Reaktiv effekt: I äldre litteratur benämns ofta reaktiv effekt (VAr) som ”onyttig elkraft”. Men reaktiv effekt är nödvändig för att bygga upp magnetfält, men har för övrigt ingen praktisk nytta. Då reaktiv effekt bygger upp magnetfält betyder det att alla elmaskiner och apparater som behöver magnetfält för att fungera, t.ex. asynkronmaskiner och transformatorer förbrukar reaktiv effekt.
Reaktiv effekt kan i praktiken inte överföras över stora avstånd, utan behöver produceras lokalt där den konsumeras.
Den pågående förskjutningen mot alltmer omriktaransluten elproduktion, ifrån ”tunga” synkrona generatorer, innebär att såväl kortslutningseffekten som rotationsenergin i det synkrona nordiska elsystemet sjunker och det blir därmed av yttersta vikt att säkerställa goda driftbetingelser. Dels för det nationella elsystemet som sådant och dels för befintliga anläggningar. Detta innebär också att med den nuvarande förändringstakten av kraftsystemets sammansättning, med ökad andel intermittenta (volatila) kraftslag, är det nödvändigt att säkerställa kraftsystemstabiliteten och elkraftsystemets kvalitét (leveranssäkerhet och spänningsgodhet) och tillförlitlighet på andra sätt än tidigare.
I och med förändringen av energimixen, pga energiomställningen, ser vi behovet att införa synkronkompensering, säger Göran Lindahl vid Svenska kraftnäts division för system.
Synkronkompensatorn (generator utan drivmotor) kan motverka snabba frekvensförändringar i elkraftsystemet, bidra till att reglera spänningen i näten genom att antingen producera eller konsumera reaktiv effekt samt bidrar med kortslutningseffekt.
Aktiv/verklig effekt (W) åstadkommer användbart arbete medan reaktiv effekt stödjer spänningen som måste kontrolleras för elsystemens tillförlitlighet. Reaktiv effekt har en djupgående effekt på säkerheten i elkraftsystem, eftersom den påverkar spänningar i hela elsystemet. Reaktiv effekt används alltså för att tillhandahålla de spänningsnivåer som krävs för att aktiv effekt ska kunna utföra ett användbart arbete och är avgörande för att flytta aktiv effekt, genom transmissions- och distributionssystemen till kunden.
Spänningskontroll och reaktiv effekthantering är två aspekter av en enda aktivitet som både stöttar tillförlitlighet och underlättar kommersiella transaktioner över transmissionsnätverk. Laster kan vara både verkliga och reaktiva. Reaktiva belastningar orsakar mer spänningsfall och reaktiva förluster i transmissionssystemet. Både kund- och kraftsystemsutrustning är designad för att fungera inom ett spänningsområde, vanligtvis inom ±5 % av den nominella spänningen.
För att maximera mängden verklig effekt som kan överföras över ett överbelastat överföringsgränssnitt, måste reaktiva effektflöden minimeras, då reaktiv effekt på transmissionssystemet orsakar verkliga effektförluster.
Elmotorer i Sverige svarar för cirka 65 % av industrins elenergiförbrukning samt cirka 40 % av Sveriges totala elförbrukning, som behöver reaktiv effekt för sin drift.
Elmaskiners driftsegenskaper med avseende på reaktiv effekt
– Asynkronmotor/induktionsmotor påverkar elnätet negativt genom att konsumera reaktiv effekt,.
– Övermagnetiserad (kondensatorverkad) motor och generator avger reaktiv effekt till elnätet.
– Undermagnetiserad (spolverkad) motor och generator upptar reaktiv effekt från elnätet.
– En synkronmaskin är uppbyggd på samma sätt som en asynkronmaskin fast med likströmsmagnetiserad rotor. Rotorn hos synkronmaskinen kan även bestå av permanentmagnetmaterial alternativt en lindning som magnetiseras med DC-ström. DC-strömmen som magnetiserar rotorn förs över antingen genom släpringar eller med hjälp av en s.k. ytterpolmaskin eller matare.
