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

李钊

宁夏庆贤建筑工程有限公司 宁夏回族自治区 吴忠 751100

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；电气工程；应用策略

中图分类号：TM714

文献标识码：A

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。电气设备运行中合理运用无功补偿技术，能有效控制无功损耗、谐波等问题给输电效率带来的影响，为电气自动化发展提供可靠的技术支持。

1电气自动化中运用无功补偿技术的意义

1.1提升电压质量

长期以来，人们格外关注电力企业电压质量的实现情况，电压质量也是影响电气自动化发展水平的一个主要因素。为了能使电气设备电压质量符合规范要求，就要明确电压损失的重要意义。若电气设备运行过程中电压损失很少，就代表着电压质量较高。合理运用无功补偿技术，能有效控制电路内无功功率的传输过程，减少电压损失，提升功率，使电压质量得到一定保障。

1.2减少成本投入

现代电力企业在日常运营管理时，电气自动化处于重要地位，加大资金投入力度是实现电气自动化的基础。在无功补偿技术的协助下，企业在发展电气自动化时能减少成本投入，主要得力于该项技术能降低电路内的无功功率，这不仅能显著增加电路功率的转化率，还能增加功率因数。当功率因数提高时，变压器的实际运转效率也会有很大提升。在这样的工况下，电气设备不会对变压器提出过高的要求，提升设备运转效率。设备在这种情况下进行运输变电装置方面的支出。

1.3减少用电费用方面的支出

关于功率因数的确定问题，我国相关部门早已出台了较精准的标准规范。若用户端的整个功率因数与规定值相比很低时，就要结合实际情况，采用适宜的方法对用户进行处罚。为了节省费用支出，将电气运行损耗降到最低，就要使功率因数的科学性及合理性得到保障。

2电气自动化中无功补偿技术的应用

2.1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。例如，对电抗器的串联，将起到预防串联谐振现象出现、减小合闸时电容器组形成冲击涌流等多重作用。

2.2有源滤波器

有源滤波器是在提供电源条件下，由电流互感器采集线路电流信号，对信号加以谐波分离计算后获取谐波参考信号与开关信号，再通过信号控制单相桥，获取与线上谐波信号相匹配的谐波电流，这一谐波电流与负序电流方向正好相反，起到抵消线上谐波电流的作用。在电气自动化系统中，这类补偿装置有着不易出现谐振现象、调节速度快、完全吸收系统内谐波的优势，但装置价格较为高昂，且单套装置容量有限，不适用于大容量场景。

2.3静止无功发生器

静止无功发生器属于有源形补偿装置的一种，应用到脉冲宽度调制、电压电源逆变等新型技术，采取并联方式或经由电抗器把自换相桥式电路接入到系统当中，对电路交流侧端所输出的电压幅度、电压相位等参数进行调节控制，或是调整交流侧输出电流值，从而起到吸收以及提供无功功率的作用。根据实际情况来看，在电气自动化领域，静止无功发生器具备快速动态响应、双向补偿、占地面积小、无级调节、电容电抗容量要求宽泛的优点，可以跟踪负载冲击电流和跟踪补偿谐波电流，综合性能远超过传统无功补偿装置。例如，从无级补偿角度来看，传统补偿装置普遍采取有级补偿方法，设立3～10个级别，各级别的无功千伏安波动较大，每增减一级时变动数十无功千伏安，而静止无功发生器可以从0.1无功千伏安起进行补偿，在实质意义上做到了精确补偿。而从响应速度角度来看，静止无功发生器可以在5ms内完成响应动作，由额定容性无功迅速转换到额定感性无功。

2.4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。

2.5并联混合有源滤波器

根据使用情况来看，早期型号的有源滤波器存在容量小、难以抑制大功率非线性负载所形成谐波的局限性，实际补偿效果并不理想，应用场景有限。对此，可选择在电气自动化系统中配置新型的并联混合有源滤波器，由DSP电路模块、信号采样电路、无源滤波电路等部分组成，把有源电力滤波器视为受控电流源，在附加电感流入基波无功电流中时，仅在有源滤波器中通过谐波电流，确保有源滤波器不承受谐波电压，使并联混合有源滤波器可以被应用于大容量场景中提供无功补偿。同时，为维持稳定运行工况，也可选择在并联混合有源滤波器中加装熔断器，在检测到过电流等故障问题时，在短时间内脱离有源滤波器，由剩余的附加电感、无源滤波器继续执行补偿动作，避免在有源滤波器在脱离时对电网或电气自动化系统运行造成剧烈冲击。

结束语

新时期，我国提出了节能降耗的发展理念，将无功补偿技术用在电气自动化领域，十分契合以上理念。合理应用无功补偿技术，能显著提升电力系统的功率因数，减少供电变压器及输电线路的损耗，进而提升电能资源的利用效率，极大地改善了供电环境。后续发展中要不断完善无功补偿技术的应用过程，提升其发展水平及实际应用的稳定性，辅助增加电力系统运行效率，为社会经济发展做出更大的贡献。

参考文献

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