電工電子技術在無功補償自動控制中的應用分析

焦向軍

聊城市技師學院，山東 聊城 252000

0 引言

近年來，無功功率控制技術在電能生產與電力輸送系統中的運用更加普遍，該技術的合理應用能有效減少設備的功率損失，在提高電能輸送效益同時，又取得不錯的電能生產效益[1]。電工電子手段對供電系統無功的自動控制的合理運用，可以大大提高輸電變電設施的總體工作質量，有著廣泛的實用性。

1 無功補償自動控制的作用

在社會發展技術水平的日益提升下，人類對動力資源的需要不斷遞增，也因此人類對電力系統的效能也有了很高的需求。在這樣的背景下，無功補償自動控制被普遍地運用到供電系統上，從而保證供電系統得以有效、平穩、安全地工作，進而使設備負載減至最小化。另外，在無功補償自動控制方式下，還能夠更有效的減少電流對電力系統的損壞，進而保證了動力系統用電的穩定能力和持續時間。而動力系統在具體的實際運用中，由于用電形式是多種多樣，因此其效率也會出現相應的不同程度。以熱水器、白熱燈等供電系統裝置使用為例，其中供電系統裝置的總電流與壓力存在的相位時刻具有一樣，此時，該電流與壓力的乘積便是動力系統所損耗的總電能。不過，由于動力系統在具體的實際運行中，并不能有效地轉化為電能損耗，這就無疑增大了供電系統的壓力，要克服這一困難，就必須做好對動力系統的無功補償工作，從而增強了動力系統的可靠性與穩定性。在現代無功補償自動控制理論的幫助下，通過把電容器件布置于不同電氣單元內部，可以合理地抵消額定電流，以便更良好地保護電力系統工作的可靠性和平衡性。為提高無功補償自動控制能力，技術人員應針對具體要求，合理地設置無功補償系統。

2 無功補償方式

無功補償的設備主要是利用變壓器提供的各種補償方法，變電站通常采用十kV線路，并為其分配采用的無功補償設備。而且高集中彌補主要依靠上層提供，對下層供電不能實現可靠彌補。這時，就必須采用低壓集中補償設備，在用戶負荷發生波動的情況下實現跟蹤補償，以降低供電損失，不過，其補償額通常不準確，也不能精確掌握賠償數量。而桿上線路彌補則是采用架空線路的設備，操作簡便，也易于維修，不過，由于會收到外部的環境因素影響，為防止過量彌補和輕載的出現，通常并不采用分組。用戶終端分散補償是指一個可以就近彌補的設備，通常設立在發電機或是其他電力設備邊上，由于比較適應小型裝置，產生的補償點呈離散狀，不能加以聚集，而且極易受負載影響，因此總體的補償效果較低[2]。

3 電工電子技術在電力系統中的應用現狀

隨著現代科技的進一步發展，電工電子技術也逐步開始廣泛應用于動力系統中，并取得的效果越來越顯著。根據有關的研究表明，電工電子技術在動力系統中的運用，重點集中在發電與手動系統二方面。在自動控制方面，電力工作主要是由手動調壓系統、自動發電控制系統和自動平衡控制系統等組成。在發電中往往要包括許多電子設備，而這些設備的工作狀態、操作效率等，將會直接關系電力系統運行的安全平穩地工作下去。人們近年又明確提出了一個新概念，即可控制硅靜態勵磁，重點在于利用數字化技術改善系統運行安全性與效率。綜上所述，隨著電工電子科學技術的進一步發展，人們堅信在不久的將來，電力系統運行會越來越良好。

4 電工電子技術與智能化技術的結合

人工的大規模使用，往往意味著管理的困難和管理制度的完善，這對于人與人之間的交流溝通具有相當強烈的需求，也很容易在管理工作流程中出現信息傳達不到位的狀況。但由于電工電子信息技術的產生與使用，這種問題已經得到了很好的緩解。將電工電子信息技術和計算機相結合，運用電子信息技術與移動互聯網技術在大部分工作中都可以使信息溝通與互動帶來方便，從而更精確地實現工作人員所下達的每一條命令。同時隨著現代電子信息工程技術的加入，在電工電子信息技術的統計與測量領域都十分的迅速便利[3]。所以，電工電子技術以相當快的速率取締了自動化，并以其最高效能來進行每一個任務。此外，將電工電子技術與遙感技術和數字化信息技術結合可幫助信息的數據處理與貯存，三者科技的交流和協作可使動力系統的正常運行中獲得最佳狀態，也可增強電力系統運行大負荷任務的能力。當然，電工電子設備的使用中也是不可沒有人工的介入的，只不過人工的角色已經從主體地位變成了客體地位，從主要的執行人員變成了輔助人員，并利用了人力與機器的結合來實現了電力系統的智能化行為和智能化流程，使電網管理變得越來越具備科學化與技術性。

