新时期电气自动化中无功补偿技术的应用研究

庄雨霞

引言：在我国科技与经济快速进步的同时，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，各种各样的生产及科技领域中都应用了电气自动化技术。无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，有助于达到节能减排的目标。本文通过对分析无功补偿的运行原理及其应用类型进行分析，并提出了技术优化建议和对其应用发展趋势进行展望。

一、引言

目前，电气自动化在众多行业领域的深入，社会经济水平的不断提高，引领人们探索高新技术促进其高速发展。电气自动化系统往往受到复杂的单相电力负荷变化的影响，而作为电气自动化快速发展的关键手段，无功补偿技术的应用，对于我国倡导发展绿色GDP有着非凡的意义。

二、无功补偿的运行原理简述

所谓无功功率，一般应用在电路电场和磁场中的交换作用，并可在电气设备中应用，形成可维持磁场的有效功率。实际上，无功功率并不对外做功，而是转变为另外一种能量形式。一般情况下，如果电气设备中具有电磁线圈，并且涉及到磁场的作用，就会消耗部分无功功率。所谓无功功率补偿，就是在用户变电所或在用电设备等处装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和降低配电线路的成本节约电能，保证电网安全稳定和经济地运行。

三、电气自动化中无功补偿技术应用的常见类型

我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，这些无功补偿技术主要有：

3.1、真空断路投切电容器

此设备简单且投资小，但是在合闸的时候会产生过高的电压。容易导致设备发生损坏，而且对于这个设备，不能有过于频繁的投切，因为它受到开关寿命的限制。

3.2、可控饱和电抗器

这个设备是通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的电流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消从而达到平衡点。此设备的特点是可以再电气自动化系统中长期投入。但是它会产生谐波噪声较大，对设备来说也会产生一定的损耗。

3.3、有源滤波器

此设备是的使用目的是让电力电子装置负产生与负序电流和谐波电流相反的电流，使得其满足电源的要求，互相抵消。这种方案的有着调节速度快、补偿灵活、不会和系统产生谐振现象等优点。

3.4、固定滤波器、电容器和电抗器的调压

这个设备通过连接低压母线上的电抗器或者滤波器、调节降压变压器的低压侧母线电压来调节。以达到改变无功出力的目的 这个过程的实现是通过加装晶闸管分接和通断开关来调节，实现提供稳定的无功功率并实现滤波作用的。

3.5、有源滤波器和无源滤波器

这个设备是以有源滤波器产生的电流和负荷中谐波电流进行中和，相互抵消，最终达到满足电源要求。其特点是充分利用了有源补偿和无源补偿的可控性和灵活性。

四、无功补偿技术应用优化及发展趋势

无功补偿技术在电气自动化中的应用电能的稳定性和安全性是评价电能质量的重要指标，是评价供电设备系统质量优劣的重要指标。而电压又是影响电能稳定性的重要内容，因此说电能稳定性通常就是说电压的稳定性。铁路交通用电由于都是滑动接触进行电力的传输的。在设备的接触处经常会出火花等，影响电力使用的安全性。消除火花解决这种安全威胁问题也与要用到电力系统的无功补偿技术。变压器的阻抗和接触网的大小不同，也严重影响着电力系统的稳定性和安全性。

4.1、电气自动化中无功补偿技术存在的问题

当前电气自动化中无功补偿技术的应用存在的问题主要包括以下三个方面：一是无功向配电网倒送，这在很大程度上增加了早期的无功补偿装置为静电电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。并联电容器补偿至今仍是一种主要的补偿方式，应用范围很广。同步补偿器实质是同步电动机，当励磁电流变化时，电动机可随之平滑地改变输出无功电流的大小、方向，对电力系统的稳定运行很有好处。但同步补偿器成本高、安装复杂、维护困难，使其应用受到限制。目前广泛应用的是结合了电力电子技术的静止型无功补偿装置。

4.2、无功补偿与电力电子技术的结合方式

一是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短（Ls级），所以能够准确地选择电容投切的角度，实现零电压导通，避免了涌流的产生，提高了电容器使用可靠性和电力系统的稳定性。二是作为无功输出的调节开关.正是由于电力电子器件的高开关频率，可以方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。

三是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来补偿无功，如静止调相机（STATCON）和有源滤波（APF）。

在无功补偿技术中，就地补偿是效果最为理想的一种，但因负载具有分散性大、数量多的特点。要求无功补偿装置体积小、成本低、操作方便、易于维护和安装，而且必须能进行动态补偿。在无功补偿技术发展的初期受技术所限，动态补偿一直未能很好得到发展。近三十年来，随着电力半导体器件和电力电子应用技术的发展，很好地解决了这一问题。TSC和TCR是目前使用最为广泛的两种装置。

4.3、无功补偿的技术应用优化

无功补偿容量的优化法则是从网损最小、年运行费最小、年支出费用最小的观点，求出最佳补偿容量的算法，以及在考虑负荷沿线分布情况下，求得最佳补偿容量和补偿位置的算法。这些算法的共同特点：当求得所要求的量值的数学表达式以后，采用求函数极值的方法，来求得补偿容量和位置的数学表达式。从数学的观点来看，是一些古典的算法，故将其称为经典优化法。时至今日，这种方法仍被用在确定网络补偿容量和位置的实践中。

4.4、无功补偿技术的发展趋势

根据用户对无功补偿技术要求的变化情况，未来的技术发展方向主要呈现以下几大发展主流趋势：一是在低压供电系统的无功功率补偿领域内以无涌流电容投切器为代表的智能控制型装置，是下一阶段的主流趋势；二是静止无功补偿领域内sVG三相桥式变流装置，将是人们研究的重点方向；三是新型的动态抑制、无功补偿电力电子装置电力有源滤波器向大容量、高频化方向发展，是最有前景的方向；四是电力系统输配电技术领域内UPFC技術装置综合潮流控制器，是最新的方向。

结束语

综上所述，无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，提高电力网络的功率因数，应用合理的补偿装置，减少电网电压波动和限制电网谐波的产生。将无功补偿技术应用到电气自动化当中时，应当时刻结合电气自动化系统的具体情况，对不同的系统进行对号人座，根据系统自身的特点和系统功能的要求选择恰当的无功补偿技术。

参考文献

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（作者单位：顺特电气设备有限公司）