Typer av vindkraftverk sett från elnätssidan
– Typ I – Vindkraftverk med konstant varvtal
– Typ II – Vindkraftverk med begränsat variabelt varvtal
* En direkt kopplad induktionsgenerator/asynkrongenerator absorberar / konsumerar reaktiv effekt.
* En induktionsgenerator/asynkrongenerator som är ansluten till shunt kopplade kondensatorer mrn, kan inte generera tillräckligt med reaktiv effekt (VAr) för att fungera på egen hand.
– Typ III – Vindkraftverk med dubbelmatad asynkrongenerator med reglermodell för aktiv och reaktiv effekt är idag vanligt förekommande
* Det elektriska reglersystemet för omriktaren i ett vindkraftverk med DFIG modelleras i PSS/E med den så kallade ”Converter Control Model” (WT3E1), som har som uppgift att reglera aktiv och reaktiv effekt i den dubbelmatade asynkrongeneratorn. Kan även erhällas för Typ IV.
* Spänningsreglering innebär att vindkraftverket kan reglera spänningen på en specificerad buss i elnätet (exempelvis vindkraftsanläggningens knutpunkt till elnätet), genom att reglera inmatningen av reaktiv effekt
* Effektfaktorreglering innebär att vindkraftverket kan mata in den mängd reaktiv effekt som krävs för att hålla en konstant effektfaktor, det vill säga ett konstant förhållande mellan aktiv och reaktiv effekt..
* En synkrongenerators rotor kan bestå av antingen permanentmagneter eller en kopparlindad rotor, som matas med likström för att fungera som en elektromagnet.
* Permanentmagnetiska synkrona generatorer magnetiserar sig själva, vilket gör att de inte behöver någon reaktiveffekt från nätet.
* I båda modellerna för Typ III och Typ IV finns en tydlig begränsning i hur aktiv och reaktiv effekt kan anpassas till olika dynamiska beteenden i händelse av ett systemfel.
– 4. Typ IV – Vindkraftverk med fulleffektsomriktare
* Vindkraftverk av Typ IV kopplas ihop med elnätet via en fulleffektsomriktare. Till skillnad från ett vindkraftverk av Typ III, där enbart generatorns stator kopplad till elnätet.
* En synkrongenerators rotor kan bestå av antingen permanentmagneter eller en kopparlindad rotor som matas med likström för att fungera som en elektromagnet.
* Omriktaren närmast elnätet växelriktar likströmmen till elnätets frekvens och kan snabbt reglera förhållandet mellan aktiv- och reaktiv effekt som matas till elnätet
* En ytterligare fördel med användningen av en fulleffektsomriktare är att den kan hjälpa till att hålla balansen av reaktiv effekt och spänning i nätet och på så sätt bidra till stabilitet i elnätet
Slutord:
All solkraft och all ny vindkraft är idag ansluten till elkraftsystemet, via en eller flera kraftelektroniska omriktare (frekvensomriktare), viket påverkar elkvaliteten framför allt när de är ansluts till ett elnät som inte är tillräckligt stark. Dålig elkvalitet på elnät kan få konsekvenser på utrustning så som förkortad livslängd, försämrad prestanda och haverier men kan även inverka på människors hälsa genom t.ex. belysningsfluktuationer.
Claes-Erik Simonsbacka
Referenser:
Dynamisk modellering av vindkraft
https://www.svk.se/siteassets/5.jobba-har/dokument-exjobb/dynamisk-modellering-av-vindkraft.pdf
Synkronkompensatorn – revansch för nygammal teknik
Med den höga penetrationen av förnybara energikällor blir kraftsystemens tillförlitlighet mer sårbar än någonsin på grund av den större osäkerheten och oregelbundenhet i kraftproduktionen. Reaktiv effekt spelar en viktig roll i kraftsystemets tillförlitlighet, eftersom det är nära relaterat till systemets spänningsstabilitet och spänningskollaps. Reaktiv effektrelaterade tillförlitlighetsfrågor betonas dock sällan i konventionella effekttillförlitlighets utvärderingar.
