無功補償技術在電氣自動化中的應用

軻斌 趙乾

摘 要：無功補償技術是電力系統重要的節能技術，通過降低電力網絡和變壓器的損耗，有助于達到節能減排的目標。本文概述了無功補償的原理并對無功補償技術在電氣自動化中的應用進行了分析。

關鍵詞：無功補償；電氣自動化

引言

在我國科技與經濟快速進步的同時，電氣自動化領域也發生著日新月異的變化，供電、高鐵等領域中都應用了電氣自動化技術。所謂無功功率，一般應用在電路電場和磁場中的交換作用，并可在電氣設備中應用，形成可維持磁場的有效功率。實際上，無功功率并不對外做功，而是轉變為另外一種能量形式。一般情況下，如果電氣設備中具有電磁線圈，并且涉及到磁場的作用，就會消耗部分無功功率。所謂無功功率補償，就是在用戶變電所或在用電設備等處裝設無功功率電源，以改變電力系統中無功功率的流動，從而提高電力系統的電壓水平，減小網絡損耗和降低配電線路的成本節約電能，保證電網安全穩定和經濟地運行。

1.無功補償技術在電器自動化中的發展類型

我國對電氣自動化中的無功補償技術做了很多深入的研究，這些無功補償技術主要有：

1.1 真空斷路投切電容器

此設備簡單且投資小，但是在合閘的時候會產生過高的電壓。容易導致設備發生損壞，而且對于這個設備，不能有過于頻繁的投切，因為它受到開關壽命的限制。

1.2 可控飽和電抗器

這個設備是通過對電抗器飽和程度的調節來改變整個回路的電流，主要讓并聯濾波器中的多余容性無功功率被感性電流抵消從而達到平衡點。此設備的特點是可以再電氣自動化系統中長期投入。但是它會產生諧波噪聲較大，對設備來說也會產生一定的損耗。

1.3 有源濾波器

此設備是的使用目的是讓電力電子裝置負產生與負序電流和諧波電流相反的電流，使得其滿足電源的要求，互相抵消。這種方案的有著調節速度快、補償靈活、不會和系統產生諧振現象等優點。但是其設備的價格比較昂貴。

1.4 固定濾波器、電容器和電抗器的調壓

這個設備通過連接低壓母線上的電抗器或者濾波器、調節降壓變壓器的低壓側母線電壓來調節。以達到改變無功出力的目的 這個過程的實現是通過加裝晶閘管分接和通斷開關來調節，實現提供穩定的無功功率并實現濾波作用的。

1.5 有源濾波器和無源濾波器

這個設備是以有源濾波器產生的電流和負荷中諧波電流進行中和，相互抵消，最終達到滿足電源要求。其特點是充分利用了有源補償和無源補償的可控性和靈活性。

2.無功補償的應用策略趨勢

無功補償技術在電氣自動化中的應用電能的穩定性和安全性是評價電能質量的重要指標，是評價供電設備系統質量優劣的重要指標。而電壓又是影響電能穩定性的重要內容，因此說電能穩定性通常就是說電壓的穩定性。鐵路交通用電由于都是滑動接觸進行電力的傳輸的。在設備的接觸處經常會出火花等，影響電力使用的安全性。消除火花解決這種安全威脅問題也與要用到電力系統的無功補償技術。眾所周知影響電力機動車輛的功率因數的因素來自于電力接觸網、牽引機動車的電網的無功功率因數以及變電所對電力的瞬間穩定性能的調控能力這三方面的因素。同時變壓器的阻抗和接觸網的大小不同，也嚴重影響著電力系統的穩定性和安全性。例如在電力機車上安裝過濾電磁波的裝置可有效的減小外來電磁干擾，對機車的功率因數和機車穩定性的提高會起到很大的作用。

2.1 電氣自動化中無功補償技術的應用存在的問題：

當前電氣自動化中無功補償技術的應用存在的問題主要包括以下三個方面：一是無功向配電網倒送，這在很大程度上增加了早期的無功補償裝置為靜電電容器和同步補償器，多用在系統的高壓側進行集中補償。并聯電容器補償至今仍是一種主要的補償方式，應用范圍很廣。同步補償器實質是同步電動機，當勵磁電流變化時，電動機可隨之平滑地改變輸出無功電流的大小、方向，對電力系統的穩定運行很有好處。但同步補償器成本高、安裝復雜、維護困難，使其應用受到限制。目前廣泛應用的是結合了電力電子技術的靜止型無功補償裝置。

2.2 無功補償與電力電子技術結合的方式：

一是作為投切電容器的開關。因為電力半導體開關的響應時間短（Ls 級），所以能夠準確地選擇電容投切的角度，實現零電壓導通，避免了涌流的產生，提高了電容器使用可靠性和電力系統的穩定性。二是作為無功輸出的調節開關.正是由于電力電子器件的高開關頻率，可以方便地控制電容器電流的導通角，從而實現無功的連續調節，快速跟蹤負載無功的變化。三是引入電力電子變流技術，將變流器作為無功電源來補償無功，如靜止調相機（STATCON）和有源濾波（APF）。

2.3 無功補償技術在電氣自動化中的應用過程中主要要考慮設計和裝置兩個方面：

無功補償設計過程中，首先要選擇合適的電動機、變壓器數量與容量來降低線路感抗 t 同時可采用同步或空歇式設備來提高自然功率系數，再使用低壓部分低壓補償，高壓部分高壓補償方式并聯電力電容器裝置達到無功補償的標準要求。常用的無功補償裝置有 MSC（機械型投切電容器），TSC（新型電子信息裝置）或 MSC+TSC（交流接觸器與晶閘管裝置）等。在選用專職是尤其要注意分析用戶用電負荷及其特性，如用電負荷小而平穩時，適用 MSC 裝置；用電容量大且含有大量沖擊性負荷時，適用 TSC 裝置；而含有動力負荷的區域最好使用 MSC+TSC 裝置。

2.4 無功補償的優化：

無功補償容量的優化法則是從網損最小、年運行費最小、年支出費用最小的觀點，求出最佳補償容量的算法，以及在考慮負荷沿線分布情況下，求得最佳補償容量和補償位置的算法。這些算法的共同特點是：當求得所要求的量值的數學表達式以后，采用求函數極值的方法，來求得補償容量和位置的數學表達式。從數學的觀點來看，是一些古典的算法，故將其稱為經典優化法。時至今日，這種方法仍被用在確定網絡補償容量和位置的實踐中。

結束語

無功補償技術是電力系統重要的節能技術，通過降低電力網絡和變壓器的損耗，提高電力網絡的功率因數，應用合理的補償裝置，減少電網電壓波動和限制電網諧波的產生。將無功補償技術應用到電氣自動化當中時，應當時刻結合電氣自動化系統的具體情況，對不同的系統進行對號人座，根據系統自身的特點和系統功能的要求選擇恰當的無功補償技術。

參考文獻

[1]劉玉杰，周博.淺述我對無功補償的認識Ⅱ.科技信息（科學教研）.2016（23）.

[2]謝常華.電氣自動化的發展[J].企業導報，2016（11）.

（作者身份證：1.軻斌身份證號210922198203260017；2.趙乾身份證號211402199101222610）