無功補償技術在電氣自動化領域中的具體應用

陳海燕

摘要：隨著互聯網技術的發展與普及，當今社會的許多行業基本實現了生產自動化，而電力行業作為我國市場中的重要部分，也正在努力發展并逐步實現自動化。其中，無功補償技術這種新型技術的應用，為我國電力行業實現電氣自動化發揮了重要的助推作用。文章主要以無功補償技術的關鍵技術作為切入點，深入探討了無功補償技術在電氣自動化中常見的應用方法，并對其具體應用形式進行了歸納。主要目的在于推進無功補償技術在電氣自動化中的應用，并在當前基礎上進行技術、應用方法和應用形式的創新拓展。

關鍵詞：無功補償技術；電氣自動化；創新拓展

隨著科技的不斷進步創新，我國包括電力行業在內的許多行業，逐步實現生產自動化。但是在實現自動化的過程中，特別是在電網運行過程中，提高電網運行的效率和質量也是重點。目前，我國電力運營在主要有低壓網、高壓網、中壓網3種模式，而其中低壓網和高壓網運行中的穩定性是解決的重點。因此，對電力行業來講，如何保障低壓網以及高壓網運行的穩定，成為當前迫切需要解決的問題。本文則針對當前電網穩定性運行問題，從無功補償的角度，探討務工補償的關鍵技術，并重點就務工補償的應用方法和具體應用形式進行了分析，以期為當前無功補償的應用提供借鑒和實際的運行參考。

1 電力無功補償的關鍵技術

無功補償技術能夠優化解決負序、無功功率問題，是電力行業重要的新型技術。無功補償技術通過提高低壓配電網以及高壓配電網的穩定性，減少電氣元件被電氣自動化過程中產生的電流所破壞，從而使電氣自動化系統能夠穩定運行。具體來說，無功補償的關鍵技術主要從電力負荷的功率因數（ Power Factor）入手[1]。

功率因數用符號cosΦ表示，是指交流電路中電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦，其數值為有功功率和視在功率（Apparent）的比值，即cosΦ=P/S.可以看出，功率因數可以通過電力設備的視在功率將大部分供給有功功率。在電力網的運行過程中，為了減少無功功率的傳輸和有功功率的損耗，應在合理范圍之內盡可能地提高功率因數，從而提高供電設備使用功能以及電壓質量。因此，在這種情況下，電壓與電流之間的相位差（Φ）為0時，功率因數為l，提高功率因數便能夠減少用電設備的無功功率需用量。

2 無功補償技術在電氣自動化中的應用方法

目前，無功補償技術常用的應用方法有斷路器投切電容器、晶閘管投切電容器、無源濾波器（LC濾波器）以及有源濾波器（Active Power Filter，APF）等。本研究則重點對上述幾種方法進行了介紹和分析。

2.1斷路器投切電容器

斷路器投切電容器優勢在于結構簡單、成本低廉、運行簡捷，而缺點是投切濾波支路在合閘時的暫態過程中會產生過電流過電壓，從而對電容器及串聯電抗器的運行造成影響。此外，切除濾波支路時，觸頭上恢復電壓較高，使開關重燃概率提升，可能會重復擊穿，導致電容器上較高過電壓而損壞設備[2]。

2.2晶閘管投切電容器

晶閘管投切電容器的晶閘管開關沒有觸點，因此操作壽命極長。由于可以精確控制晶閘管的投切時刻，因而能夠降低操作難度，提升電容器投入速度，并減少投切的沖擊電流。晶閘管投切電容器的動態響應時間通常在0.01-0.02 s，TSC能快速跟蹤沖擊負荷的突變，維持最佳饋電功率因數，進行動態無功補償，使無功補償能夠及時跟著實際需求量進行變化，降低電壓波動，從而提高電能質量并節約電能。