Under senaste årtionden har förnybara energikällor (Renewable Energy Sources: RES), såsom sol- och vindenergi, i stor utsträckning integrerats i elkraftsystemen. På grund av fluktuationerna och oförutsägbara egenskaperna hos RES:er och systembelastningen blir problem med systemspänningsstabilitet mer komplexa. Den höga penetrationen av vindenergi har potential att förändra instabilitetssätten i kraftsystem, En ökning av vindkraftspenetration resulterade i större efterfrågan på reaktiv effekt, vilket kan leda till spänningsinstabilitet om det inte tillgodoses av det befintliga kraftsystemet. I eldistributionssystem är det därför viktigt att undersöka effekten av reaktiv effekt på tillförlitligheten hos kraftsystem med RES.
I transmissionsnätet regleras spänningen med reaktiv effekt
– Vid höglast behöver reaktiv effekt tillföras
– Vid låglast behöver reaktiv effekt minskas/absorberas
Mvh,
Spänningskollaps inträffar vanligtvis i elkraftsystem med hög belastning. Ett elkraftsystem med hög belastning som utsätts för ett fel eller en störning genomgår spänningskollaps om jämviktsspänningarna efter störningar är under acceptabla gränser. Spänningskollapsen initieras i allmänhet av antingen belastningsvariationer eller oförutsedda händelser och kännetecknas av ett högt krav på reaktiv effekt och hög reaktiv effektförlust i transmissionsnätet och brist på snabbverkande reaktiva reserver. De snabba reaktiva källorna är generatorer, synkrona kondensorer och kraftelektronikbaserad flexibel dynamisk spänningsåterställare. Adekvat reaktiv effektreserv förväntas bibehålla systemets integritet under drift efter oförutsedda händelser när man överväger slumpmässiga fel. Som en väletablerad tilläggstjänst/systemtjänst spelar stödet för reaktiv effekt och spänningskontroll en viktig roll vid drift av elkraftsystem.
Spänningsstabilitetsgränsen kan definieras som begränsningsstadiet i ett elkraftsystem utöver vilket ingen mängd reaktiv kraftinjicering ökar systemspänningen till dess nominella tillstånd. Systemspänningen kan endast justeras genom reaktiva kraftinjektioner tills systemets spänningsstabilitet upprätthålls.
Spänningsstabilitet begränsar överföringsförmågan, spänningsstöd krävs.
Elöverföring i elnätet och produktionsanläggningarnas roll
https://energiforsk.se/media/30208/3-eloverforing-och-produktionsanlaggningars-roll-olof-samuelsson.pdf
Mvh,
intressant läsning.
fråga,
Hur är splitten med ”bra vindkraftverk”, typ IV kontra typ I-III?
vad är skillnaden i pris?
Svenska kraftnäts Tekniska riktlinjer definierar de tekniska krav, säkerhetskrav och driftkrav som Svenska kraftnät ställer på komponenter i stamnätet eller i anläggningar anslutna till stamnätet. Det finns totalt 222 Tekniska riktlinjer, samtliga publicerade på Svenska kraftnäts hemsida. Av speciellt intresse är TR06-01 del 1 om spänningens egenskaper i stamnätet och TR06-01 del 2 om planerings- och emissionsnivåer, mätmetoder och ansvarsfördelning avseende elkvalitet i stamnätet.
Mvh,
#3 peter
Vet inte vad prisskillnaden är!
Beträffande din första fråga har jag ställt frågan till Svenska kraftnät. Då uppgiften inte, vad jag erfarit, framgår av nuvarande statistik.
