智能無功補償技術在電力自動化中的應用

文/盧芳芳

（國網浙江省電力有限公司金華供電公司 浙江省金華市 321017）

在電力系統中無功補償是一種通過建立電磁場的方式，保障電網穩定運作的技術，該項技術在現代電能消耗、負荷巨大的條件下十分重要，起到維持電網損耗與電力用戶電價繳費平衡、合理的作用。但面對現代龐大的電網布局，依靠低壓無功補償設備來開展無功補償工作會遇到很多困難與限制，導致無功補償技術應用效果不佳，這一條件下如果借助智能技術系統將區域內所有電網線路全部集成，再進行統一無功補償管理，就可以避免傳統設備下的種種問題，因此對智能無功補償技術應用進行研究具有推動電力行業發展的現實意義。

1 智能無功補償技術基本概念與應用重要性

1.1 基本概念

在電力自動化運作當中，其供電設備的電感、電容等原件會生成電磁場，受磁場影響就會導致電力系統中出現無功。無功的存在會電路內形成電流，這種電流無法產生實際效果，但也會占用供電系統資源，使得供電系統負荷壓力增大，影響到系統運作的穩定性與安全性。這一條件下，通過智能無功補償技術在供電系統管理端設置智能技術系統，同時在電容、電感元件之間安裝無功補償設備，即可對電力系統進行智能無功補償管理，原理上首先利用智能技術系統來判斷電力系統當前是否需要無功補償、設定補償參數，其次控制無功補償設備發出反向電流來抵消無功電流。由此可見，智能無功補償技術的核心功能在于抵消無功電流，相應起到平衡供電電流、降低供電系統負荷壓力、減小電力設備工作損耗等作用。

1.2 應用重要性

在功能上，智能無功補償技術與傳統低壓無功補償設備類似，兩者均通過抵消無功電流來發揮能效，但隨著電力行業的發展，傳統低壓無功補償設備不再適用，與智能無功補償技術相比存在性能上的差距，其中具體表現可以分為三類。

1.2.1 性能差距表現一

根據以往電力自動化運作中的低壓無功補償設備應用表現可知，該設備主要利用單一信號、三相電容器發出低壓電流來實現無功補償，這種補償方式在早期電動機負荷條件下具有良好的適用性。但這種補償方式的補償額是固定的，因此面對現代電力用戶負荷的差異化表現，傳統設備經常會出現過補、欠補的現象，這種表現代表傳統設備存在補償精確性不足的缺陷。反之通過智能無功補償技術，因為智能邏輯的精確分析功能，可以依照實際需求來設定補償額或參數，所以對比之下智能無功補償技術的性能更具優勢。

1.2.2 性能差距表現二

傳統低壓無功補償設備在運作中存在開閉需求，即無需進行無功補償時需要關閉，相應需要無功補償時則開啟，這一條件下因為傳統設備的開閉控制器一般為交流接觸器，所以受該控制器的運作性能影響，傳統設備的低壓補償電流傳播速度會變得很慢，難以第一時間實現無功補償。同時，補償電流傳播速度緩慢會在投切過程中對電網帶來較大的磨損，直接影響電網電路的使用壽命。而在智能無功補償技術應用中，一般采用智能真空開關與復合開關來管理裝置的開閉狀態，由此就解決了傳統設備補償電流傳播速度慢的問題。

1.2.3 性能差距表現三

傳統低壓無功補償設備所提供的補償電流具有固定、單一的特征，面對現代電網負載超負荷狀態復雜化現狀，該設備并不能保障補償的有效性。而智能無功補償技術具有四種補償模式，分別為固定補償、動態補償、三相共補、分相補償，且四者相互之間還可以進行結合補償，因此面對現狀智能無功補償技術更為適用。