2.3 LC濾波器

LC濾波器是利用電感、電容和電阻的組合設計構成的濾波電路，能夠對主要次諧波構成低阻抗旁路.從而濾除諧波。這種方式的缺點是僅能對確定頻率諧波進行濾波和固定的補償。LC濾波器可分為單調諧濾波器、高通濾波器等若干種，在實際應用中，LC濾波器通常是由若干組單調諧濾波器和高通濾波器共同組成。其中，高通濾波器有一階、二階、三階和C型4種。一階高通濾波器由于電容需求高、基波損耗大，因此較少采用；二階高通濾波器的濾波性能最好，但是基波損耗比三階高；三階高通濾波器比二階的多一個電容，容量比很小，從而提高濾波器對基波頻率的阻抗，有效降低基波損耗；C型高通濾波器的C2與L調諧在基波頻率上，因此降低基波損耗。其性能介于二階和三階之間，缺點是基波頻率失諧和元件參數漂移對其影響較大。

2.4有源濾波器

APF的基本原理是利用可關斷電力電子器件產生與負荷電流諧波分量相等、相位相反的補償電流ic，從而使電源is電流接近正弦波。其優勢在于響應快、受電源阻抗影響小、沒有諧振現象等，缺點是裝置成本高。有源電力濾波器可以根據接入電力系統的不同方式，而分為并聯型有源電力濾波器、串聯型有源電力濾波器、混合型有源電力濾波器等類型。并聯型有源電力濾波器在電路中作為電流源工作，適合如帶阻感負載的整流電路這樣具有電流源性質的諧波源；串聯型有源電力濾波器在電路中作為電壓源工作，適合如電容濾波形整流電路這種具有電壓源型性質的諧波源。在實際應用中，應當針對諧波源的性質差異，合理使用不同的拓撲結構的有源電力濾波器。

3 無功補償技術在電氣自動化中的具體應用形式

綜合前文所述，在電氣自動化設備的基礎上，應用無功補償技術可以對諧波與負序開展補償工作，盡可能地降低電能損耗，從而提高供電設備容量，控制對配電系統工作中所產生的電壓。在當前我國電力行業的實際生產與傳輸過程中，無功補償技術的常見應用形式主要有以下3個方面。

3.1構建真空斷路器

真空斷路器是指在電氣自動化的實際工作過程中，通過固定晶閘管與濾波器，將兩者有機融合。這種結合體在實際應用中能夠穩定濾波器無功補償產生的電流，在較短的時間內對電氣自動化進行無功補償工作，規避非必要的電能損耗。

3.2對電能用戶的無功補償

目前應用無功補償技術對電能用戶實施無功補償時，通常使用的方法有兩種。一種方法是經過無功補償，將配電網的功率因數提高到國家相關部門所規定的標準范圍，這種方法還能使電能用戶得到更多電費補償[3]。因此，還應當對相關政策進行大力的宣傳推廣，不但實現對廣大電能用戶的無功補償，有效減少電能損耗，也加強了廣大電能用戶的節電意識，緩解當前我國用電緊張的情況。另一種方法是在電能用戶的配電網中采用無功補償技術，降低電能損耗，較大程度地減少電能資源浪費，有效降低用戶的電費支出。

3.3對回路電流的無功補償

這種無功補償方式是通過調整固定濾波器低飽和電感器內部的磁能飽和程度，改變流入回路的感性電流.使其與濾波器中剩余的電容性電流相互抵銷，從而實現電流平衡。再通過串聯濾波器與電抗器，調節變壓器的降壓按鈕，從而降低母線的電壓，最終實現無功補償。

4結語

綜上所述，對于電氣自動化而言，應用無功補償技術不僅可以提高低壓配電網、高壓配電網整體性能，還減少了電氣自動化運行中的電能損耗，保障電氣自動化系統高效低耗地進行應用。本文就當前的無功補償技術進行了全面分析和闡述，為未來的電網應用提供了參考。

[參考文獻]

[1]劉彬.無功補償技術在電氣自動化中的應用分析[J].中國新技術新產品，2016 （7）：16

[2]孔令俊.無功補償技術在低壓配電系統中的應用[J].中國高新技術企業，2015 （4）：66-67.

[3]劉振亞，張啟平，王雅婷，等.提高西北新甘青750 kV送端電網安全穩定水平的無功補償措施研究[J].中國電機工程學報，2015 （5）：1015-1022