Bilägger för mer information, följande länkar:
Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction .Generators for Wind Turbines. Typ III
http://space.hgo.se/wpcvi/wp-content/uploads/import/pdf/Kunskapsdatabas%20teknik/forskningsresultat/CTH_Pettersson_doublyfed_PhD.pdf
Control of a Type-IV Wind Turbine With the Capability of Robust Grid-Synchronization and Inertial Response for Weak Grid Stable Operation
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8704216
Mvh,
KOORDINERAD SPÄNNINGSREGLERING I NÄT MED DISTRIBUERAD PRODUKTION. RAPPORT 2021:808
Utdrag:
”Införandet av distribuerad elproduktion i låg- och mellanspänningsnät innebär därför en fundamental förändring av förutsättningarna för en adekvat spänningshållning. Vidare har vädersäkringen av mellanspänningsnäten genom kablifiering lett till reaktiva obalanser och därtill kopplade höga spänningar. Även kablifierade uppsamlingsnät för vindkraft bidrar till den reaktiva obalansen vid låg produktion.”
”I områden med mycket solenergiproduktion i lågspänningsnäten har svårbemästrat höga spänningar uppnåtts under tider med låg förbrukning och hög produktion. Det har till och med varit tal om att sätta lindningskopplare på nätstationerna i sådana områden.”
”Spänningen i låg- och mellanspänningsnät styrs idag uteslutande med hjälp av lindningskopplaren i matande station. Som ett komplement kan det finnas shuntkompensering för att hantera reaktivbalansen.”
”Med ökad produktion i låg- och mellanspänningsnäten kommer spänningarna att variera ännu mer än idag och det kan bli spänningen som sätter gränsen för hur mycket förnybar produktion som kan installeras i, framför allt, lågspänningsnät. Spänningen i anslutningspunkten hos lågspänningskunder ska ligga mellan 90 och 110 procent av nominell spänning. Med stor produktion i en del av nätet och stor last i en annan del av nätet kan det bli omöjligt för den enda lindningskopplaren i systemet att uppfylla spänningskvalitetskraven. Avsikten med föreliggande projekt är därför att belysa hur mycket mer distribuerad elproduktion som kan installeras med koordinerad spänningsreglering och med utnyttjande av produktionsenheternas omriktare även för spänningsreglering”
För mer information läs här:
https://energiforsk.se/media/31176/koordinerad-spanningsreglering-i-nat-med-distribuerad-produktion-energiforskrapport-2021-808.pdf
Mvh,
Hur är återväxten på ingenjörer med både integritet och fullt kunnande om det tekniska?
Jag får känslan att folk som utan omskrivningar krasst beskriver hur tekniska komplicerade processer fungerar, exempelvis här på KU, ofta är pensionerade och därmed med utbildning från den äldre skolan och med säkrad inkomst (pension).
Mot slutet av 1900-talet blev flumskolan idealet, och från 2010 ca verkar all utbildning underställd politisk korrekthet, identitetspolitik och idealistisk aktivism.
Kort sagt: kan Sveriges ingenjörer idag sitt hantverk, och får dom utöva sitt nödvändiga kunnande utan hot och påtryckningar?
Hoppas ni förstår vsd jag menar. Jag är orolig att Sveriges sedan generationer stolta och värdefulla tekniska kompetens korrumperas och förtvinar.
Tack för en bra uppfräschning av VAr. Det var ett tag sedan man läste om det.
#7 Min åsikt också. När jag läser naturvetenskapliga läroböcker från 50-talet så förstår man att de hade betydligt svettigare än vi på 70-talet och dagens tekniker, ja suck. Jag har två barn som läst/läser natur/teknik och det är rena lekskolan med massor av kunskapstapp, WOKE, gender, klimat, hela PK listan och annan skit som MÅSTE med i varje uppsats, annars blir man underkänd.
De har inte ens fått laborera inom kemin! En uppstudsig fröken i 9an tillät dem hantera vanlig saltsyra som hon gömde undan från skolinspektionen! Annars är det att leka med lackmuspapper och vinäger/bikarbonat som värsta ”kemikalie” genom grundskolan och 3-årig natur.
