula é derivada, assumindo que a resistência da linha de transmissão é desprezível. Se um capacitor em série simples for inserido na linha de transmissão (ou entre o barramento-1 e o barramento-2 na Figura-1), podemos dizer que é uma compensação em série. Ao controlar o valor do capacitor em série, podemos controlar o 'X', portanto, 'P' pode ser controlado. Além disso, você pode ver que 'P' está relacionado a 'δ'. (Como escrito anteriormente, controle de 'P' e 'ângulo de tensão' são palavras intimamente relacionadas).

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Métodos de injeção de energia reativa no sistema de energia:

Se a tensão no Sistema de Transmissão for menor que 1 pu, então a potência reativa deve ser injetada no sistema. Vários métodos de injeção/absorção de energia reativa no sistema de energia são dados abaixo:

1. Controle de excitação DC de SG, conforme explicado acima neste artigo,
2. Capacitores de derivação (para fornecer energia reativa e aumentar a tensão),
3. Indutores de derivação (para consumir a potência reativa e reduzir a tensão), em caso de efeito Ferranti (ou seja, quando a carga é muito menor e a tensão final de recepção pode ser alta), ele é usado.
4. TCR-FC ou TCR-TSC (é um dispositivo FACTS baseado em impedância),
5. STATCOM (É um dispositivo FACTS baseado em conversor de fonte de tensão). STATCOM ou Compensador Síncrono Estático é um dispositivo eletrônico de potência que usa dispositivos de comutação de força como IGBT, GTO etc. para controlar o fluxo de potência reativa através de uma rede de energia e, assim, aumentar a estabilidade da rede de energia. O STATCOM é um controlador shunt FACTS, ou seja, está conectado em shunt com a linha. Nos primeiros dias seu nome era STATCON em vez de STATCOM. É um membro da família de dispositivos do Sistema de Transmissão de CA Flexível (FACTS) e tem muito potencial de pesquisa. A instalação de um STATCOM em um ou mais pontos adequados de uma rede aumentará a estabilidade da tensão e manterá um perfil de tensão suave sob diferentes condições de rede. Sua capacidade de realizar filtragem ativa também é muito útil para melhorias na qualidade da energia.
6. Em parques eólicos, é usado o Gerador de Indução, é uma máquina de excitação simples (ou seja, não possui enrolamento de campo). Assim, o controle de potência reativa em um Gerador de Indução não é possível; portanto, neste caso, para fornecer potência reativa, o STATCOM é amplamente utilizado. O STATCOM é instalado nos terminais do Gerador de Indução como um controlador shunt. Este tópico também tem um grande potencial de pesquisa.

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Como escrito neste artigo, ‘compensação de derivação’ está relacionada ao controle de potência reativa, pode-se ver que nos métodos acima de 2-6, todos são controladores de derivação.

Como dito anteriormente, a potência reativa é uma potência imaginária, portanto, as linhas de transmissão são destinadas a fornecer potência ativa. É uma questão de por que estamos injetando energia reativa no Sistema de Potência. A resposta é que geradores, linhas de transmissão, transformadores etc., têm resistência desprezível em comparação com sua reatância indutiva, então podemos dizer que o sistema de transmissão é um circuito indutivo. Ele está consumindo energia reativa, portanto, para compensá-lo, temos que fornecer energia reativa.

Em outras palavras, podemos dizer que, para manter o perfil de tensão plana (ou seja, manter a tensão de 1 pu em todos os lugares), em um sistema de transmissão, é necessário um controle adequado de potência reativa. Para evitar transmissão excessiva de potência reativa; a geração e o consumo de potência reativa devem ser o mais próximos possível; caso contrário, resultará em perfil de tensão inadequado.

Sobre o autor

Dr. Vipin Jain obteve o grau de Bacharel em Engenharia em 1992 pela Universidade de Nagpur, Mestre em Tecnologia em 2007, Ph.D. Graduado em 2017 pela Universidade de Delhi. Ele tem uma longa experiência docente e industrial. Ele é membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica do Bharat Institute of Technology, Meerut (UP), Índia, desde dezembro de 2007. Mais de vinte trabalhos de pesquisa foram publicados por ele até agora. Ele é auditor de energia certificado pelo Bureau of Energy Efficiency, Governo da Índia.

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