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

電力の流れを制御するには、発電機の原動機と励起制御、シャントコンデンサバンク、リアクトル、静的varシステム、調整変圧器などのコンポーネントを管理する必要があります。
定常状態の発電機は、端子電圧、励起電圧、電力角、同期リアクタンスなどのテブナン等価物で表されます。
次に、発電機の電流電力、実電力、および無効電力が計算されます。
パワーアングルを大きくすると有効電力は増加しますが無効電力は減少しますが、励起電圧を上げると無効電力が増加し、パワーアングルがわずかに減少します。
バスにシャントコンデンサバンクを追加すると電圧が増加しますが、シャントリアクトルは電圧を減少させます。
タップ交換および電圧調整トランスは、バス電圧と無効電力の流れを制御します。位相角調整変圧器は、母線角度と実際の電力の流れを制御します。
タップ設定の変更や電圧調整により、電力潮流プログラムによって計算された変圧器の巻数比が変更されます。
このプログラムは、スイッチング・ライン、トランス、負荷、および発電機の影響も評価します。これは、将来の負荷の増加に対応するための変更をシミュレートします。

電力潮流の制御

電力システムにおける電力潮流を制御する方法はいくつかあります。

<ul style="list-style-type: disc; padding-left: 35px; margin: 0;">
	<li>発電機の原動機と励磁制御</li>
	<li>並列コンデンサバンク、並列リアクタ、および静的無効電力システムのスイッチング</li>
	<li>タップ切換および調整変圧器の制御</li>
</ul>

システム内の単純な発電機は、テブナン等価回路によって表され、バランスのとれた定常状態で動作するモデルを表します。主要なパラメータには、発電機端子電圧 V_t、励起電圧 E_g、電力角 δ、および正相同期リアクタンス X_g が含まれます。

<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_Image_1.svg" style="height: 36px;">

発電機の電流は次のとおりです。

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_equation_1.svg" style="height: 160px;">

提供される複雑な電力は次のとおりです。

<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/16150/16150_PT_equation_2.svg" style="height: 36px;">

電力システムバスに追加された並列コンデンサバンクは、バス電圧の振幅を増大させ、無効電力を補正します。この調整は、負の無効電力を吸収するコンデンサを接続することによってモデル化され、システムからの全体的な無効電力需要が削減されます。さらに、タップ切換変圧器は、巻数比を調整することによってバス電圧を調整し、無効電力潮流を管理するために使用され、ネットワーク内の電圧と無効電力のプロファイルに影響を与えます。この調整は、システムの安定性と効率を維持し、負荷変動に対応して電力供給を強化するのに役立ちます。

電力潮流の調査では、発電レベルと制御設定を調整するために試行錯誤が頻繁に行われます。これらの調整により、システムが目的の機器負荷と電圧プロファイルを満たし、負荷の増加、新しい送電、変圧器、発電に備えてネットワークを準備します。電力潮流の制御は、システムの安定性、効率、信頼性を維持するためのさまざまな方法と調整を伴う動的なプロセスです。

電力の流れを制御するには、発電機の原動機と励起制御、シャントコンデンサバンク、リアクトル、静的変数などのコンポーネントを管理する必要があります。

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Unit 1

ユニット1

Steady-State Transmission Lines and Power Flows

定常状態の送電線と電力潮流

steady-state-transmission-lines-and-power-flows

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語および概念

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...

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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 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

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