電工電子技術在無功補償自動控制中的應用研究

程帥鵬

（江西師范高等專科學校，鷹潭 335000）

如今，電力耗損問題十分嚴重，受到了人們的普遍關注。為了提供更加安全、高效的電力服務，需要發揮無功補償的作用，吸收多出的無功功率，減少設備能源損耗，使電力系統處于穩定的運行狀態。電工電子技術指的是電工技術與電子技術相結合的一種綜合技術體系。當前，電工電子技術廣泛應用于電子機械設備領域，組織結構十分嚴密，具有全控化、集成化及高頻化等顯著特點。應用電工電子技術后，電子機械設備的運行效率明顯提升。無論是對于工作人員還是對于電子機械設備整體運作系統，電工電子技術都發揮著重要作用。近年來，電工電子技術體系越來越先進、成熟，深刻改變著人們的生活與企業的生產。

1 無功補償應用原理、作用及電工電子技術應用優勢

1.1 無功補償應用原理

在實際應用時，電力設備因型號規格、用電形式等情況的不同，功率有所差異。在電力系統運行階段，電力設備一般需要電力系統構建與之適應的磁場，從而使能量的消耗不轉變成有功功率而轉變成無功功率。通常來說，選擇電力系統的變配電設備時由其視在功率決定[1]。視在功率可以分為有功功率和無功功率兩種形式，其中無功功率在實際傳輸時所出現的負荷會給電網的運行帶來一定的影響，可能會增加其運行負荷或者加大電網損耗，影響電力系統的安全運行，而解決該問題的主要手段是補償輸電系統。通常在高壓設備電網系統都會設置無功補償設備[2]。

無功補償在具體運用時能夠實現動態化補償，可不與電網阻抗發生沖突，且能夠科學定位電網中的頻率變動狀況，并有效控制電路。在電網中使用無功補償技術后，可以很好地控制電網中的電流、電壓等[3]。

1.2 無功補償作用

第一，可以提高功率因數。在設置無功補償設備后，傳輸無功功率會降低。在有功功率不發生改變的條件下，功率因素會隨之提高。

第二，調節電壓質量。對于高壓線路來說，它的電感電抗要遠遠大于電阻，而線路電壓損耗絕大部分都是由線路傳輸的無功負荷來決定的。提升功率因素，將線路中的武功電流降低，能夠減少電壓損耗，保證電壓質量[4]。

第三，降低電力損失。企業在進行動力配線時，根據各線路負載的狀況，提升功率因素之后總電流會變小，可有效控制供電端和用電端電力損耗。

第四，延長電氣設備使用時長。調整功率因素后，線路總電流會變少，從而降低原本接近或已用至飽和的變壓器等各種設備的負荷，提高設備的使用時長[5]。

1.3 應用優勢

在電氣控制中，電工電子技術發揮著很大作用。從應用實際狀況看，電工電子技術的應用能夠保證電氣控制效果，降低電氣運行時安全故障的發生概率。同其他技術相比，電工電子技術的優勢更明顯。若是將其與電氣工程結合，可以有效提升實際生產效果。同時，應用電工電子技術能夠提升工作人員的工作效率。現階段，各領域對電的需求量都非常大，依賴性強。應用電工電子技術能夠有效控制電力系統，降低各種安全隱患的發生概率。在人員配置上，相較于傳統的運行模式，機械設備代替人工操作可以有效提升工作效率[6]。此外，電工電子技術屬于新型技術，適應性較強。電工電子技術以計算機技術為核心，在各種系統、舍爾比的運用上都具備很強的適應性，對提升工作效率、緩解工作壓力等具有明顯優勢。

第一，電子電工技術具有全控化特點。在傳統的電力系統中，人工需要處理的工作內容非常多。電子電工技術與網絡技術相結合，工作人員可以采用全新的電力系統進行自動化控制和智能化控制，實現全控化格局，減少一部分人工作業壓力。例如，在全新的電力系統中，工作人員不再使用普通的晶閘管，顯著提升了電力系統的運行效果。

第二，電子電工技術具有集成化特點。集成化指的是多種部件巧妙集合起來，共同組成一個全控型器件。這不僅可以節省設備所占空間，還可以在一定程度上降低生產難度，控制生產成本。

第三，電工電子技術的應用效率高。傳統的電力系統運行時，工作人員不得不削減一些部件，以降壓的方式來提高運行效率。進入網絡時代，工作人員應用變換技術來降低能耗，進一步提升了各個區間的工作效率。

第四，電工電子技術具有高頻化特點。在網絡技術、集成化技術的帶動下，我國電力系統也開始朝高頻化方向邁進。基于高頻化優勢，電力系統整體的運行速率表現優良。在全新的電力系統中，各個設備的外部狀態也更加整潔、美觀。

