電氣自動化中無功補償技術的應用研究

劉旭東

摘 要：科技的發(fā)展幫助了自動化技術走向成熟，但是電氣自動化技術本身也仍然存在著單相電力牽引符合變化復雜的缺點，這就在一定程度上影響了電氣化系統(tǒng)的經濟效益。電氣自動化采用無功補償技術，不僅可以提高供電質量，減少電能損耗，而且可以提高電氣自動化技術的經濟性與安全性。本文將重點討論電氣自動化中的無功補償技術。

關鍵詞：電氣；自動化；無功補償技術

一、無功補償技術概述

電氣自動化中的無功功率補償，是通過對無功功率的調節(jié)控制來實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)綜合性能的提高。無功補償技術主要涉及了系統(tǒng)需求和用戶需求兩個方面的內容，利用無功補償技術能夠對系統(tǒng)中的電能質量存在的一些問題實現(xiàn)調節(jié)、緩解或者解決。無功補償技術主要包含兩大部分：電壓支撐和負載補償。電壓支撐的主要作用是盡量減少電網系統(tǒng)中輸電線路上存在的電壓波動，利用無功補償技術能夠提高電網輸電系統(tǒng)中有功功率的最大傳輸能力，進而提高整個電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。負載補償?shù)闹饕饔檬翘岣唠娮庸╇娤到y(tǒng)中的電網功率因數(shù)，平衡交流供電系統(tǒng)中產生的有功功率，電網系統(tǒng)中利用無功補償技術能夠有效的降低整個電網系統(tǒng)的電損耗，對電網的供電環(huán)境完成改善。自動化技術的發(fā)展，使得無功補償設備成為了電力供電系統(tǒng)的必須設施，合理的無功補償裝置的利用能夠最大化的減少電網的損耗，提高電網的供電質量。

電網系統(tǒng)在進行電能輸出的時候會產生無功功率和有功功率。電能通過純電阻會轉換成其他形式的能，例如熱能，當電能通過純感性負載或者純容性負載時，由于發(fā)生能量轉換，電能實際上并沒有做功，即未造成電能損耗，所以產生的是無功功率。電能完成能量轉換之后為電氣設備做功創(chuàng)造了很好的條件，并且這種能量轉換具有一定的周期性。然而，實際的電氣系統(tǒng)中并不存在純感性或者純容性的負載元件，當對這些負載通過電流的過程中就會不可避免的出現(xiàn)部分電能的做功，此時產生的是有功功率。

由于在同一個電路中的電感電流與電容電流總是以相反的方向工作，當工作的電路中并聯(lián)上著具有感性負載和容性負載的時候，能量就會在兩種負載之間相互轉換，即容性負載能夠吸收感性負載釋放的能量，反之亦然。在一個電路之中，在原有電磁元件的基礎之上在有比例的添加若干電容性元件，就會實現(xiàn)感性電流與容性電流之間的抵消，這在一定程度上促進了電能做功的能力，其實質就是電容負載提高了系統(tǒng)的無功功率，這也就是無功補償技術的基本技術原理。

二、電氣自動化中無功補償技術的意義

我國的機電專業(yè)發(fā)展已經實現(xiàn)了一體化的形式，電氣自動化更是成為了電力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。由于發(fā)展的刺激，電氣自動化的無功補償技術的應用已經逐步深入到了電力系統(tǒng)的各個領域之中，成為了電氣產業(yè)的重要支柱，有著遠大的發(fā)展意義。

電氣自動化的無功補償技術能夠處理低壓電網和高壓電網之間流動電壓不穩(wěn)的問題，在一定程度上實現(xiàn)了電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了整個電網系統(tǒng)的安全，同時電網作業(yè)的工作質量也隨著安全性的提高而提高。根據(jù)具體的作業(yè)條件，在電網系統(tǒng)上配置適當?shù)碾妷赫{壓器，通過無功補償技術的應用使得電網輸電能力得到提升，也增強了系統(tǒng)的抗干擾性。

電氣自動化系統(tǒng)利用無功補償技術不僅能夠提高整個電網系統(tǒng)的功率因數(shù)，同時也能夠提高負載的功率因數(shù)，這就能夠最大化地降低電氣設備所消耗的電容量，減少了經濟損失。

三、電氣自動化系統(tǒng)中無功補償技術的應用

電能質量是整個電力系統(tǒng)的性能指標，而電壓因素是衡量電能質量的重要標準，通過無功補償技術可以控制整個電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，正是由于這一優(yōu)點的存在使得無功補償技術廣泛應用于電氣自動化系統(tǒng)中。

下面列舉幾個電氣自動化系統(tǒng)中的無功補償應用。

無功補償技術應用在真空斷路器投切電容器中，這種技術一般不需要專有的放電裝置，其放電過程是通過電壓互感器的一次繞組放電。由于電壓互感器工作在高壓母線上，為了防止高壓對電容器造成擊穿，電容器組中會配有一些熔斷器作為系統(tǒng)的保護電路。由于電容器組的合閘過程會生成沖擊涌波，串聯(lián)適當?shù)碾娍蛊骺梢詫崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)的無功功率進行補償，有效提高了系統(tǒng)的電力功率因數(shù)。這中應用的最大優(yōu)點是投資少經濟效果好，其主要缺點就是合閘過程瞬間出現(xiàn)的涌流或者高壓可能造成設備的損壞。

無功補償技術應用在有源濾波器和無源濾波器中，無功補償技術在有源濾波器中主要通過電流互感器完成對直流線路上電流的采集工作，將采集所得的信號進行諧波分離處理后，便得到了能夠作為調制信號的諧波參考信號，根據(jù)技術原理完成信號處理就會生成諧波電流，并且能夠產生與負荷電流中諧波分量大小相等、相位相反的電流來完成諧波電流抵消工作，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)中的動態(tài)跟蹤補償功能。無源濾波器主要是利用了感性元件和容性元件的組合原理，通過為諧波電流提供旁路通道，具有濾除某一次或者多次諧波的作用。有源濾波器的相對工作效果優(yōu)于無源濾波器，在濾除多次及高次諧波的同時并不引起諧波振蕩，其最大缺點是價位較高。這兩種濾波器在電氣自動化產業(yè)中具有很好的可控性和靈活性，其缺點是尚未得到深入的開發(fā)與推廣，我國自動化設備的非線性因素不斷增強和電力牽引負荷的不斷復雜化對這種應用提出了更高的技術要求。

無功補償技術應用在變電站和配電線路中，變電站主要是利用不同等級的配電線路完成電力的供應，其電力分配原則是“分級”、“平衡”。配電線路在整個電網中的數(shù)量較多，對其采用無功補償技術能夠降低配電線路的功率損耗。配電線路在作業(yè)過程中應該滿足無功功率的平衡狀態(tài)，為了避免影響變電站的無功輸出，利用無功補償技術能夠實現(xiàn)系統(tǒng)負載輸出端的無功損耗。

由于無功補償技術產品的性價比問題，目前廣泛應用于電氣自動化系統(tǒng)中的仍然是靜止補償器。無功補償在電氣自動化系統(tǒng)中仍然需要向著智能化的方向發(fā)展與推廣。大功率的電子元件的發(fā)展趨勢勢必提高未來功率器件的性能容量，通過有源濾波器進行諧波控制、應用交流輸電系統(tǒng)進行無功補償，在電氣自動化領域有著廣泛的發(fā)展

方向。

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