電工電子技術在無功補償自動控制中的運用

曾文梅

（常州工程職業技術學院， 江蘇 常州 213164）

引言

無功功率會導致輸變電設備的供電能力受到制約，增加電能損耗，不僅給電力企業帶來了直接的經濟損失，同時嚴重影響電網運行安全。無功功率補償是電力企業采取的有效應對措施，在改善供電環境、保障電網安全和提高供電質量等方面發揮著重要作用。

1 電網系統中無功補償的原理及作用

1.1 無功補償的原理

電網輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率。像白熾燈、電熱器類的電氣設備，電路上電壓與電流同相位，獲得的有功功率P等于電壓U和電流I的乘積。但是，用電設備中會有許多電感性設備，如電動機和變壓器等。在運行時需要建立磁場，因此所消耗的能量不能轉化為有功功率，被稱為無功功率Q。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，是有功功率和無功功率的矢量和，即：S=，無功功率，有功功率與視在功率的比值為功率因數：cosφ=P/S。無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降。故需對其進行就近和就地補償。電流在電感和電容元件中作功時，在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，就可以使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。因此在感性電路上并聯電容器可補償或平衡電氣設備的感性無功功率。

1.2 無功補償的作用

電網在實際工作過程中，正是因為許多設備的電力負荷是感性負荷，在電網中有許多設備都會吸收無功功率。針對這樣的情況，無功補償裝置便顯得非常重要，它能夠有效控制電網的感性負荷，進而在具體的無功補償過程中控制設備的能源損耗。電網無功補償的位置大多數都是在低壓、高壓并聯的電容器電路之中，并聯電容器的安裝位置主要在變電站的總體線路之中，安裝并聯補償電容器是最為重要并且無法替代的方式。由此可見，在具體的無功補償過程中，并聯無功補償電容器普遍是在變壓器的低壓位置或者是配電屏低壓位置上，必要時，也可以安裝在單臺發動機中。在安裝過程中，需要關注電力負荷是否有較低的狀況，杜絕無功補償過度的情況。

2 電工電子技術在電力系統中的應用

2.1 自動啟動中的應用

隨著電工電子技術中的功率管、功率開關管等元件的廣泛應用，以及SP、單片機等微處理器的應用也在不斷普及。這些新技術、新設備的投入使用，為實現無功補償的自動控制提供了基礎條件。例如，可以使用補償電容代替傳統的電容器，以實現對電路中涌流的控制和消解，還可以安裝控制補償器，以保證整個自動控制系統的功能更加完善。除此之外，電工電子技術的應用，還使得自動啟動相關設備、元件的體積變小、功率升高，這樣就進一步縮短了自啟動時間，電力系統的運行效率也會進一步提升。

2.2 發電環節中的應用

許多設備與電力系統的發電環節都有緊密的聯系。對此，這些設備的工作狀態對于整個電力系統的發電也有明顯的影響。作為非線性控制理論，可控硅靜止勵磁是一種無功補償中的全新理念，由于采用了信息化控制系統，在整個發電環節可以保證系統運行穩定性，避免電壓波動帶來的負面影響，對提升電能質量有明顯作用。發電環節的電工電子技術，主要應用于主電路和調節電路兩方面，其中主電路系統與常規電力系統一致，調節電路一般是由采樣、對比、放大和觸發四個結構構成。

3 電網系統中無功補償自動控制技術的應用

3.1 機械式接觸設備

利用電工電子技術實現無功補償設備開關的自動化控制，有多種實現方法。本文介紹的基于并聯電容器的開關完成無功補償控制方式，具有兩方面的應用優勢：其一是在輸入補償階段，電路中電壓初始值不高，這樣就方便進行低壓操作，減少無功功率；其二是電容器很少出現涌流現象，無形中延長了設備使用壽命，經濟效益明顯提升。但是當電力系統中電壓出現異常波動時，會出現涌流激增現象，可能會影響供電質量。為了解決這一問題，需要引入機械式接觸設備，同時采用并聯方式，在機械式接觸設備之后增加電容組。這樣通過組合控制，既可以達到控制涌流的目的，又能夠減少電壓波動影響，對提升無功補償自動控制水平有積極作用[1]。

3.2 無觸點晶閘管

在以往無功補償控制中，主要的措施是控制并聯電容器組的涌流現象。但是在實際工作中，容易受到多種因素的影響，導致實際控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出現涌流問題，輕則導致電路中相關設備和線路燒毀，嚴重時還會造成局部電網癱瘓。基于電工電子技術的無功補償自動控制，使用無觸點晶閘管代替繼電器，將無功補償自動控制風險降到最低。通過實際觀察，無觸點晶閘管的優勢在電路電壓突降為0時，能夠控制可控硅開關自動斷開，這樣就切斷了電壓突降對其他線路及設備的破壞影響，避免了拉弧問題。但是無觸點晶閘管在應用中還存在一些不足之處，需要在無功補償自動控制運用中加以改進。

3.3 復合開關

通常情況下，可控硅開關與交流接觸器并不直接相連，在無功補償自動控制中，復合開關則發揮了連接作用，實現了可控硅開關與交流接觸器的并聯。其作用是在電流過零時，能夠確保可控硅開關可以第一時間斷開，這樣就達到了保護電網系統的目的，同時也間接了減少了無功損耗。但是大量的實驗證明，復合開關在實際應用中，由于電網中涌流的存在，經常會出現無法有效或及時開關的情況，為了保證復合開關在無功補償自動控制中發揮實際作用，需要對復合開關進行優化。首先，根據電力系統組成和無功補償自動控制需要，科學選擇復合開關。目前主流的復合開關有兩種，分別是單相分補復合開關和三相共補復合開關。對于多數低壓無功補償來說，使用三相共補復合開關即可符合要求。但是對于三相負載不平衡的情況，就必須考慮使用單相分補復合開關。其次，無論使用哪種復合開關，都需要考慮經濟成本問題，既要確保電路無功補償達到預期效果，又要維護電力企業自身經濟利益，實現兩者的平衡。

3.4 電路仿真

電路設計是電工電子技術在電力系統中的一項重要應用，但在以往的電路設計中，電工電子技術只是發揮了輔助作用，完成設計任務后還是要按照設計圖搭建實際電路。如果設計存在問題，仍需要完成電力系統安裝后才能發現，無形中就造成了資源的浪費。隨著電工電子技術的不斷革新，電路仿真成為電力系統設計與檢驗的重要技術。在計算機虛擬環境下搭建電路，然后仿真運行，就可以提前發現電力系統中存在的問題，進而進行修改和完善，在確定不存在問題后，再進行電力系統的建設。電路仿真也可以應用到無功補償自動控制中，對提升自動控制效果和降低線網損耗有顯著作用。

4 結語

無功功率廣泛出現在電力生產和運輸過程中，為了降低無功功率帶來的損害，電力企業在無功補償方面的研究從未停止。當前無功補償自動控制技術尚有一定缺陷，這就需要在今后的技術發展中，要不斷進行技術與設備的創新，更好地發揮無功補償自動控制的應用優勢。