Principe van Reactief Vermogenscompensatie in Energieopslagsystemen
2025-12-05
In elektriciteitsnetten bestaat het geleverde vermogen van de bron naar de belasting uit twee componenten: actief vermogen en reactief vermogen.
1. Actief vermogen, reactief vermogen, schijnbaar vermogen en arbeidsfactor
1.1 Actief vermogen (P)
In een wisselstroombaan is het deel van het elektrische vermogen dat onomkeerbaar wordt omgezet door weerstandselementen—zoals in warmte, licht of mechanische energie—het actieve vermogen. Dit wordt aangeduid met P en uitgedrukt in watt (W) of kilowatt (kW).
Actief vermogen geeft aan in welke mate een AC-bron werk kan verrichten op weerstandselementen, oftewel hoeveel elektrische energie per tijdseenheid wordt omgezet in andere energievormen. In wezen is het de gemiddelde waarde van het ogenblikkelijke vermogen over één AC-periode, en het wordt daarom ook gemiddeld vermogen genoemd. De grootte ervan is gelijk aan de helft van het maximale ogenblikkelijke vermogen, of gelijkwaardig aan het product van de effectieve spanning over de weerstand en de effectieve stroom die erdoorheen loopt.
1.2 Reactief vermogen (Q)
Om het verschijnsel te beschrijven waarbij inductieve en capacitieve componenten voortdurend energie uitwisselen met de AC-bron, wordt dit deel van het vermogen gedefinieerd als reactief vermogen. Het wordt aangeduid met Q en uitgedrukt in volt-ampère reactief (Var) of kilovolt-ampère reactief (kVar).
In AC-circuits bouwen componenten met inductie of capaciteit magnetische velden (bij spoelen) of elektrische velden (bij condensatoren) op zodra ze worden aangespannen. In de eerste helft van elke AC-periode (wanneer het ogenblikkelijke vermogen positief is) nemen deze componenten energie op uit de bron om hun velden op te bouwen. In de tweede helft van de periode (wanneer het ogenblikkelijke vermogen negatief is) wordt de opgeslagen veldenergie teruggegeven aan de bron. Daardoor is de gemiddelde waarde van dit vermogen over een volledige cyclus nul—er wordt dus geen netto energie verbruikt. Het vertegenwoordigt een omkeerbare energie-uitwisseling tussen de bron en de magnetische of elektrische velden.
Reactief vermogen geeft de maximale snelheid aan waarmee deze uitwisseling plaatsvindt. In praktische systemen nemen inductieve belastingen—zoals motoren en transformatoren—reactief vermogen op om hun werkende magnetische velden te vormen. Zonder voldoende reactief vermogen kunnen deze apparaten hun elektromagnetische omstandigheden niet handhaven, wat leidt tot spanningsdalingen en instabiele werking.
Negatieve effecten van reactief vermogen op opwekking en verbruik
Een te grote vraag naar reactief vermogen veroorzaakt verschillende nadelige gevolgen:
Een te grote vraag naar reactief vermogen veroorzaakt verschillende nadelige gevolgen:
(1).Vermindering van het actieve vermogensvermogen van generatoren.
(2).Verlaging van de transport- en distributiecapaciteit van apparatuur.
(2).Verlaging van de transport- en distributiecapaciteit van apparatuur.
(3).Grotere spanningsvallen en vermogensverliezen langs transmissielijnen.
(4).Een lage arbeidsfactor en spanningsverlaging waardoor elektrische apparatuur niet op nominale capaciteit kan werken.
Het reactieve vermogen dat door generatoren en hoogspanningslijnen wordt geleverd, is lang niet voldoende om de belastingvraag te dekken. Daarom moeten elektriciteitssystemen worden uitgerust met compensatieapparaten voor reactief vermogen om extra reactief vermogen te leveren en de nominale spanningsniveaus voor eindgebruikers te handhaven. Dit is de fundamentele reden waarom compensatie van reactief vermogen noodzakelijk is in elektrische netwerken.
1.3 Schijnbaar vermogen (S)
Het totale vermogen dat een AC-bron kan leveren wordt schijnbaar vermogen genoemd, weergegeven met S. Het is numeriek gelijk aan het product van spanning en stroom in een AC-circuit. Schijnbaar vermogen wordt uitgedrukt in volt-ampère (VA) of kilovolt-ampère (kVA), en wordt vaak gebruikt als capaciteitsclassificatie voor AC-apparatuur zoals transformatoren.
Schijnbaar vermogen is niet gelijk aan actief vermogen noch aan reactief vermogen; het omvat beide. Of een transformator met een schijnbaar vermogen van 100 kVA effectief 100 kW actief vermogen kan leveren, hangt voornamelijk af van de arbeidsfactor van de belasting.
1.4 Arbeidsfactor (PF)
De fasehoek tussen sinusvormige wisselspanning en -stroom wordt de arbeidsfactorhoek genoemd, aangeduid met Φ (phi). Deze is dimensieloos. De cosinus van deze hoek wordt de arbeidsfactor (PF) genoemd. De arbeidsfactor wordt bepaald door de eigenschappen van de schakeling en de bedrijfsfrequentie.
In een zuiver ohmse schakeling is de arbeidsfactor gelijk aan 1; in een zuiver inductieve of capacitieve schakeling is de arbeidsfactor gelijk aan 0.
The mathematical expression is:
Arbeidsfactor = Actief vermogen / Schijnbaar vermogen of
cos Φ = P / S
cos Φ = P / S
2. Apparaten voor compensatie van reactief vermogen
Welke soorten apparaten worden gebruikt voor het compenseren van reactief vermogen? Je bent mogelijk al bekend met parallelcondensatorbanken, synchroncondensors, SVC’s (Static Var Compensator) en SVG’s (Static Var Generator), ook wel STATCOM genoemd.
