Физический смысл понятия "реактивная мощность" применительно к трехфазным системам электроснабжения с нелинейной нагрузкой

Abstract

Авторы статьи задаются целью дать ответы на вопросы, способные раскрыть физический смысл термина «реактивная мощность» с обоснованием принимамых допущений применительно к трехфазным трехпроводным и четырехпроводным системам электроснабжения. Методика. Использовалась эквивалентная графическая замены сложной разветвленной схемы системы электроснабжения упрощенной расчетной схемой, методы теории электрических цепей, современные теории мгновенной активной и реактивной мощностей, компьютерное моделирование в среде Matlab. Результаты. Даны ответы на шесть основных вопросов, раскрывающих физический смысл понятия «реактивная мощность». Сформулированы несколько определений термина «реактивная мощность». Обоснованы допущения, позволяющие предложить универсальную расчетную формулу для определения относительной суммарной мощности потерь в трехфазной системе электроснабжения как сумму четырех составляющих, обусловленных: минимально возможными потерями, реактивной мощностью, пульсациями мгновенной активной мощности и протеканием тока в нулевом проводе. Научная новизна. Предложено определение, раскрывающее физический смысл термина «реактивная мощность» для трехфазных систем электроснабжения, отвечающее положениям современных теорий мгновенной активной и реактивной мощностей. Практическое значение. Развиты положения метода оценки энергетической эффективности систем электроснабжения с нелинейной нагрузкой, основанные на расчете дополнительных составляющих мощности потерь. Дальнейшее развитие метода позволит внести дополнения в практику расчета, выбора и эксплуатации силовых активных фильтров.

Автори статті ставлять собі за мету дати відповіді на питання, здатні розкрити фізичний зміст терміну «реактивна потужність» з обґрунтуванням прийнятих припущень стосовно трифазних трипровідних і чотирипровідних систем електропостачання. Методика. Використовувалася еквівалентна графічна заміна складної розгалуженої схеми системи електропостачання спрощеною розрахунковою схемою, методи теорії електричних кіл, сучасні теорії миттєвої активної і реактивної потужностей, комп'ютерне моделювання в середовищі Matlab. Результати. Дано відповіді на шість основних питань, які розкривають фізичний зміст поняття «реактивна потужність». Сформульовано декілька визначень терміну «реактивна потужність». Обґрунтовані допущення, що дозволяють запропонувати універсальну розрахункову формулу для визначення відносної сумарної потужності втрат у трифазній системі електропостачання як суму чотирьох складових, обумовлених: мінімально можливими втратами, реактивною потужністю, пульсаціями миттєвої активної потужності і протіканням струму в нульовому проводі. Наукова новизна. Запропоновано визначення, що розкриває фізичний зміст терміну «реактивна потужність» для трифазних систем електропостачання, що відповідає положенням сучасних теорій миттєвої активної і реактивної потужностей. Практичне значення. Розвинені положення методу оцінки енергетичної ефективності систем електропостачання з нелінійним навантаженням, засновані на розрахунку додаткових складових потужності втрат. Подальший розвиток методу дозволить внести доповнення до практики розрахунку, вибору та експлуатації силових активних фільтрів.

Purpose. The contradictions in the use of the term «reactive power» require justification by clarifying its physical meaning. The aim of the paper is to reveal the physical meaning of the term «reactive power» applied to three-phase three-wire and four-wire energy supply systems. Methodology. We have applied the modern theory of instantaneous active and reactive power, the graphical filling complex branched energy supply system of simplified design scheme, the theory of electrical circuits, computer Matlab-simulation. Results. We have provided answers to six basic questions that reveal the physical meaning and definition of the concept of «reactive power». We have justified the assumptions suggesting a universal calculation formula to determine the relative total power loss in the three-phase energy supply system as the sum of four components caused by: a minimal losses, reactive power, active power pulsations and instantaneous current flow in the neutral wire. Originality. We have developed the definition that reveals the physical meaning of the term «reactive power» for three-phase energy supply systems corresponding to modern theories of instantaneous active and reactive power. Practical value. We have proposed energy efficiency method ideas of energy supply systems with non-linear load based on the additional components of the power losses calculation. The further development of the method will allow to amend the design, selection and operation of the power active filters practices.