5 電力系統無功補償應用的措施

5.1 無功補償電力容器

從工程設計的角度來看，無功補償式動力容器不論是裝配工作，或是維修工作，都是比較簡便的，只是它在實際應用的過程中，往往采用的只是流感性的無功補償，而不能提供連續性的調整。另外，由于電力電容器的正負電效應會削弱電網電壓，與此同時補充電量就會有所減弱，由于電容器的補償容量減少，使得補充的過勞而無功率地急劇減少，再外加諧波的傳動影響，因此電力電容器也會發生被破壞的現象。

5.2 無功補償同步調相機

調相機也是自動運轉的發動機，作為一種無功率因數動態補償性設備。其運行特點是通過改變勵磁功率，由容性的或感性的無功電量變化而產生。因為在同時調相機的工作過程中，設備處在正常運轉階段，所以會產生大量噪聲，能量消耗也相應較多。當然，要進行對設備的保養與保護工作也是比較困難的。由于現階段電力系統無功功率時控制的很快，而同時調相機工作速度慢，且不易控制，因此也就無法達到有效控制的要求[4]。

5.3 靜止無功補償裝置

與傳統電力容器和同步調相機比較，靜態無功補償設備摒棄了二者所具有的弊端，在工作過程中噪聲較小，但工作速率更快。由于電力電子科學技術的迅速發展，各種新的開關元件也被研發了起來，并在靜態無功補償裝置中得到廣泛應用，從而達到了動態補償效應。不過，從運營成本的角度來看，盡管靜態無功補償設備減少了安裝維修的維護成本，但裝置費用仍然高昂，而且還必須安裝濾波集成電路。

6 電工電子技術在無功補償自動控制領域的實際運用

6.1 無觸點晶閘管的運用

盡管在實際運行的階段，電器皿的涌流情況一般都能夠得到有效抑制，可是一旦產生了涌流情況，所帶來的危害卻是非常巨大的，很容易造成交流設備觸頭的粘接盒的破壞，對電器皿的正常運行產生了干擾。在現代科研技術有效發展的大背景下，我們已經開發出無觸點式晶閘管，此器件一經推出，就以其所具有的突出優點而得到了高效應用，其所體現的特點就是當電壓達到的零時下，流量可以由控制器進行主動切斷，防止了拉弧的情況，當然也就不至于產生了觸頭粘接或者破壞的情況，從而保證了電器皿的生命。不過除去上述優點，無觸點晶閘管也存在某些弊端，比如，這種裝置容易在通過電容器的地方產生結壓降，進而形成高頻諧波電流密度，對電容器的良好工作產生干擾。此外，工作過程也會產生巨大的熱量，使得四周的電力設施工作溫度相應增加，最后造成很多裝置由于高溫的情況而產生失效情況。

6.2 電路仿真

隨著計算機和電工電子等科學技術的進一步發展，在電工電子電路中，可積極運用計算機進行電路仿真模擬。目前，對集成電路的仿真結果模擬主要可劃分為主控電路和控制電路二個類型。晶閘管、交流接觸器等一起組成的主電器系統。在具體應用過程中，一旦交流接觸器發生起弧的狀況，工作人員就必須迅速地對其加以投切，又或者使用無功補償電容器改善涌流狀態。由此可見，利用計算機技術不但可以建立模擬電路，還可以仿真無功補貼中電容器的具體使用效果。當對電工電子高新技術領域加以運用時，由于使用復合開關還可以實現無功補償自動化的控制投切。同樣，可以組合自動控制電路，當三相電壓的所有電流均為零時，可控硅僅需0.2s的時間就可以傳遞電流至晶體管位置，閉合了接觸器，可以在計算機的輔助下實現仿真電路模擬過程。但必須指出，它雖不能有時序上的特殊要求，但通常對晶閘管的脈沖有規定，可以有效防止在切斷接觸器時電網產生尖峰電流過大的情況問題[5]。

