电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用研究

电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用研究

靳虎

（西安益通热工技术服务有限责任公司陕西西安710000）

摘要：随着社会的进步和市场的发展，人们对生产企业产品质量的要求越来越高，而企业生产设备为应对市场需求，对电力的消耗也持续增长，形成较大的成本。为了有效降低生产成本，需要针对生产设备电力消耗问题进行改善，即通过无功补偿方式，降低生产能源消耗和提高设备运行效率，即通过降低输送线路和点变压器损耗，提高电网功率因素和电效率等，确保实现该区域电网的有效性和经济性。

关键词：无功补偿；自动控制；电力电子技术

一、无功补偿装置在电力系统中的应用

1.1电力系统无功补偿的应用效果

随着社会生产对电力需求的增加，电力行业快速发展起来，电力系统规模也在不断的扩大，电力负荷的需求开始不断上涨。在电力系统的运行中，无功补偿的运用可以起到重要的作用，它能够有效提高电网的运行效率，改善供电环境，同时还可以降低电力系统运行中变电器和输电线路的损耗。将无功补偿装置安装与电力系统中，可以使电网的运营保持平衡的状态，安全稳定的运行，不仅大大的降低了电能消耗，同时提升了电能的质量。

1.2电力系统无功补偿应用的措施

1.2.1无功补偿电力容器

无功补偿电力容器从设计上来说，相对于其他的仪器是较为简单的，无论是容器的安装、运行，还是容器的维护等，其设计工作都不算复杂。但无功补偿电力容器的使用较为复杂，由于我们通常使用的都是感性的无功补偿，因此不能做到持续性的调节。在使用电力无功补偿电力容器的时候，也会产生一定的负电效应，负电效应会导致低电网电压有所下降，同时补偿电流也会下降，这就降低了电容器的补偿容量，使得电力容器所补偿的无功量快速的降低。在这样的情况下，如果谐波的干扰较大，很可能会使无功补偿电力电容器被烧毁，造成一定的损失。

1.2.2无功补偿同步调相机

同步调相机是一种发电机，它是同步旋转式的，属于无功率动态性补偿装置。同步调相机的工作原理是通过对励磁系统的调节来发出感性或有容性的功率。因为同步调相机是属于同步旋转式发电机，因此在运行过程中，它始终处于一种旋转的状态，这就会产生较大的噪声，造成一定的损耗。并且同步调相机的检修维护工作也是相对较难的。从目前来看，电力系统的无功功率变化速度很快，但机器自身的运行速度又较慢，这就使得无功补偿同步调相机的调节工作难以进行，很难满足调节的要求。

1.2.3静止无功补偿装置

静止无功补偿装置的发明与设计主要是为了弥补电力容器和同步调相机的缺陷。与前面两种装置相比，静止无功补偿装置有了更多的优点，它在运行过程中不会产生很大的噪音，运行速度也比之前的容器装置快。在电力电子技术发展的同时，新型的开关器件也被研发出来，并广泛的应用于静止无功补偿装置中，取得了动态补偿的效果。但使用静止无功补偿装置也有一定的问题存在，虽然静止无功补偿装置的检修维护成本有所降低，但其设备造价很高，这就加大了电力系统的成本。

二、电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用

2.1在补偿装置自动投切上的应用

电力电子技术在补偿装置自动投切上的应用主要体现在以下三方面：

第一，机械式接触器。无功补偿自动控制中，相关开关设备属自动控制，且通常会利用并联电器开关接触来实现对其的控制。也就是说，电力系统最初是利用接触器来实现电容器组的投切。但在实际运行过程当中，电容器组的初始电压为零，此时合闸则会使得电压剧增，导致电容器出现涌流现象，继而损坏电容器和电力系统。为避免这一情况，可在电容器组当中设置机械式接触器，通过在接触器中加入限流电阻实现对涌流的控制。相关实验表明，在机械式接触器中加入限流电阻之后，涌流的额定电流可被控制于20倍以内，有效抑制了涌流的产生，同时接触后也未出现电压降低的现象，不存在损耗。

第二，无触点晶闸管。无触点晶闸管又叫固态继电器，是随着电力电子技术的发展而出现的。在无功补偿自动控制当中应用机械式接触器虽可有效控制电容器组产生涌流现象，但若因其他因素而出现涌流，电容器及电力系统仍会遭到损坏，特别是当接触器触头上的黏结盒被烧坏时，无功补偿自动控制是难以正常运行的，无功补偿寿命也会严重缩短。无触点晶闸管则有效解决了这一问题。将无触点晶闸管应用于无功补偿自动控制的最大优势在于当电网压力过零时，可利用可控硅来实现自动控制，以免电容器电压猛升而出现合闸涌流现象，同时电流也不会出现拉弧的问题，有效改善了电容器易出现交流接触器烧坏的情况，延长了电容器的使用寿命。要注意的是，在实际运行过程当中，此装置中的可控硅会产生0.7V左右的结压降，极易产生谐波电流，进而产生大量热量，致设备温度升高，从而影响电容器的正常运行。虽然这一问题可采取内置散热风扇的方式加以解决，但风扇寿命有限，且实际散热效果并不明显，因此此装置作用难以充分发挥出来，在一定程度还会加大电网运行的损耗。

第三，复合开关。复合开关即是融合了机械式接触器和无触点晶闸管，而发明的一种电子复合型开关，其将接触器与可控硅并联在了一起，弥补了上述两者的缺陷。将接触器与可控硅采取并联的方式连接在一起，可真正实现电流过零时的切断与导通。这样不但实现了整个电力系统的连接与断开，而且还有效防止了涌流的出现。换而言之，复合开关即是综合了接触器无功耗及可控硅抑制涌流的双重优点。通常来说，复合开关主要有单相分补开关和三相共补开关两种，在实际应用当中可依实际情况进行合理选择。一般而言，三相共补开关多用于传统低压无功补偿，而单相分补开关多用于各相负载相差较大的无功补偿。介于对经济成本的考虑，在实际应用当中通常采取二者相互结合的方式，即电容器接入、接触器闭合时，晶闸管两端压力接近零，依晶闸管导通条件关断晶闸管，当晶闸管两端电压过零时即可导通。自此，切除活动全部完成。

2.2电路仿真

电路仿真是伴随电力电子技术不断发展而产生的，其是利用计算机辅助分析及仿真技术以实现电力电路设计的一种技术。通常来说，电路仿真有控制电路仿真和主电路仿真两种，其中控制电路仿真是利用Multisim软件实现电路的设计与仿真；主电路仿真是利用Matlab软件实现电路的设计与仿真，此软件基本兼容各工程领域，所以在实际应用过程当中，主电路仿真的使用相对较多，且伴随计算机技术及仿真技术的不断发展与成熟，电路仿真技术也不断更新，并不断完善。要注意的是，此主电路结构在实际应用时会出现起弧现象，导致总电流减少，从而减少电路中的损耗。此外，电路仿真并无具体时间要求，只需及时换流，即可有效避免出现过大尖峰。

三、结语

想要降低电力系统运行过程中电网负荷，则需要对无功涌流进行合理的控制，即需要使用无功补偿。无功补偿主要起到降低损耗和提高电网功率的作用，且还需要利用机械式接触器、无触点晶闸管和复合开关等，保障无功补偿自动控制具有较好的应用效果。

参考文献：

[1]邹少琴.无功补偿自动控制中电力电子技术的应用研究分析[J].电子技术与软件工程，2016（7）：155-156.

[2]周建明.无功补偿自动控制中电力电子技术的应用探析[J].电子技术与软件工程，2014（22）：104.