電力自動化中智能無功補償技術的應用

陳興華

（大連職業技術學院，遼寧 大連 116035）

0 引 言

改革開放以來，中國經濟迅速發展，越來越多的電氣設備和家用電器被用于各個行業的生產和日常生活中。從國家能源局發布的2018-2019年全社會用電量（見表1）可以看出，整個社會對電能的需求與日俱增。

表1 2018-2019年社會用電量（單位：億千萬時）

為了保證供電的及時性和有效性，電力企業開始利用電力自動化系統來提高電能輸送能力。電力自動化系統是基于先進的網絡通信、自動化控制、微機繼電保護技術以及可靠產品，為用戶提供現代化的設備監視控制管理和遠程在線監測，確保電力系統穩定可靠供應以及最優化的電力負荷管理靈活多樣的系統結構[1]。在電力自動化過程中，單相牽引負荷的變化非常復雜，會增加整個電力系統的無功功率。在電網運行期間，功率損耗一般不超過負荷的10%，而無功損耗則是占無功負荷的30%～50%。可以看出，無功功率是一個重要的影響電壓穩定性的因素，會造成電能的損耗，關系到整個電力系統的安全穩定運行。為了解決穩定性不足、電力無功消耗的問題，電力企業開始將智能無功補償技術應用在電力自動化。

1 電力自動化中智能無功補償概述

1.1 電力自動化

電力自動化技術對電力系統運行起著至關重要的作用。在電力系統的實際運行中，電力自動化技術能得以實現主要是依靠計算機網絡。也就是說，要想實現電力自動化，就需要掌握先進的計算機網絡技術。從電廠到電網和區域電網再到街道電網最后到用戶，這個過程是電力系統整個的運行過程。在電力運輸的過程中會涉及到配電網、輸電網以及多級變壓等很多種類的電力設備。電力自動化就是將這些電力設備連接在一起，更加便利地使用計算機技術檢測來控制電力系統的運轉。此外，還可以選用部分的可控電子原件用到實現電力自動化過程中。當前所使用的電力自動化是由電力信息自動化、配電系統自動化、發電站自動化及電力故障處理自動化等構成。

1.2 智能無功補償技術

1.2.1 無功補償的基本原理

電力系統中的無功補償就是把感性阻抗特性的裝置和容性阻抗特性的裝置連接到電力系統中，這種連接方式可以是串聯的也可以是并聯的[2]。容性阻抗特性的裝置和感性阻抗特性的裝置的充放電特性是相反的。當感性阻抗裝置在吸收能量時，容性裝置是在釋放能量，相反亦然。也就是說，在電力系統中，要想保證負荷能運行正常，容性補償裝置為感性負荷提供了所需的無功。

由于在配電網中很大一部分負載都是具有感性阻抗性的，所以電容在電力系統中負責提供無功功率。在電力系統的無功補償研究中，為了避免由于補償導致電壓超限，且對負載和變壓器造成影響，要充分考慮到并聯電容器的配置是否是最優化。此外，還要考慮無功補償的電壓約束等因素，這樣才能降低配電網電壓波動對負載損耗的影響和無功功率對變壓器損耗的影響。

1.2.2 無功補償方式選擇

配電網無功補償根據補償裝置安裝位置的不同分為3種，具體為集中補償、就地補償以及分散補償。在進行補償方式的選擇時要遵循兩方面的原則，一是在配電線路中要降低無功功率的應用，在進行補償方式選擇時優先考慮就地補償，二是為了避免在低電壓的情況下發生過補償的現象，要把集中、就地以及分散補償3種方式統一起來進行考慮，在此基礎上以分散補償為主。在這3種補償方式中最合理的補償方式就是就地補償，因為這種補償方式可以減少線路的損耗，但是這種補償方式由于用電負載、變壓器以及線路都需要無功，在實際電網中是最不經濟和最不安全的一種方式。此外，集中補償方式的補償裝置是在變電站的低壓母線上，這種補償方式在遇到配電網中線路末端負荷容量較大、較穩定、較集中且占比較大的時候比較適用。分散補償方式是將無功補償裝置裝設在相對應的母線上，這種對應關系是以無功負荷的分布情況為依據的形成多組分散補償，獲得更多的經濟效益。就地補償如圖1所示，這種方式的裝備是裝設在負荷周圍，根據負荷運行的具體情況進行補償，這樣可以有效減少線路的損耗。