6.3 在電力系統自動啟動中的應用

動力系統主要由手動發電、自動負載調節和手動平衡三種系統所構成，而近年來，由于電工電子科學技術的發展，微機工藝、微處理器、功率管、多功能開關管等新器件和工藝在也都獲得了廣泛的運用，這就為進行無功補償的控制創造了基本條件。在無功功率自動補償器的發展歷程中，由于電工電子科學技術的應用，也促進了許多新興技術的發展，例如，通過補償繼電器、補償電容器的連接技術、并聯電容器投切等的新方法，就能夠達到對電網中涌流問題的有效抑制與消解。另外，由于現代科技的進展，電動計算機的所有元器件和設備的數量正逐步減小、總容量正逐步變大，可以從一定意義上克服以往電力系統無功補償所存在的缺點，從而充分體現了無功彌補對自動設備的有效性。

6.4 在電力系統發電環節中的應用

在整個動力系統的工作環節中，許多裝置都和發電環節之間有著非常緊密的聯系，所以，這些裝置的工作情況是不是良好，也會直接影響這整個動力系統的供電效果與服務質量。而一般來說，通過運用數字技術就能夠達到對可控硅靜止勵磁的調整和改善，因為這樣就能夠減少對電流變化所造成的影響了。在整個動力系統的發電環節上，通過采用基于電工電子技術的無功補償自動控制設備，就能夠使整個發電裝置的工作效果達到最優化，進而實現了減少電能浪費、達到電力系統節約能量的目的。因此，在發電過程中，所采用風機水泵的功率一般都比較高，但如果采用了變頻控制，就能夠很好的控制風機水泵的轉速，這也能合理控制風機水泵的功率大小。

6.5 特高壓主變中壓側接入補償的電壓變化分析

從補償設備的物理特點可以得知，在注入電抗或者電容器之后，母線電壓會變化，而電流變動幅度則和投入設備的總容積，以及系統短路容量有關相關。按照中國技術標準DL/T5014—2010規范，補充電氣設備后該電氣設備所在母接線壓力的變動值不應超過該變壓器所連接額定電壓的百分之二點五，在主變中低壓的投切補充電氣設備后的壓力變化波動要比五百千伏，但變動也不得超過百分之五。

6.6 采取有載調壓設施

就目前情況而言，高負載調壓裝置一般處于無壓運行的狀態，但這樣很容易造成供電高峰期而產生各種情況。因此現在較為普遍的使用是載調壓裝備，以有效保證線路電力的平穩。即使是不同負載，都能夠利用調壓設備實現控制，確保電工電子系統高效工作。在實際使用中，可以針對峰值和低谷期實施特別控制，達到顯著的控制作用，有效減少設備損失的產生[6]。

6.7 技術選擇

首先，基于補貼方案的差異，一般要求在電能自動化中或智能無功補償技術運用中，依據不同方案的使用要求而加以選用，并要求使用目標與實際需要相符合。其次，因為三相交流電在電工及電子系統自動化電網建設和用電設施的運用中，出現了不均勻問題，且差別也比較懸殊，所以，在選用時需要遵守如下要求：①在離散補貼和集成補貼組合條件，側重于前者；②穩定補貼和調整補貼組合條件，側重于前者；③在低溫補貼與高壓電流補貼組合條件，著重于前者；④受電力設備復雜的因素，需要依據其輸出功率和承受的最大負載大小，可采用與固定補償技能、動態補償技術等組合方法取消它們的無功功率，其優點就是能夠提高補償方法的靈敏度，從而降低投資;同時，利用動態補償技術能夠提高設備檢測功能、提高對其無功功率控制的跟蹤補償、最終實現了電工電子系統運行效能和勞而無功補償效能的雙重提高。

6.8 有效控制，設置參數

以計算機輔助系統設計為基礎資料，先對電工電子控制系統中的壓力、流量、無功效率、有功功率等數據加以收集，目前已經形成了數據庫系統，并能夠提供商業使用。再根據對無功效率的管理需求，通過補充方法選擇，在根據控制系統的有功功率和投切開關限量的前提下，選擇了穩定性良好的電容器產品。方法主要包含：①電壓規定要求管理中使用管理，其中包含對系統中的高壓防護、欠壓防護裝置，用以增加投入的壓力值，進而實現對無功效率所設的防范。②利用計算機對投入周期實現有效管理，并確定延遲時間，同組內的電容器投入裝置和其他要求相符；快速動態的投切時限以設置零為準。

7 結語

從最近的科學研究中可以看到，無功功率控制系統已普遍存在于各種大電網的運輸過程中，而這種無功功率控制系統的產生將會減少電網壽命，從而給大電網的發展造成了障礙。所以，一定要對無功補償自動控制技術開展相應的科學研究工作，使其和電工電子等科學技術加以結合與碰撞，促使無功補償自動控制技術發揮得更加穩定，從而更加適應現階段我們的需要。