Name: voltage and reactive power control
Uploaded: 2024-11-21T14:54:26.000Z
Duration: 1 min 30 s
Channel: JoVE

Le contrôle du flux d'énergie nécessite la gestion de composants tels que le moteur principal des générateurs et le contrôle de l'excitation, les batteries de condensateurs shunt, les réactances, les systèmes statiques et les transformateurs de régulation.
Un générateur en régime stationnaire est représenté par l’équivalent de Thévenin, y compris la tension aux bornes, la tension d’excitation, l’angle de puissance et la réactance synchrone.
Les puissances actuelle, réelle et réactive du générateur sont ensuite calculées.
L’augmentation de l’angle de puissance augmente la puissance réelle mais diminue la puissance réactive, tandis que l’augmentation de la tension d’excitation augmente la puissance réactive et diminue légèrement l’angle de puissance.
L’ajout d’une batterie de condensateurs shunt à un bus augmente sa tension, tandis qu’un réacteur shunt la diminue.
Les transformateurs de changement de prise et de régulation de tension contrôlent les tensions des bus et les flux de puissance réactive. Les transformateurs de régulation de l’angle de phase contrôlent les angles des bus et les flux d’énergie réels.
Les modifications des paramètres de prise ou de la régulation de la tension modifient le rapport de tours du transformateur calculé par le programme de flux de puissance.
Le programme évalue également les effets des lignes de commutation, des transformateurs, des charges et des générateurs. Il simule les changements pour répondre à la croissance future de la charge.

contrôle du flux de puissance

Il existe plusieurs méthodes pour contrôler le flux d’énergie dans les systèmes électriques :

<ul style="list-style-type: disc; margin-left: 30px;">
	<li>Moteur principal et contrôle d'excitation des générateurs</li>
	<li>Commutation de batteries de condensateurs shunt, de réacteurs shunt et de systèmes var statiques</li>
	<li>Contrôle des transformateurs de réglage et de commutation de prises</li>
</ul>

Un générateur simple du système est représenté par son circuit équivalent de Thévenin, qui représente son modèle fonctionnant dans des conditions de régime permanent équilibré. Les paramètres clés comprennent la tension aux bornes du générateur V_t, la tension d'excitation E_g, l'angle de puissance δ et la réactance synchrone à séquence positive X_g.

<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_Image_1.svg" style="height: 36px;">

Le courant du générateur est :

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_equation_1.svg" style="height: 160px;">

et la puissance complexe délivrée est :

<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_equation_2.svg" style="height: 36px;">

Une batterie de condensateurs shunt ajoutée à un bus de système d'alimentation augmente l'amplitude de la tension du bus et compense la puissance réactive. Cet ajustement est modélisé en connectant un condensateur, qui absorbe la puissance réactive négative, réduisant ainsi la demande globale de puissance réactive du système. De plus, des transformateurs à changement de prise sont utilisés pour réguler les tensions du bus et gérer les flux de puissance réactive en ajustant le rapport de transformation, influençant ainsi le profil de tension et de puissance réactive dans le réseau. Cet ajustement permet de maintenir la stabilité et l'efficacité du système, en s'adaptant aux variations de charge et en améliorant la distribution de puissance.

Les études de flux de puissance utilisent souvent la méthode des essais et des erreurs pour ajuster les niveaux de production et les paramètres de contrôle. Ces ajustements garantissent que le système répond aux charges d'équipement et aux profils de tension souhaités, préparant le réseau à la croissance de la charge, aux nouvelles transmissions, aux transformateurs et à la production. Le contrôle du flux de puissance est un processus dynamique impliquant diverses méthodes et ajustements pour maintenir la stabilité, l'efficacité et la fiabilité du système.

Contrôle du flux de puissance

Le contrôle du flux d'énergie nécessite la gestion de composants tels que le moteur principal des générateurs et le contrôle de l'excitation, les batteries de condensateurs shunt, les réacteurs, les ...

