智能電力自動化補償技術在低壓無功補償中的應用研究

摘要：在當今電力需求猛增且電網結構日益復雜的背景下，傳統無功補償方式難以精準應對多變的電力工況。隨著工業自動化的進程加速，其對電能質量要求愈發嚴苛，而低壓電網作為電力供應末端，無功問題突出。為了打破困局，智能電力自動化補償技術便應運而生。聚焦于智能電力自動化補償技術在低壓無功補償領域的應用，為智能電力自動化補償技術在低壓無功補償中的進一步推廣與優化提供了理論依據與實踐參考。

關鍵詞：低壓無功補償；智能電力；自動化補償技術；算法

Research on the Application of Intelligent Power Automation Compensation Technology in Low Voltage Reactive Power Compensation

ZENG Xiaofeng""" YUAN Henian

Bingtuan Xingxin Vocational and Technical College， Tiemenguan， Xinjiang Uygur Autonomous Region， 841000 China

Abstract： Against the backdrop of rapidly increasing electricity demand and increasingly complex power grid structures， traditional reactive power compensation methods are difficult to accurately respond to changing power conditions. With the acceleration of industrial automation， the requirements for power quality are becoming increasingly stringent. As the end of power supply， the reactive power problem is prominent in the low-voltage power grid. In order to break the deadlock， intelligent power automation compensation technology has emerged. The article focuses on the application of intelligent power automation compensation technology in the field of low-voltage reactive power compensation， providing theoretical basis and practical reference for the further promotion and optimization of intelligent power automation compensation technology in low-voltage reactive power compensation.

Key Words： Low-voltage reactive power compensation; Intelligent power; Automation compensation technology; Algorithm

隨著現代工業和居民用電需求不斷增加，低壓電力系統穩定性和電能質量受到了嚴峻的挑戰。無功功率會導致功率因數下降、電能損耗加大和電壓波動，從而嚴重影響電力系統經濟運行和供電可靠性。傳統無功補償技術響應速度快，補償精度高，但智能化程度低，具有局限性。智能電力自動化補償技術便應運而生，給有效解決低壓無功補償這一難題提供了全新機遇。智能電力自動化補償技術集先進的傳感器技術、通信技術、控制算法和電力電子技術于一體，可以對電力系統運行狀況進行實時監控并準確補償無功，對提升電力系統整體性能有很大的研究應用價值。

1智能電力自動化補償技術的原理

智能電力自動化補償技術基于電力電子器件，如晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），構成的無功補償裝置，通過對電力系統中無功功率的實時監測與分析，自動調整補償裝置輸出達到無功功率動態平衡，核心原理是無功功率的檢測算法、控制策略和電力電子變換技術。無功功率的檢測方法可以精確地從電力系統的電壓和電流信號中抽取出無功功率的相關信息。其中，基于瞬時無功功率理論的檢測算法是一種常見的方法，其檢測的準確性超過95%。控制策略則根據檢測到的無功功率情況，采用先進的智能控制算法（如模糊控制、神經網絡控制等）確定補償裝置的投切或調節方式。例如：模糊控制算法可以根據系統無功功率偏差及其變化率靈活調節補償裝置輸出，以使功率因數迅速接近1，從而有效降低無功電流流動。電力電子轉換技術的主要職責是對電網中的電能進行轉換和調整，以達到無功補償的效果，其反應時間可以達到毫秒級，并能夠迅速追蹤電力系統的無功功率變動^[1]。

2智能電力自動化補償技術應用優勢[wl4]

在低壓無功補償領域，智能電力自動化補償技術顯示了許多突出的運用優勢。

2.1功率因數明顯提高

在各種低壓電力系統，這種技術可以實時地監測無功功率微小變化并通過準確補償動作使得功率因數得到顯著提高。以工業生產場景為例，很多企業本來功率因數在0.7～0.8范圍內，運用該技術之后可以上升到0.95及以上，趨近于1的理想數值。這種方法有效地降低了無功電流在電網線路中的傳播，進而減少了因無功電流引起的線路損耗，根據相關的數據，線路的損耗可以降低大約20%～30%，也使電力設備能夠更加充分發揮容量潛力，以免因功率因數達不到標準而被供電部門罰款，從而給企業節省相當大的開支^[2]。

2.2節能降耗效果突出

由于無功功率得到有效補償，電力系統電流有效值顯著降低。焦耳定律認為電能損耗與電流的平方成正比，因此能耗可以顯著得到控制。在商業綜合體這樣的大型用電企業中，采納智能電力自動化補償策略后，每個月的電力消耗可以降低15%～25%，這不只是降低了公司的運營成本負擔，也符合目前世界范圍內提倡的節能減排思想，在環境保護與可持續發展方面具有積極作用。

3 智能電力自動化補償技術應用方法[wl5]

3.1無功功率的準確檢測

無功功率精準檢測為智能電力自動化補償技術應用于低壓無功補償提供了重要依據，核心是利用先進檢測算法和高精度傳感器結合來實現無功功率準確測量^[3]。當前普遍使用的一種檢測方法就是以瞬時無功功率理論為基礎，通過采樣分析電網電壓、電流瞬時值，采用Clark變換、Park變換等具體數學變換將三相電壓、電流信號變換至兩相正交坐標系中，然后精確分離無功功率成分。

