新時期電氣自動化中無功補償技術的應用研究

莊雨霞

引言：在我國科技與經濟快速進步的同時，電氣自動化領域也發生著日新月異的變化，各種各樣的生產及科技領域中都應用了電氣自動化技術。無功補償技術是電力系統重要的節能技術，通過降低電力網絡和變壓器的損耗，有助于達到節能減排的目標。本文通過對分析無功補償的運行原理及其應用類型進行分析，并提出了技術優化建議和對其應用發展趨勢進行展望。

一、引言

目前，電氣自動化在眾多行業領域的深入，社會經濟水平的不斷提高，引領人們探索高新技術促進其高速發展。電氣自動化系統往往受到復雜的單相電力負荷變化的影響，而作為電氣自動化快速發展的關鍵手段，無功補償技術的應用，對于我國倡導發展綠色GDP有著非凡的意義。

二、無功補償的運行原理簡述

所謂無功功率，一般應用在電路電場和磁場中的交換作用，并可在電氣設備中應用，形成可維持磁場的有效功率。實際上，無功功率并不對外做功，而是轉變為另外一種能量形式。一般情況下，如果電氣設備中具有電磁線圈，并且涉及到磁場的作用，就會消耗部分無功功率。所謂無功功率補償，就是在用戶變電所或在用電設備等處裝設無功功率電源，以改變電力系統中無功功率的流動，從而提高電力系統的電壓水平，減小網絡損耗和降低配電線路的成本節約電能，保證電網安全穩定和經濟地運行。

三、電氣自動化中無功補償技術應用的常見類型

我國對電氣自動化中的無功補償技術做了很多深入的研究，這些無功補償技術主要有：

3.1、真空斷路投切電容器

此設備簡單且投資小，但是在合閘的時候會產生過高的電壓。容易導致設備發生損壞，而且對于這個設備，不能有過于頻繁的投切，因為它受到開關壽命的限制。

3.2、可控飽和電抗器

這個設備是通過對電抗器飽和程度的調節來改變整個回路的電流，主要讓并聯濾波器中的多余容性無功功率被感性電流抵消從而達到平衡點。此設備的特點是可以再電氣自動化系統中長期投入。但是它會產生諧波噪聲較大，對設備來說也會產生一定的損耗。

3.3、有源濾波器

此設備是的使用目的是讓電力電子裝置負產生與負序電流和諧波電流相反的電流，使得其滿足電源的要求，互相抵消。這種方案的有著調節速度快、補償靈活、不會和系統產生諧振現象等優點。

3.4、固定濾波器、電容器和電抗器的調壓

這個設備通過連接低壓母線上的電抗器或者濾波器、調節降壓變壓器的低壓側母線電壓來調節。以達到改變無功出力的目的 這個過程的實現是通過加裝晶閘管分接和通斷開關來調節，實現提供穩定的無功功率并實現濾波作用的。

3.5、有源濾波器和無源濾波器

這個設備是以有源濾波器產生的電流和負荷中諧波電流進行中和，相互抵消，最終達到滿足電源要求。其特點是充分利用了有源補償和無源補償的可控性和靈活性。

四、無功補償技術應用優化及發展趨勢

無功補償技術在電氣自動化中的應用電能的穩定性和安全性是評價電能質量的重要指標，是評價供電設備系統質量優劣的重要指標。而電壓又是影響電能穩定性的重要內容，因此說電能穩定性通常就是說電壓的穩定性。鐵路交通用電由于都是滑動接觸進行電力的傳輸的。在設備的接觸處經常會出火花等，影響電力使用的安全性。消除火花解決這種安全威脅問題也與要用到電力系統的無功補償技術。變壓器的阻抗和接觸網的大小不同，也嚴重影響著電力系統的穩定性和安全性。

4.1、電氣自動化中無功補償技術存在的問題

當前電氣自動化中無功補償技術的應用存在的問題主要包括以下三個方面：一是無功向配電網倒送，這在很大程度上增加了早期的無功補償裝置為靜電電容器和同步補償器，多用在系統的高壓側進行集中補償。并聯電容器補償至今仍是一種主要的補償方式，應用范圍很廣。同步補償器實質是同步電動機，當勵磁電流變化時，電動機可隨之平滑地改變輸出無功電流的大小、方向，對電力系統的穩定運行很有好處。但同步補償器成本高、安裝復雜、維護困難，使其應用受到限制。目前廣泛應用的是結合了電力電子技術的靜止型無功補償裝置。

4.2、無功補償與電力電子技術的結合方式

一是作為投切電容器的開關。因為電力半導體開關的響應時間短（Ls級），所以能夠準確地選擇電容投切的角度，實現零電壓導通，避免了涌流的產生，提高了電容器使用可靠性和電力系統的穩定性。二是作為無功輸出的調節開關.正是由于電力電子器件的高開關頻率，可以方便地控制電容器電流的導通角，從而實現無功的連續調節，快速跟蹤負載無功的變化。

三是引入電力電子變流技術，將變流器作為無功電源來補償無功，如靜止調相機（STATCON）和有源濾波（APF）。

在無功補償技術中，就地補償是效果最為理想的一種，但因負載具有分散性大、數量多的特點。要求無功補償裝置體積小、成本低、操作方便、易于維護和安裝，而且必須能進行動態補償。在無功補償技術發展的初期受技術所限，動態補償一直未能很好得到發展。近三十年來，隨著電力半導體器件和電力電子應用技術的發展，很好地解決了這一問題。TSC和TCR是目前使用最為廣泛的兩種裝置。

4.3、無功補償的技術應用優化

無功補償容量的優化法則是從網損最小、年運行費最小、年支出費用最小的觀點，求出最佳補償容量的算法，以及在考慮負荷沿線分布情況下，求得最佳補償容量和補償位置的算法。這些算法的共同特點：當求得所要求的量值的數學表達式以后，采用求函數極值的方法，來求得補償容量和位置的數學表達式。從數學的觀點來看，是一些古典的算法，故將其稱為經典優化法。時至今日，這種方法仍被用在確定網絡補償容量和位置的實踐中。

4.4、無功補償技術的發展趨勢

根據用戶對無功補償技術要求的變化情況，未來的技術發展方向主要呈現以下幾大發展主流趨勢：一是在低壓供電系統的無功功率補償領域內以無涌流電容投切器為代表的智能控制型裝置，是下一階段的主流趨勢；二是靜止無功補償領域內sVG三相橋式變流裝置，將是人們研究的重點方向；三是新型的動態抑制、無功補償電力電子裝置電力有源濾波器向大容量、高頻化方向發展，是最有前景的方向；四是電力系統輸配電技術領域內UPFC技術裝置綜合潮流控制器，是最新的方向。

結束語

綜上所述，無功補償技術是電力系統重要的節能技術，通過降低電力網絡和變壓器的損耗，提高電力網絡的功率因數，應用合理的補償裝置，減少電網電壓波動和限制電網諧波的產生。將無功補償技術應用到電氣自動化當中時，應當時刻結合電氣自動化系統的具體情況，對不同的系統進行對號人座，根據系統自身的特點和系統功能的要求選擇恰當的無功補償技術。

參考文獻

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（作者單位：順特電氣設備有限公司）