2 智能無功補償技術在電力自動化中的應用

2.1 濾波器

濾波器是智能無功補償技術的常用裝置，一般包括固定濾波器、有源濾波器兩種，兩者可以根據實際情況單獨使用，也可以相互結合使用。在應用效果上，濾波器主要通過諧波來抵消無功電力，具有速度快、穩定性高、可調節的性能優勢，且在智能技術下可實現動態補償與跟蹤補償模式，可見其具有較高的應用價值。例如某地區電力企業就采用了有源濾波器來進行無功補償，在運行了1年以后將電網無功損耗數據作為指標，對比于1年以前的損耗數據可知，有源濾波器的使用成功降低了電網無功損耗23.1%。此外，在濾波器應用中需要注意成本問題，即適用于智能無功補償中的濾波器設備大多都造價不菲，面對現代電網線路曠闊的布局，如果全部采用濾波器來進行無功補償，很可能會帶來較大成本，因此不建議直接將濾波器應用于大面積無功補償當中，相應可以采用少量濾波器與電抗、電容相結合的方案來實現無功補償，即將濾波器安裝在低壓線上，通過濾波器控制對電抗、電容進行管理，同時配置好晶閘管進行線路開斷管理，這一條件下即可進行實時調壓，實現無功補償。

2.2 真空斷路投切電容器

真空斷路投切電容器是一種電流傳輸控制設備，在智能無功補償技術中同樣常見。真空斷路投切電容器的引用方式較為簡單，即直接將其安置在低壓線上，再通過智能系統與信號裝置來進行遠程控制就能實現無功補償，同時該設備的造價低廉，因此受到了廣泛應用。但值得注意的是，真空斷路投切電容器雖然操作簡便、造價低廉，但其存在較大的電能損耗問題，且容易影響到電路安全，即真空斷路投切電容器本身運作需要電能支撐，相應受該設備電能需求影響，會帶來較大的電能損耗；在真空斷路投切電容器運作當中，電路電閘的電壓會頻繁的瞬時增大，這一現象可能會損害電路，甚至造成電力設備損壞。

2.3 可控飽和電抗器

可控飽和電抗器是一種通過電抗飽和度調節手段對電力傳輸情況進行控制的設備，控制過程中根據智能技術系統得出的補償額來設定調節度，由此實現無功補償，同時還可以降低電能消耗問題。但實際情況上，可控飽和電抗器的應用并不常見，原因在于該設備運作中會出現電流強度持續提升的問題，導致電能頻率、電磁效應不斷變化，由此會帶來噪音污染，因此該設備不受推崇。但值得考慮的是，可控飽和電抗器的應用不像以上兩種設備一樣存在性能上的缺陷，因此在噪聲可控的條件下，建議采用可控飽和電抗器。

3 智能無功補償技術應用注意事項

3.1 技術形式選擇

結合以上分析可見，智能無功補償技術具有三種應用形式，且每種形式都有自身的優劣表現，因此必須根據實際條件來選擇對應的技術形式，同時因為不同技術形式可以相互結合，所以在選擇時應當慎重考慮，此舉有利于無功補償效率的提升。例如以現代常較為常見的智能無功補償技術形式組合“固定補償-跟蹤補償”為例可見，該組合形式在智能系統的支撐下可以保障無功補償的精確性與效率性，根據檢測可知其補償功率因數較高，說明應用中的能源消耗較少、補償設備功效充分發揮。另外，根據現代電力自動化發展趨勢來看，電網的復雜性只會越來越高，代表著未來用電量、負荷變化速度與波動等會不斷提升，這一條件下通過合理的技術選型與組合，可以保障電力系統無功補償的成本投入合理、補償性能優異，且面對復雜的補償需求不會出現不適用的現象。

3.2 智能無功補償控制器合理配置

智能無功補償技術的應用中，為了盡可能降低技術電能消耗，有必要使用控制器來管理補償設備的開閉、狀態，同時考慮到該項技術中的一些非獨立功能，例如采樣、運算及元件保護功能等，因為這些功能需要在控制器基礎上才能實現，所以必須配置控制器。但現代智能無功補償技術應用中存在很多不同型號、類型的控制器，而不同的控制器在功能、性能、價格方面都有差異，相應當控制器配置錯誤，可能會導致智能無功補償技術應用存在缺陷，例如某電力企業在智能無功補償應用中就選擇了固定補償控制器，而其轄區內電力用戶數量眾多，使得固定補償控制器無法滿足所有補償需求，可見其技術應用存在功能缺陷。這一基礎上，在智能無功補償技術應用中就必須重視控制器的合理選擇與配置，應當根據實際情況、需求來進行選擇。此外，現代智能無功補償控制器可以分為三類，為了便于選擇與配置，下文將對兩類控制器的優劣特征進行分析。