El vet de ingenting om heller. Jag har både labb och ett gediget kemibibliotek samt en elverkstad så jag personligen är inte orolig för mina barn, de har fått nödvändiga kunskaper och vet vart de skall finna dem.
Naturämnen är medvetet bortplockat, hur skulle det se ut ifall barnen lär sig naturvetenskap, som kan användas för att ifrågasätta narrativen?
#8 mfl
Ja tjänstesamhällets intåg har skapat det vi nu får frukterna av. Avindustrialisering i sig skapar nytt kunnande medan gammalt försvinner mer och mer. Inte konstigt att den nya världen i öst leder även inom flera teknikfack. Dvs inte bara pga att de är flera. Kina t.ex har väl bara lyft drygt halva befolkningen till vår nivå men det är ”många”.
Avvecklingsbesluten av kärnkraften har förstås urholkat intresset och därmed kunskapsnivåerna i väst. Ryssland och Kina leder nu antar jag!
Har vi skäl att vara oroliga. Ja det tycker jag. Naturvetenskap och teknik är för viktiga ämnen i grundskola och gymnasium för att ersättas med nya ämnen.
// ekonom😕
Kriget med Ryssland har gjort Europas främsta ingenjörer (inkl elintensiv industri) till hett villebråd i USA (IRA). Om Tyskland inte frigör sig kommer det sannolikt kosta på för Europas tillväxt framöver. Tysklands (och vår) handelsrelation med Kina mycket viktig för ekonomin osv. Kommer USA (ledande neocons) att skita i ekonomin i Europa och styra oss efter deras villkor?
Tack för många bra artiklar om våra energisystem, C – E Simonsbacka!
Allvaret i energifrågan är gigantiskt.
2021 brakade den vindkraftberoende elmarknaden i storbritannien ihop – 2/3 av kraftproducenterna konkade när dom tvingades ut på spotmarknaden för att köpa fossil backup när det inte blåste.
Effekten blev att vanligt folk drabbades stenhårt av energifattigdomen och soppköerna växte.
Den mänskliga reaktiviteten som följde från politikerna blev att blåsiga dagar som idag, med negativa priser på el, så betalar skattebetalarna ett miljardbidrag till dom stackars vindbolagen och samma får dom betala dom dagarna det inte blåser..
Alltså är det skattebetalare som betalar för dysfunktionell energiproduktion, mest hela tiden – det är pengar som skulle byggt skola, vård, omsorg och utvecklat och tryggat samhället idag – och i framtiden.
DET är resultatet av den panikslagna, gröna omställningen och med profeter som bolund och rockström och deras kompisar i eu och andra maktcentra.
Folket och ungdomarna och det framtida samhället betalar ett högre pris för denna upphöjda tro än vad någon orkar ta in – dagens kalleankapengar döljer girigheten och nedmonteringen… samhällsgrunden raseras.
Så reaktivt passar bra en blåsig dag som idag.
Vid stängning/nedläggning av kärnkraftverk ändras kraftsystemets förutsättningar och systemtjänster som kärnkraften ger kraftsystemet försvinner.
Har varit kritisk till att inte någon/några av de stängda kärnkraftverkens generatorer gjorts om och användas som synkronkompensator (er). Då skulle det/de gamla kärnkraftverkets (ens) generator(er) och eventuella turbinsträng (ar) bidra med svängmassa samtidigt som det/de hjälper till med den reaktiva effektbalansen. Exempel på ett stängt kärnkraftverk som fungerar som synkronkompensator är Biblis A i Tyskland. Dess synkronkompensator kan producera 900 MVAr och konsumera 400 MVAr och hjälper till med spänningshållningen i systemet. Resultatet visar att även stängda kärnkraftverk kan ha en stor betydelse för elkraftsystemets stabilitet. Tillgången till denna systemtjänst, vad jag kunnat utröna, verkar i nuläget inte alls beaktats.
Mvh,