电气自动化中无功补偿技术及其应用探究

电气自动化中无功补偿技术及其应用探究

王继斌

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摘要：近年来，随着中国电气技术水平的提高，供电能力与供电质量显著提升。与此同时，随着电力系统规模的扩大以及设备接入数量的增多，系统运行状态受到电压波动、谐波增大等因素的影响，稳定性较差。在这一背景下，无功补偿是改善供电环境与提高供电效率的重要技术举措，也为谐波治理等问题提供了可行的解决途径。

关键词：电气自动化；无功补偿技术；应用；

引言

如今，人们生产生活对电能需求量不断增加，电力系统建设规模不断扩增，复杂度也随之增加，电气设备运行中面对更为复杂的环境及本体非线性因素增多，直接增加了电气控制难度，电气设备自动化发展情况得到全社会的关注。无功补偿技术作为基于无功功率理论发展起来的一种全新补偿办法，主要是运用容性及感性功率负荷变化情况及有关控制装置并联在电路内，通过能量转换的过程调整运行条件，实现对被控对象的有关管控。

1无功补偿原理

在电气自动化系统运行期间，输出功率由无功功率、有功功率2部分组成，受到诸多因素影响，有功功率比例常数有所降低，导致功率因数随之下降，产生超过预期的线损量。而无功补偿则是在系统中加装潮流控制器、有源滤波器等装置，持续补偿无功功率，以此来提高有功功率输送比例，维持稳定的功率因数。

2无功补偿技术应用原则

在进行无功补偿时，应该采用合适的补偿方式，保证整个系统的科学性、安全性和经济性。目前，无功补偿的主要原理是利用一些电容元件对供电系统的无功功率进行调整，从而保证供电系统运行的均衡性。无功补偿是供电系统优化的重要内容之一，其关键在于选择合适的补偿方式，例如配电站、变电站的最佳无功补偿电路的设计等。无功补偿的主要目的是在最大程度上提高供电系统的稳定性，延长主要设备和供电线路的使用寿命，进而降低用电成本。此外，在进行无功补偿时，还要在最大程度上避免电容器被高压击穿的问题。一般地，补偿电容被击穿后，会在供电系统中增加一个串联电流，不利于供电系统的安全运行。为此，需要在补偿线路上增加一个断路器，以避免在电容击穿时产生较大的电流。在进行电路设计时，还要做好滤波电抗器和电容器的选择。

3无功补偿实现方式

（1）高压集中补偿方式。这种方式是将无功补偿装置安装在变压器的高压母线上，能够实现高压母线上无功损耗的降低，该补偿方式接线简单。（2）低压集中补偿方式。这种方式是将无功补偿装置安装在变压器的低压母线上，能够实现低压母线上无功损耗的降低，该补偿方式接线简单。（3）分布式补偿方式。这种方式的实现需要根据实际情况来确定，无功补偿装置通常情况下都会配置在工厂变电所的低压配电线路上或者低压配电母线上，具体的配置情况需要根据负荷的实际分布情况来确定，这种补偿方式的自动化程度较高，在大型工厂中的应用较为普遍。（4）就地式补偿方式。这种方式的针对性很强，补偿效果好。当某工厂存在能耗大，负荷平稳的设备时，可以直接将无功补偿设备配置在这个设备附近；这种方式也具备一定的局限性，设备成本高，且不具备普遍性，在应用时还需要与其他补偿方式相互配合。

4无功补偿技术在电气自动化中的具体应用

4.1真空断路器投切电容器

此项方法属于自动补偿方式的一种，多用于向高压线路以及高压母线前主变压器提供无功补偿，在变压器低压侧端部位安装电容器组并接入FU熔断器。在系统运行期间，随着负荷变化，电容器组执行分闸等控制指令来调整电容投入量，利用电压互感器一次绕组电阻进行放电，实现无功补偿目的。此方法有着补偿过程简单、无需在系统中加装专门放电装置的优势。根据实际补偿情况来看，真空断路器投切电容器方法存在着明显局限性，包括短路器无法实现精确控制、无法在短时间内频繁投切开关、合闸时易出现串联谐振现象等，动态补偿效果有待改善，还有可能引发断路器炸裂、电容器损坏等电气故障。对此，需要采取额外串联电抗器、选用新型双动式真空断路器等措施来改善无功补偿效果。

4.2自动采集电气设备的电流电压参数

电气自动化控制过程中，在构建出补偿控制模型后，可以实时自动采集设备电压与电流，通过观察电压及电流参数改变情况明确电力设备的运行状态，为后期电容投切方式控制提供可靠依据。既往多通过测量电压与电流之间的相位差去表示电气设备的功率因数，以上这种传统采样方式具有一定局限性，仅能在电压与电流都是正弦基波的情况下才能确保采集数据的高精准度。为规避以上问题，本课题运用三相电路瞬时无功功率检测法去测量电气设备运行中的电压及电流值。具体采集时要合理运用无功补偿器，其能及时、精准地获得无功功率数据，利用该数据阐述投入电容容量。电容容量被投入后，若电气设备的功率因数出现改变，则电流与电压均会改变，基于以上变化，能较客观地呈现出电气设备的实际运行状态。

4.3同步电机

同步电机多用于电力调度场景，在系统中配置发电机、同步调相机与电动机等设备。在系统运行过程中，凭借同步电动机转轴不带机械负载的特性，采取调整励磁电流的方法来带动所发出无功功率的变化，在线路功率因数偏低时提高励磁电流起到无功补偿作用，在线路功率因数偏高时通过降低励磁电流来吸收系统内多余无功功率，始终把无功功率因数保持在0.9～0.95区间内，避免因功率因数过低而加大线损量，或是因功率因数过高而相互抵消容性无功与感性无功。相比于其他无功补偿技术，同步电机法有着同时具备提供/吸收感性无功功能的优点，但却存在装置结构较为复杂、不易安装维护、技术难度大、响应速度慢的缺点，仅在发电厂等少数场景中得到应用。

5无功补偿技术在电气自动化中的应用策略

5.1加强用户端的管理

新时期下，无功补偿方案的应用不仅要连续提升自身技术的应用水平，也要加强用户端的管理力度，帮助更多的电力用户明确无功补偿技术应用的优势，循序渐进确立无功补偿观念，能进一步完善无功补偿的应用性能，使电力自动化系统运行稳定性得到更大保障。为达成以上目标，管理人员应加大无功补偿技术理念的宣传传播力度，全面提升用户对该项技术的认可度，进而更有效、便捷地应用无功补偿方案为广大用户提供可靠电能。

5.2运用并联混合有源滤波器

纵观国内外电气自动化系统运作情况，并联混合滤波器是控制无功补偿体系的最先进形式，这种无功补偿最大的作用在于处理因电力负荷改变导致的滤波补偿偏差等问题。新时期，我国电力系统已进入到新的发展阶段，并联混合补偿方法聚集了多种传统技术的优越性，更好地完善了电气自动化的运行工况，提升功率补偿工作效率。这种无功补偿模式能更加明显减少额定功率损耗量，协助电力企业降低电网建设成本，提升资金调配与利用效率，使电气自动化运行稳定性得到更大保障。

结束语

综上所述，无功补偿是保证电气自动化系统安全、稳定运行的关键，也是有效治理谐波污染问题的重要举措。电力企业与用电用户都需要认识到无功补偿技术的应用价值，根据项目实际情况来选择恰当的无功补偿方式，采纳制定合理无功补偿方案、应用新型潮流控制器2项策略，推动中国电气事业的健康发展。

参考文献

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