Сутність регулювання напруги за рахунок впливу на потоки реактивної потужності за елементами електричної мережі полягає в тому, що при зміні реактивної потужності змінюються втрати напруги в реактивного опору. Так, для схеми мережі, наведеної на рис. 1, зв'язок між напруженнями початку U1. і кінця U2 можна записати у вигляді:
Мал. 1 Схема мережі з компенсуючим пристроєм
На відміну від активної потужності, реактивну потужність в вузлах мережі можна змінювати шляхом установки в них пристроїв поперечної компенсації, т. Е. Компенсуючих пристроїв (КУ), підключених паралельно навантаженні. В якості таких компенсуючих реактивну потужність пристроїв можуть служити батареї конденсаторів, синхронні компенсатори, шунтуючі і керовані реактори, статичні тиристорні компенсатори. До таких пристроїв можуть бути також віднесені генератори місцевих електростанцій, підключених до системи передачі і розподілу електроенергії, синхронні електродвигуни, фільтри вищих гармонік. Частина з зазначених пристроїв, що компенсують може тільки видавати в мережу реактивну потужність, деякі - тільки споживати з мережі реактивну потужність (шунтуючі і керовані реактори). Найбільш цінними для регулювання напруги є пристрої, що володіють здібностями в залежності від режиму мережі як генерувати, так і поглинати реактивну потужність (синхронні компенсатори, статичні тиристорні компенсатори).
Компенсуючі пристрої можуть бути нерегульованими і регульованими. При включенні нерегульованого компенсуючого пристрою в мережі створюється постійна добавка втрати напруги (негативна або позитивна). Якщо ж компенсує пристрій дозволяє змінити свою потужність в залежності від режиму мережі, то добавка втрати напруги, як це випливає з формули (1), виявляється змінної, в результаті чого з'являється можливість регулювати напругу. Так, у схемі мережі, наведеної на рис. 1, при зміні компенсує пристроєм потужності QK від видачі (знак «мінус» у формулі (1) перед QK) до споживання (знак «плюс» перед QK) буде змінюватися втрата напруги, що при постійній напрузі U1 = const призведе також до зміни напруги U2 в кінці мережі, т. е. буде забезпечено регулювання напруги.
Як випливає з формули (1), ефективність регулювання напруги за допомогою поперечних компенсуючих пристроїв підвищується в мережах з відносно великими "реактивними опорами в порівнянні з активними, наприклад, в повітряних мережах в порівнянні з кабельними. При цьому найбільший ефект досягається при установці компенсуючих пристроїв в найбільш віддалених від центрів літанія вузлах навантаження.
За допомогою поперечного компенсуючого пристрою можна створити режим, в якому напруга в кінці мережі виявиться більше напруги на початку (U2> U1). Це станеться тоді, коли втрата напруги у формулі (1) стане негативною:
Звідси потужність компенсуючого пристрою для такого режиму
Для випадку, коли генерується потужність компенсуючого пристрою повністю компенсує реактивну навантаження споживачів (QK = Q2)
На рис. 2, а показана векторна діаграма напруг без компенсуючого пристрою і з компенсуючим пристроєм при QK На рис. 2, б показаний випадок, коли повністю компенсується реактивна потужність споживачів (QK = Q2), в результаті чого падіння напруги # 8710; Up.k від передачі реактивної потужності повністю відсутня (формула (5). І, нарешті, на рис. 2, в показаний вихідний режим без компенсуючого пристрою і режим, коли потужність компенсуючого пристрою QK> Q2 і задовольняє умові (2). У цьому випадку падіння напруги в активному і реактивному опорах змінює знак, а напруга U2 стає більше U1k. Компенсуютьпристрої поперечної компенсації надають комплексний позитивний вплив на режим електричних мереж. Крім можливості регулювання напруги, вони дозволяють знизити втрати активної потужності і електроенергії за рахунок розвантаження елементів мережі від реактивної потужності і відповідно зниження робочих струмів. У ряді випадків, коли передається активна потужність обмежується допустимим струмом по нагріванню або допустимої втратою напруги, за рахунок розвантаження мережі від реактивної потужності можна збільшити пропускну активну потужність. Тому в загальному випадку питання вибору потужності і місць установки компенсуючих пристроїв повинні вирішуватися комплексно. Тут же, однак, розглянемо підхід до вибору потужності компенсуючого пристрою за умовою регулювання напруги [3,16, 24]. Нехай при U1 = const напруга U2 з якихось причин не задовольняє споживачів (рис. 1), і його треба підвищити до U2ж за допомогою вибору відповідної потужності компенсуючого пристрою, встановленого в кінці мережі При розрахунку в загальному випадку слід врахувати, що при підвищенні напруги U2 до U2ж відбудеться зміна споживаних навантажень P2 і Q2 до P2ж і U2ж відповідно до їх статичними характеристиками P2 = f (U2) і Q2 = f (U2). Цей фактор може не враховуватися в тому випадку, якщо навантаження підключена на вторинній стороні трансформатора, що має пристрій РПН, яке дозволяє зберегти напругу на шинах нижчої напруги незмінним. До і після установки компенсуючого пристрою потужністю QK зв'язок між напруженнями початку і кінця мережі можна відповідно представити у вигляді: Прирівнюючи праві частини даних рівнянь внаслідок умови U1 = const, знайдемо потужність компенсуючого пристрою Тут потужності P2. Q2. P2ж. Q2ж знаходяться за відповідними статичним характеристикам Якщо в якості компенсуючого пристрою виступає батарея конденсаторів, то її потужність залежить від напруги, що підводиться: де Qб.н номінальна потужність батареї конденсаторів при номінальній напрузі Uб.н З урахуванням цієї залежності номінальна потужність батареї конденсаторів для зміни напруги U2 до U2ж повинна дорівнювати
Мал. 2. Векторні діаграми напруг при видачі реактивної потужності компенсуючих пристроєм: а - при QK
У разі неврахування статичних характеристик навантаження P2ж = P2 і Q2ж = Q2. Тоді необхідна потужність компенсуючого пристрою з формули (6) виходить у вигляді:
Для компенсуючого пристрою у вигляді батареї конденсаторів з формули (7) відповідно отримаємо: