Обґрунтування необхідності автоматичного управління потужністю компенсуючих установок
Реактивне навантаження підприємства протягом доби можна записати як:
,
де 
- реактивне навантаження підприємства протягом доби без врахування дії КУ.
Рисунок 1 - Добовий графік реактивного навантаження підприємства з урахуванням дії КУ.
Графік Qн(t) залежить від технології підприємства і на нього практично не можна впливати.
Якщо мережі енергосистеми по відношенню до даного підприємства замінити одним еквівалентним опором Rе то величина втрат у вказаній мережі:
(1)
З приведеної формули і рис. 1 видно, що в інтервалах часу 0-t1, t2-t3 і t4-T ми одержимо зворотний потік реактивної потужності Qк - Qн(t) і відповідні додаткові втрати активної потужності. Крім того це приведе до додаткового завантаження мережі енергосистеми та неконтрольованого збільшення напруги в ній. Таким чином за рахунок КУ у вказаних інтервалах ми одержимо негативний ефект. Щоб уникнути цього ефекту необхідно в цих інтервалах вимкнути КУ потужністю відповідно DQк1, DQк2 та DQк3. Вимикання вказаних потужностей з метою виконання умови Qн(t) ³ 0 є регулюванням потужності КУ. Це регулювання може бути як ручним так і автоматичним. Доцільнішим є автоматичне регулювання потужності КУ. Таке регулювання забезпечує найекономічніші режими електричних промислових мереж.
2. Характеристика систем автоматичного управління потужністю компенсуючих установок
Автоматичне регулювання потужності БК може виконуватись:
1) по періоду доби, коли важливо обмежити віддачу реактивної потужності від підприємства зі стабільною технологією в енергосистему;
2) по напрузі, коли важливо зменшити відхилення напруги мережі;
3) по навантаженню, коли його активна та реактивна складові змінюються однаковим чином;
4) по величині та напрямку реактивної потужності, коли важливо обмежити віддачу реактивної потужності від підприємства до енергосистеми.
Закони управління потужністю КУ залежать від економічних принципів розрахунку за реактивну енергію. При системному підході до розрахунків компенсації реактивної потужності управління потужністю КУ доцільно проводити відповідно такої моделі:
ΔP → min; Qсі ≤ Qi. (2)
Однією з переваг цих систем є забезпечення технічних вимог енергосистеми. В ринкових умовах виконання таких вимог не є основним. Безпосереднє управління потужністю КУ може проводитися, виходячи в основному з економічних інтересів підприємства. Інтереси енергосистеми при цьому враховуються з допомогою існуючої системи розрахунків за реактивну енергію.
В цьому випадку економічним критерієм оптимального керування БК є мінімум функції затрат на забезпечення підприємства реактивною енергією:
,
де DW=DP×b - втрати електроенергії в мережах підприємства від перетоків реактивної потужності; П- плата підприємства за реактивну енергію; 
- експлуатаційні витрати по обслуговуванню БК.
Мінімум втрат електроенергії досягаються за рахунок повного використання БК протягом доби, якщо це не приводить до перекомпенсації реактивної потужності. Оскільки компенсація реактивної потужності споживачів забезпечує зниження споживання реактивної енергії, то мінімум плати П також відповідає максимальному використанню БК протягом доби. Експлуатаційні витрати незначні , порівнюючи їх з величинами 
та П, тому можна записати 
.
Таким чином величини БК в усіх вузлах повинні змінюватись протягом доби пропорційно реактивним навантаженням, забезпечуючи реактивне навантаження цих вузлів Qi(t)>0, i=1,…n, де n – кількість вузлів навантаження.
За наявності на підприємстві низьковольтних БК (НБК) та високовольтних БК (ВБК) в першу чергу повинні включатись низьковольтні БК. Це зв’язано з тим, що вони дають більше зниження , ніж ВБК. Принцип цього управління можна реалізувати шляхом збільшення часової затримки схеми автоматики ВБК 
по відношенню до відповідної затримки схеми автоматики 
:
.
У випадку, коли на підприємстві є НБК, ВБК та синхронні двигуни (СД), в першу чергу також використовуються НБК та ВБК.
Рисунок 2 - Розрахункова схема генерації реактивної потужності НБК,ВБК та СД.
Доцільність використання СД в цьому випадку визначається шляхом економічного порівняння їх з еквівалентним джерелом реактивної потужності енергосистеми з питомими затратами на передачу реактивної потужності σ та 
.(рис.2). В даному випадку першочерговість використання НБК та ВБК очевидна і кількісний аналіз затрат проводиться тільки для СД та енергосистеми.
В цьому випадку величина 
визначиться як:
, (3)
де D1, D2 – технічні характеристики синхронних двигунів ( дод. 2).
Відповідно знаходимо оптимальну величину QC, яка відповідає мінімальному значенню :
, (4)
та відповідне завантаження СД реактивною потужністю:
, (5)
де 
; 
; 
.
Таким чином, автоматичне керування реактивною потужністю СД необхідно проводити пропорційно величині Qн. При цьому необхідно підтримувати такі співвідношення між часовими затримками схем автоматики НБК, ВБК та СД:
.
Іншими словами, для компенсації реактивної потужності спочатку в повній мірі використовуються НБК та ВБК. Якщо після цього Qн > 0, то для компенсації використовуються СД відповідно до співвідношення (5).
Описане регулювання потужності НБК здійснюється шляхом включення або відключення БК, зорієнтованої на реактивне навантаження того вузла, де встановлена ця батарея. Такий підхід не дозволяє ефективно використовувати конденсаторні батареї протягом доби з врахуванням того, що деякі споживачі підприємств в певні періоди доби не працюють або працюють з мінімальним навантаженням, а інші споживачі в цей час працюють з максимальним навантаженням. Крім того, від мереж підприємства часто живляться комунально-побутові споживачі, які взагалі не встановлюють БК.
Таким чином, в позапіковий період доби в одних вузлах мережі промислового підприємства можуть з¢являтися лишки реактивної потужності:
, (6)
а в інших – дефіцит реактивної потужності:
, (7)
де і = 1, 2,…m; j = 1, 2,…n-m; m – кількість вузлів, в яких є лишки реактивної потужності.
Рисунок 3 - Заступна схема мережі, по якій передається реактивна потужність від і-тих до j-тих вузлів.
Нерівності (6) та (7) показують технічну можливість використання БК, розташованих в і-тих вузлах, для компенсації реактивних навантажень j-тих вузлів. Вказане використання повинне відповідати мінімуму втрат на передачу реактивної потужності з і-тих вузлів до j-тих. При цьому необхідно врахувати, що j-i вузли можуть одержувати реактивну потужність не тільки від і-тих вузлів, але і від енергосистеми.
Відповідно викладеного та схеми, представленої на рис.3, величина вказаних втрат запишеться таким чином:
, (8)
де 
- реактивна потужність, яка передається від і-тих вузлів до j‑тих, 
;Re - еквівалентний активний опір і-тих фідерів, 
; Rж - активний опір живлячої мережі; 
;
Величина QБК, яка відповідає мінімуму (8):
(9)
Включення БК потужністю 
дозволяє оптимальним чином зменшити втрати як в живлячій мережі (опір Rж), так і в заводській мережі (опір Rе).
Можуть бути такі варіанти включення БК в і-тих вузлах:
1) якщо 
, то включається ;
2) якщо 
, то включається ;
3) якщо 
, то включається Q.
При цьому одержана величина розподіляється обернено пропорційно активним опорам і-тих відгалужень Rі.