圖1 就地補償

2 電力自動化中智能無功補償技術的應用現狀

現如今，無功補償技術已經普遍運用到電力系統中，進一步提升了電力系統的穩定性和可靠性。

2.1 固定濾波器

在電力運行的過程中，結合電力系統的電容器和電抗器，在依附電壓母線的基礎上，對電壓進行調節，降低無功功率或者徹底抵消，這樣能夠很好地起到濾波的效果。需要注意的是，在使用之前要斷開電源安裝晶閘管。

2.2 可控飽和電抗器

在電力運行的過程中，通過對電抗器的飽和程度進行調節來控制電流的大小，然后加速感性電流功率和并聯濾波器中的無功功率的抵消進度，從而達到動態平衡[3]。需要注意的是，可控飽和電抗器技術在使用的過程中會產生噪音，這將會降低設備的使用期限。

2.3 靜止無功補償裝置

在電力運行的過程中，靜止無功補償裝置技術是運用比較廣泛的技術，是對負載無功功率的補償。靜止無功補償裝置是由多個靜止原件組成的，通過并聯元件從而達到無功補償的目的，最終進一步提升工作效率。需要注意的是，在這一技術的運用過程中，對于電網效率比較難控制。

3 電力自動化中智能無功補償技術的應用策略

3.1 選用合適的智能無功補償技術

智能無功補償技術是影響配電無功補償效果的直接因素。現如今，隨著科學信息技術的日新月異，我國電力行業不管是硬件設備還是軟件設備都在進行不斷的革新，這就要求人們在實際的電力運用中，把智能動態補償技術和固定補償技術有機的結合起來，將穩定態補償和快速跟蹤補償有機的結合起來，促進電力自動化的發展。

3.2 選用合適的投切開關

投切開關這一設備在無功補償技術中是非常核心的，如何選擇合適的投切開關是非常重要的。常見的投切開關有機電一體化的智能真空開關、機電一體復合智能開關以及過零觸發固態繼電器3種。其中，機電一體化的智能真空開關是操作性比較強、使用壽命比較長且安全性比較高的一款投切開關，被廣泛運用在串聯電抗回路中。機電一體復合智能開關是一款運行比較快、耗電比較低的開關，但是這一款開關的運行成本比較高。過零觸發固態繼電器是一款運行速度較快、使用壽命也長的開關，但這一款開關在運行的過程中會產生諧波。在實際的運行過程中，可以根據具體的需求來選擇適合的投切開關。

3.3 重視選擇智能無功補償控制器

智能無功補償器在智能無功補償中是非常重要的一部分，隸屬于指揮系統。不管是元件保護還是參數設定都需要借助無償控制器來完成，因此在實際運行過程中，要足夠重視智能無功補償控制器。無功功率控制器、動態補償控制器以及功率因數控制器是目前被普遍運用的控制器[4]。其中，無功功率控制器的優勢是穩定性強，功率因數控制器的優勢是使用時間長且方法便捷，動態補償控制器的優勢是擁有較強的抗干擾力。

3.4 加強智能補償無功控制

提高對智能無功補償技術的控制能力，有利于高效發揮無功補償作用，改善無功補償效率，從而實現智能無功補償技術的進一步推廣和應用[5]。可以利用計算機加強對智能補償無功控制，通過自動采集系統對電力系統的電壓、電流、有功功率以及無功功率等相關信息進行采集并錄入參考量，來提升電力系統無功補償的精確度，減少電力系統運行中的能耗。具體操作內容有兩方面：一是由管理系統科學控制電壓限制條件，并通過設置系統過壓保護、欠壓保護等措施來加強投切電壓值，以防投切設備電壓值發生無功功率設定情況；二是對投切時間進行科學合理的設置，投切開關可以選擇延時投切。需要注意的是，要確保同一組電容的投切時間是一致的[5]。

4 結 論

本文概述了電力自動化中智能無功補償，介紹了電力自動化中智能無功補償技術的應用現狀，闡述了其應用策略，以供參考。