3.2.1 功率因數控制器

功率因數控制器是一種操作較為簡便的控制器，在智能技術支撐下具有直接讀取電力數據的表現，同時控制邏輯簡潔、清晰，功能上也較為完善，這是該控制其的優點特征。而在缺點特征上，其存在易振蕩的性能缺陷，容易導致讀取數據不準確。

3.2.2 無功功率型控制器

無功功率型控制器在穩定性上有突出的優勢表現，同時數據展示直觀性良好，便于人工查閱、管理，且支持自動設置、允許模式，這是該控制器的優點特征。而在缺點特征上，因為無功功率型控制器與智能技術終端之間主要采用ModbusRS485 實現通信，所以會導致成品質量差的問題。

3.2.3 動態補償控制器

動態補償控制器的優點就是可實現動態控制，且具有良好的抗干擾能力，在現代智能無功補償技術當中較為常見。但缺點特征上，通過長時間的應用發現該控制器容易出現延時現象，即出現無功補償需求時，該控制器往往需要較長的時間才能對補償設備進行控制，說明其性能上有一定缺陷。

3.3 技術基本結構框架配置

智能無功補償技術的應用具有三個基本結構，即硬件結構、通信結構與軟件結構，這三個結構中的核心分別為傳感器、通信渠道/換能器、智能邏輯，因此要落實必須對三者進行合理配置，以構建技術基本結構框架。下文將對三者的配置基本要求、作用進行分析。

3.3.1 傳感器

傳感器是智能無功補償技術中實現電力自動化系統信息采集功能的核心硬件，主要安裝在電力系統的各個配件或線路上，但因為不同電力系統配件與線路在信號類型上存在差異，所以必須采用對應功能與型號的傳感器，這是傳感器配置的基本要求。此外，在傳感器配置策略上，建議先圍繞電力自動化系統進行分析，由此確認信息檢測需求，后根據需求配置傳感器，且保障傳感器數量即可。

3.3.2 通信渠道/換能器

在通信結構中通信渠道/換能器是核心構件，可實現信號通信、信號格式轉換功能，前者可使傳感器采集到的信息傳輸到智能終端，后者可以將電信號轉換為數字信號，以供終端計算機讀取（因為傳感器端的信號格式為電信號，無法被計算機設備直接讀取，所以通過換能器可以講）。在配置上，首先通信渠道需要在“傳感器-換能器”處設置信號傳輸通道，通信協議用設備自帶協議即可，同時在“換能器-智能終端”處也設置一個通信傳輸通道，通信協議上建議采用I/O 通信協議。其次在換能器配置上，要將其安裝在“傳感器-智能終端”之間，切更靠近傳感器。此外，考慮到實際工作中可能會出現信號干擾問題，因此在以上配置基礎上建議采用抗干擾措施來保障智能無功補償技術通信的質量。

3.3.3 智能邏輯

智能邏輯建議采用大數據技術來實現，即大數據技術本身就是一種智能技術形式，可以作為智能無功補償技術的終端系統來生成智能邏輯，并將邏輯應用于無功補償工作中。這就是智能邏輯的配置基本要求。大數據技術生成智能邏輯的原理為“神經元結構”，該結構可以在預設知識庫基礎上對傳感器傳來的所有信息進行深度分析，由此對信息進行分類、識別與決策，這樣就產生了智能邏輯。

4 結語

綜上，智能無功補償技術對比于傳統低壓無功補償技術具有明顯優勢，因此有必要在電力系統自動允許中應用該項技術來進行無功補償，以保障電力系統供電穩定、能耗最小化。但為了使智能無功補償技術應用合理，本文闡述了該項技術的三大應用形式與注意事項，根據分析可以讓技術與實際條件相互吻合，起到保障能效的作用。