從采樣頻率上看，一般要求為幾千赫茲乃至更高，如5 kHz采樣頻率可以在工頻周期內（20 ms）獲得100個樣本點，如此高的采樣率有利于捕獲電壓、電流等微小變化，以提高檢測精度。傳感器的精確度對檢測的結果起到了決定性的作用，通常電壓互感器需要達到0.2級的精度，而電流互感器則需要達到0.5級的精度。這意味著電壓互感器在測量額定電壓時，誤差范圍在±0.2%以內；電流互感器在測量額定電流時，誤差范圍在±0.5%以內。利用高精度的傳感器收集的電壓和電流數據，在經過信號調節電路的放大和濾波處理之后，會被傳輸到微處理器或數字信號處理器（Digital Signal Processing DSP）以執行檢測算法。在真實的應用場景中，通過這種檢測系統的處理，無功功率的檢測準確度可以超過95%，為接下來的補償控制工作提供了堅實的數據支撐。

3.2智能算法的優化控制

智能算法優化控制在智能電力自動化補償技術中起著高效補償的核心作用。

3.2.1模糊控制算法

在這些智能控制策略中，模糊控制算法得到了較多運用。模糊控制算法是以模糊邏輯為基礎，以無功功率偏差和變化率為輸入變量，以補償裝置輸出控制量為輸出變量^[4]。例如：設定無功功率偏差的論域為[-100，100]var，偏差變化率的論域為[-50，50] var/s，補償裝置輸出控制量的論域為[0，100%]（指示補償裝置投切比例或調整幅度）。通過建立一系列模糊規則，如“如果無功功率的偏差是正向的，并且偏差的變化率也是正的，那么就需要增加補償裝置的輸出”等，來實現對補償裝置的智能控制。

3.2.2神經網絡控制算法

神經網絡控制算法也是智能控制的重要方法之一，該算法通過建立一個有多個神經元節點組成的神經網絡模型來學習、訓練電力系統海量運行數據，為了在無功功率和補償裝置控制量間建立復雜的非線性關系。神經網絡在訓練過程中對樣本數據要求很高，一般要有幾千組乃至幾萬個不同運行狀態下電壓、電流和無功功率的數據。訓練過的神經網絡可以根據實時輸入的電力系統參數，迅速而準確地輸出補償裝置的最佳控制策略，其控制精度比傳統控制方法提高20%～30%，從而有效地提高了無功補償的效果和系統的穩定性。

3.3 SVC的靈活投切應用

在低壓無功補償應用中，靜止無功補償器（Static Var Compensator，SVC）能夠通過靈活的投切操作來有效地調整無功功率，SVC的主要組成部分包括晶閘管控制電抗器（Thyristor - Controlled Reactor，TCR）、晶閘管投切電容器（Thyristor - Switched Capacitor，TSC）等元件。TCR通過控制晶閘管觸發角改變電抗器等效電抗值以實現無功功率吸收量持續可調。例如：在晶閘管的觸發角從90°逐步擴大到180°的情況下，電抗器的等效電抗值會從最小值逐步增加到接近無限大，與此同時，TCR吸收的無功功率也會從最大值逐步減少到0。TCR額定容量一般按電力系統無功需求范圍來設計，通常為數百千乏至幾兆乏^[5]。

3.4 SVG動態補償的實現

在智能電力自動化補償技術中，SVG在低壓無功補償方面展示了出色的動態補償表現。SVG基于全控型電力電子器件，例如：絕緣柵雙極型晶體管（Insulated - Gate Bipolar Transistor IGBT）構建，其工作原理是通過控制IGBT的開關狀態，把直流側電容輸出的電能逆變為與電網電壓同頻且相位可調節的交流電壓來動態補償無功功率。從響應速度上看，SVG有著顯著優點，響應時間可以縮短到毫秒級，一般為5～20 ms，即可以極短時間響應電網無功功率變化。例如：在電網突然連接大容量感性負載并引起無功功率劇增的情況下，SVG可以快速調節輸出無功電流以抵消無功功率波動，從而穩定電網電壓。

SVG的補償容量調節范圍非常靈活，可以從額定容量的0%～100%連續調節。以一個額定容量為1 Mvar的SVG為研究對象，該設備能夠依據電網的實際無功需求，精確地輸出0～1 Mvar范圍內的任意無功功率數值，這種連續可調的特性相較于傳統的離散式補償裝置（如固定容量電容器組）具有更高的補償精度和適應性。控制策略方面，SVG往往利用先進的瞬時無功功率理論和矢量控制技術相結合，并通過實時監控電網電壓、電流來進行分析，準確計算出需要補償的無功電流分量并分解至dq旋轉坐標系中進行獨立控制以保證準確高效的補償效果。

3.5傳感數據的融合運用

傳感數據融合運用對智能電力自動化補償技術的準確、可靠地運行具有重要意義。低壓無功補償系統一般集成有電壓互感器、電流互感器、功率因數傳感器、溫度傳感器等多類型傳感器來獲得電力系統綜合運行情況。

電壓互感器的主要功能是測定電網中的電壓信號，它的測量范圍通常涵蓋了低壓電網的規定電壓和某些波動區域，如（0.4±0.2）kV的范圍，精度可達到0.2級，能夠準確地采集電網電壓幅值和相位信息。

電流互感器的主要職責是對電流信號進行測量，其測量范圍是基于系統的最大負荷電流來確定的，其精度達到了0.5級，能夠精確地捕獲電流的幅度和相位的變動。

4結語

智能電力自動化補償技術應用于低壓無功補償有著廣泛的應用前景和顯著的優點，可以有效地提高功率因數，降低能耗、使電壓質量保持穩定，實現了智能化和自動化無功補償控制。隨著科技的發展進步、成本逐步下降、相關標準和協議趨于一致，智能電力自動化補償技術勢必會被更多地運用于低壓電力系統，以期對促進電力行業可持續發展，提升電力系統運行效率有更大幫助。

參考文獻

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