Vandaag bespreken we de ontwikkeling, werkingsprincipes en kenmerken van elk type apparaat voor reactiefvermogenscompensatie.
Een algemeen nadeel van vroege compensatieapparaten voor reactief vermogen is hun trage responssnelheid, waardoor ze niet geschikt zijn voor snel veranderende vragen naar reactief vermogen.
2.1 Synchroncondensor
Een synchroncondensor is in wezen een grote synchrone motor die in onbelaste toestand werkt. Hij kan in twee bekrachtigingsmodi werken: overbekrachtigd en onderbekrachtigd.
Bij overbekrachtigde werking levert de synchroncondensor inductief reactief vermogen aan het systeem (of absorbeert hij equivalente hoeveelheden capacitief reactief vermogen).
Bij onderbekrachtigde werking neemt hij inductief reactief vermogen op uit het systeem (of levert hij equivalente hoeveelheden capacitief reactief vermogen).
2.2 Shuntcondensatoren
Shuntcondensatoren zijn goedkoop en eenvoudig te bedienen en te onderhouden. Ze kunnen gedistribueerd worden geïnstalleerd aan de gebruikerszijde om lokale compensatie van reactief vermogen te realiseren en het reactieve vermogenssaldo te handhaven. Dankzij deze voordelen worden ze veel toegepast in elektrische energiesystemen.
Nadelen:
Shuntcondensatoren hebben een beperkte regelcapaciteit voor reactief vermogen, wat neerkomt op een slechte spanningsregelingsprestatie. De hoeveelheid reactief vermogen die zij leveren, is evenredig met het kwadraat van de bussenspanning. Daarnaast kunnen ze uitsluitend capacitief reactief vermogen leveren (ofwel inductief reactief vermogen absorberen) en kunnen ze geen inductief reactief vermogen leveren wanneer dat nodig is.
Shuntcondensatoren hebben een beperkte regelcapaciteit voor reactief vermogen, wat neerkomt op een slechte spanningsregelingsprestatie. De hoeveelheid reactief vermogen die zij leveren, is evenredig met het kwadraat van de bussenspanning. Daarnaast kunnen ze uitsluitend capacitief reactief vermogen leveren (ofwel inductief reactief vermogen absorberen) en kunnen ze geen inductief reactief vermogen leveren wanneer dat nodig is.
Parallel geschakelde condensatorbanken zijn gevoelig voor harmonischen, en de aanwezigheid van harmonischen in het elektriciteitsnet kan leiden tot defecten aan de condensatorbanken.
2.3 SVC (Static Var Compensator)
Een Static Var Compensator (SVC) bestaat hoofdzakelijk uit reactoren, condensatoren en thyristoren. De SVC biedt bidirectionele regeling van reactief vermogen, wat betekent dat hij zowel inductief als capacitief reactief vermogen kan compenseren. De bediening en het onderhoud zijn relatief eenvoudig en de responssnelheid is zeer hoog.
2.4 SVG (Static Var Generator)
De SVG (Static Var Generator) gebruikt condensatoren als energieopslag-elementen en diodes in een zelfschakelende brugconfiguratie. Hij wordt parallel op het elektriciteitsnet aangesloten en zet de gelijkspanning aan de DC-zijde om in wisselspanning met dezelfde frequentie als het net. Hierdoor kan de SVG zowel reactief vermogen opnemen als leveren. Hij kenmerkt zich door een snelle respons en een zeer lage productie van harmonische stromen.
3.Compensatieprincipe van reactief vermogen in energiesystemen
Energieopslagsystemen kunnen in alle vier kwadranten werken, waardoor ze gelijktijdig actief en reactief vermogen kunnen leveren of opnemen, en daarnaast frequentie- en spanningsregeling kunnen bieden. Compensatie van reactief vermogen in energieopslagsystemen wordt gerealiseerd via laad- en ontlaadprocessen, waardoor het systeem reactief vermogen aan het net kan leveren of opnemen. Dit draagt bij aan een verbeterde arbeidsfactor en spanningsstabiliteit van het elektriciteitsnet, terwijl de effecten van reactief vermogen op het net worden verminderd.
Specifiek kan het energiesysteem, wanneer het elektriciteitsnet een tekort aan reactief vermogen heeft, reactief vermogen leveren om de spanningsstabiliteit te verbeteren. Omgekeerd kan het systeem bij een overschot aan reactief vermogen dit opnemen om overbelasting van de spanning te voorkomen. In situaties met een hoge vraag naar reactief vermogen kan het energiesysteem ontladen om reactief vermogen te leveren, waardoor de algehele operationele efficiëntie wordt verhoogd en de lijnverliezen worden verminderd.
Wanneer de spanning afwijkt van de nominale waarde, kan het systeem de levering of opname van reactief vermogen nauwkeurig regelen, waardoor een stabiele netspanning wordt gehandhaafd en schade door overspanning of onderspanning wordt voorkomen. Vergeleken met traditionele apparaten voor compensatie van reactief vermogen—zoals Static Var Compensators (SVC’s) of Static Var Generators (SVG’s)—bieden energieopslagsystemen grotere flexibiliteit, efficiëntie en betrouwbaarheid.
Battery PACK de Armazenamento de Energia: Compreendendo o Núcleo da Tecnologia de Armazenamento de Energia
Vergelijkende analyse van primaire en secundaire frequentieregeling in energieopslagcentrales
Gerelateerd artikel