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Steady-State Transmission Lines and Power Flows

Lignes de transmission en régime permanent et flux de puissance

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

Control of Power Flow

voltage and reactive power control

Voltage and reactive power control help keep a power system stable and efficient. In this topic, generator settings, switched equipment, and transformer taps work together to guide how power moves through the network.

A generator can be modeled with a Thevenin equivalent circuit under balanced steady-state conditions. The main terms are terminal voltage Vt, excitation voltage Eg, power angle δ, and positive-sequence synchronous reactance Xg. From this model, the generator current and the complex power delivered can be determined.

One way to adjust power flow is through generator control. The prime mover and the excitation system can be changed to influence generation and voltage behavior. Power flow studies often use trial and error to set these values and other controls.

Shunt capacitor banks, shunt reactors, and static var systems are also used to manage reactive power. A shunt capacitor bank connected to a bus raises the bus voltage magnitude. It also compensates for reactive power by absorbing negative reactive power, which lowers the system’s overall reactive power demand.

Tap-changing and regulating transformers provide another way to control bus voltage and reactive power flow. By changing the turns ratio, these transformers alter the voltage profile across the network. This helps the system handle load changes and support efficient power delivery.

These control steps are used to meet equipment loading limits and desired voltage profiles. They also prepare the network for load growth, new transmission lines, transformers, and added generation. In this way, power flow control remains a dynamic process that supports stability, efficiency, and reliability.

Voltage and Reactive Power Control

transmission-line differential equations

Modeling Voltage and Current on Transmission Lines

Transmission lines carry electric power, and their resistance, inductance, and capacitance are spread out along the line. Because these properties are distributed per unit length, voltage and current change as they move from one end of the line to the other. Differential equations are used to describe that variation. A line-section model helps show how this works. In the model, a small length, Δx, is used to represent the line. Voltage V(x) and current i(x) are measured from the receiving end.

lossless lines

Lossless Lines and Voltage Behavior

Lossless transmission lines in electrical engineering are described by a purely imaginary propagation constant and a resistive characteristic impedance. Their ABCD parameters show an equivalent pi circuit with an imaginary series impedance and a shunt admittance. When the product of beta and line length is less than pi, the line has inductive series impedance and capacitive shunt admittance, which keeps it lossless. Wavelength is the physical length over which voltage or current phase changes...

maximum power flow and line loadability

Transmission Line Power Limits and Loadability

Transmission line power limits and loadability depend on voltage, angle, and line impedance. For lossy transmission lines, ABCD parameters in phasor form are used to relate sending-end and receiving-end voltages and currents. This matrix relation makes it possible to find the receiving-end current and then calculate the complex power delivered to the load. From the complex power, the real and reactive power components can be determined. For a lossless line, the equations become simpler, and...

the power flow problem and solution

Power Flow Analysis in Electric Networks

Power flow analysis helps determine how real and reactive power move through an electric network. It uses the system’s single-line diagram, which shows the buses, transmission lines, transformers, and loads. The analysis focuses on balanced three-phase steady-state operation. Each bus in the system has four key variables: voltage magnitude V k, phase angle δ k, real power P k, and reactive power Q k. Two of these four variables are treated as inputs. The power flow program solves for the...

control of power flow

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fast decoupled and dc powerflow

Power Flow Shortcuts for Grid Contingencies

Fast decoupled power flow and DC power flow give engineers faster ways to study a power system during contingencies such as generator outages or transmission line failures. These methods help operators get quick power flow solutions, which is important for real-time system adjustments. Fast decoupled power flow simplifies the Jacobian matrix, the set of equations used in power flow calculations, by neglecting some elements. The method drops J2 and J3 and assumes voltage magnitudes stay close...

key terms and concepts

Learn how generator settings, shunt capacitors, reactors, and tap-changing transformers help control voltage, reactive power, and power flow in power systems.

Voltage and Reactive Power Control | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

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Voltage and Reactive Power Control

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