2 電工電子技術在無功補償自動控制中的應用

無功補償是電網運行體系中非常重要的設備。在其自動控制中，電工電子技術的應用能夠保證全面發揮無功補償的功能優勢。

2.1 復合開關

復合開關是使用頻率很高的設備，能夠有效控制并聯可控開關和交流接觸開關，確保電壓過零導通順利完成，第一時間將電流過零切斷，且能夠在開關開啟、閉合時控制電流。對于復合開關來說，它主要有兩種功能：一是能夠應用單相、三相分補兩類開關連接方式；二是可以使用單相或者三相共補開關連接方式，一般應用于功率、低壓無功補償比較類似的電力系統[7]。但是，在選用這些連接方式時，需要全面考慮當地的電力系統運行實際。通過有效分析、調整，選用最佳的連接方式，使電力系統穩定運行。在此過程中，要注意靈活選取連接方式。若是電網運行存在異常，要及時使用能夠解決問題的復合開關。但需要注意，不管應用哪種類型的復合開關，都必須考慮其經濟成本，既要保證電路無功補償的效果，又要保證企業的利益，實現兩者的均衡發展。

2.2 無觸電晶閘管

電容器組出現涌流問題的概率很高。如果電容器出現涌流，會影響整個電網的安全運行，帶來不可預知的后果，其中最直接的是縮短電容器組使用壽命。如果情況非常嚴重，會燒毀電容器組或者造成人員傷亡。為了杜絕該情況的出現，要有效應用無觸電晶閘管。但是，僅僅使用無觸電晶閘管還不夠，在具體應用時會產生大量熱量，如果不及時散熱，熱量堆積同樣會誘發各種嚴重問題，導致接觸部位零件設備損壞，甚至造成整個電網癱瘓。為了快速散熱，防止熱量大量堆積，大部分設備都配置了電風扇[8]。

2.3 機械式接觸設備

接觸設備是電容器組關鍵的部件之一，具有不可替代性。目前應用的無功補償自動化設備雖然有其自身優勢，但是還存在一些不足，如自動化控制涌流等。為了解決存在的問題，需要應用專業的接觸設備進行控制，提高限流電阻。機械式接觸設備應用率的提高，進一步驗證了這些設備能夠有效適應電網運行要求，有效解決電網運行過程中發生的常見問題。目前，機械式接觸設備的應用效果良好，值得被推廣、應用。

2.4 電路仿真

電路仿真包括控制電路和主電路兩種仿真形式。其中，主電路包含反并聯晶閘管、交流基礎及觸頭構件。以某單位低壓供電系統為例，下面論述其主電路仿真設計。這一供電系統電路仿真可通過交流接觸器電容來實現。10 kV三相電源可使用星形接法中性點對系統內部做接地處理，并控制電壓使其處在合理范圍內。在電力系統運行過程中，接觸器觸頭常常出現起弧問題，特別是當電路瞬間達到尖峰時，這一現象更加明顯。在電容運行后，電路常常還會出現定額電流涌流。使用補償電容器后，可以控制電流量，降低電力系統電能損失，同時可以減少三相電路中的電壓相位差和電流。電路仿真設計中并未對切斷電容器的時間進行有效說明，只說明了開啟晶閘管時的觸動脈沖情況。切斷接觸器后，有關人員才可以開啟晶閘管觸動脈沖，以控制出現大尖峰問題[9]。在進行新產品設計中，要確保有效發揮相關零部件的性能，實現相關結構件之間的配合和優化組合，以借助仿真技術進行模擬優化設計。

2.5 在過電流保護中的應用

過電流是指電子電路產生故障后發生的現象。一般會通過切斷熔斷器等方法對電路實施保護。因為電子電工器件的持續更新、發展，器件功率逐步增加，傳統的控制手段已無法滿足相應的要求，所以需要使用驅動信號控制手段替代原先的控制方式保護電路。

2.6 協助設計真空斷路器

無功補償技術的應用對供電系統的作用非常大，可以減少電路損耗，確保電網安全。表面上看，真空斷路器結構比較簡單，因而不需要投入太多的成本。但是，這類斷路器在合閘時會出現很大的電力壓力，導致機器設備負荷壓力加大而損壞設備。為了保護設備不被損壞，在設計真空斷路器時可使用無功補償技術，以緩解設備運行過程中的電流壓力[10]。

2.7 無功補償裝置中的靜止無功補償裝置

靜止無功補償裝置是為了解決電力容器和同步調相機存在的缺陷而設計的。分析靜止無功補償裝置和同步調相機可知，靜止無功補償裝置具有諸多優點。例如，該裝置在運行時噪聲小，且運行速度快于同步調相機。但是，靜止無功補償裝置的維護成本較高，造價高，增加了電力系統的運行成本投入。

3 結語

在電子技術持續發展的背景下，無功補償問題備受各大電力企業的關注。電工電子技術在復合開關、無觸電晶閘管、機械式接觸設備及電路仿真等無功補償自動控制中的應用，可以達到無功補償效果的最大化，以保證電力系統的運行質量。