电力电子技术在无功补偿自动控制中的实践分析

吴毅 张莉 张土前

摘 要：将电子技术应用到实际的无功补偿自动控制中，能够有效提升设备的实际工作效率，减少设备能源的消耗，对于提升生产加工质量和效率，都有着非常积极的作用。文章提出在对无功补偿装置进行准确分析的基础上，探究电力电子技术在无功补偿自动控制中的实际应用，促使生产加工活动能够更加高效的开展。

关键词：电力电子技术；无功补偿；自动控制

1 电力电子技术与无功补偿装置概述

1.1 电力电子技术简介

电力电子技术是电力领域中非常重要的基础组成，其主要是利用一些电力电子器件，实现对电能的转换和控制[1]。将其应用在转换电能的过程中，其能够对一些较大、较小的电力进行转换，主要功能就是实现电力的转换。一般情况下，电力电子技术主要可以分为期间制造技术、交流技术两种，该技术能够应用的范围主要包括：工业的交直流电机、电化学工业、交通运输中的电气化铁道、电力系统中的无功补偿、高压直流输电、家用电器中的变频空调。该技术的应用能够解决传统技术、设备中存在的弊端，促进机电一体化产业的积极发展，保证能够更加高效地使用电能[2]。在智能化需求不断增加的情况下，当前智能化的电力电子技术，也是其当前和未来的重点发展方向。

1.2 电力系统中的无功补偿装置概述

当前很多电力系统中都会采用应用无功补偿设装置的方式，通过减少设备的磨损，减低设备的实际损耗情况，这种方式不仅能够对电网的供电环境进行有效改善，同时也可以减低变压器、输电线路的实际损耗情况，准确提升供电的效率。相对来说，这种方式是节能减耗、提升电能质量的一种有效补偿方式。

电网中应用的无功补偿装置，一般会分散安装在高低电压的并联电容器电路内，一般情况下，能够应用在电力系统中的无功补偿方式，主要有以下几种：（1）在高低压配电线路中，实现对并联电通气的分散安装；（2）集中将并联电容器直接安装在变电所中的母线上；（3）安装在车间配电屏、配电变压器的低压位置上；（4）将并联电容器安装在单台电动机位置上[3]。其中，并联电容器的实际补偿原理就是提升供电回路的因数，减小电压和电流之间的相位差，该设备有着投资少、效果好的优势。针对我国目前的实际情况来看，配电网的平均功率较低，因此，针对降低线损目标非常容易实现。而应用静电电容器作为实际的补偿元件实施无功补偿，当前主要集中在集中补偿、就地补偿两个方面，前者主要可以分为自动跟踪和固定形式，能够按照用户实际需求、配电系统自主的实施共享设计，性价比相对比较高；后者优势在于补偿效果比较好，但是由于数量比较多，容易造成安装不便，并且造价也比较高。需要注意的是，无功补偿装置的安装、维护和运行都相对比较简单，但是其作用过程一般无法实现持续发展，加上容易受到一些谐波的干扰，电容器非常容易出现烧毁的情况。因此，需要避免过度使用无功补偿方式，保证其能够发挥出应有的作用。

现阶段在电力系统中无功补偿的种类，主要可以分为以下3种：（1）机械旋转类的无功补偿，该种补偿器是应用最为广泛的一种设备[4]；（2）静止类的无功补偿装置；（3）复合类的无功补偿器。

2 无功补偿的实际作用

2.1 保证系统电压质量

按照能量守恒的相关原则对电力系统进行分析，可以了解到电力系统发出的电能质量在整体上是不变的，其会严格地遵循能量守恒规律。但是一旦在电力系统的实际运行中出现一些无功的功率，就会造成电力系统的电压出现降低情况，不能够继续为各种用电设备提供适合、稳定的电能。按照能量守恒原则，在这种情况下，能够被设备有效利用的电能就会减少，不仅出现电能浪费的情况，同时造成设备的运行效率也会受到一定影响[5]。将无功补偿的自动化装置应用到电力系统中，通过发挥出其自动化的优势，不仅可以有效减少甚至是避免无功功率的出现，提升系统的电压，同时也可以结合对应的全新电力电子技术，保证电压的实际质量。

2.2 提升电网利用效率

在电网的实际运行过程中，如果出现了功率因素提高的情况，则说明系统中的有功输出出现了增加的现象，在同样的容量下，出现了这种有功功率增加的情况，就意味着负载增加，造成电网中电能的利用率降低。不仅浪费了一定的电能，同时也增加了电网系统的实际运行成本[5]。将无功补偿装置应用到其中，在相同的容量下，能够有效提高有功功率，保证电能能够更加充分的被利用，实现资源的合理利用同时，也有效降低了系统的运行成本。

2.3 避免用户受到罚款

有用户终端设备出现了大量无功功率的情况，会直接对整个电力系统供电质量产生影响，而按照国家电力部门制定的相关规定可以了解到，当用户终端产生过多的无用功时，会受到电力部门的罚款。因此，在实际的用电设备中准确安装无功补偿装置，能够帮助用户避免遭受对应的罚款。

3 电力电子技术在无功补偿自动控制中的实际应用

3.1 自动投切实际应用

3.1.1 复合开关

该装置的基本原理就是将可控硅开关中的并联实现交流接触，保证电流过零时能够及时切断与电压过零的导通，确保符合开关在断开、接通时不仅可以利用开关有效抑制涌流，并且保证在正常接通情况可以实现无功耗。复合开关对于电容器的实际补偿切除、执行投入过程中，主要存在两种功能方式：单向分补复合开关、三相共补复合开关[6]。在以往的无功补偿中，不同方式的应用环境存在一定区别，前者主要是应用在一些功率因素较大、负载相差较大的环境中，后者更加适用在低压补偿中，其主要是应用在功率因素比较接近的电网网络中。但是一般情况下由于需要考虑对应的经济、实用因素，通常会采用二者结合使用的方式。

3.1.2 机械接触器

针对投切的装置来说，电容器组投切主要是通过接触器实现，这种形式是最早期的一種形式，将其应用在实际的工作中，最初电压实际上为0，而当合闸涌流到合闸的一瞬间，会产生超出额定功电流十几倍甚至是几十倍，对于电网的运行安全、电容器的使用都有着不利影响。因此，通过不断地研究，结合对应的电力电子技术，发明了一种专门应用在电容器组上的基础器件，通过限流电阻抑制涌流现象的出现，实现对涌流的有效控制，保证无压降以及无损耗。

3.1.3 無触点晶闸管

基于电容器组的持续运行，及时实现了对涌流的有效控制，但是一旦出现涌流现象就会造成接触器触头上的粘结盒出现烧毁情况，这对于装置的使用寿命，有着非常不好的影响[7]。在电力电子技术的快速发展过程中，出现了一种继电器，也就是无触点晶闸管，该装置的优势主要体现于，在电网中电压为0时，装置就可以利用可控硅电流过零自动断开的特点，实现自动的控制，并且不会造成拉弧的情况出现，能够有效避免电容器在投切中出现触头粘结、烧毁等问题，有效提升了电容器的使用寿命。但是该装置也存在一些比较明显的不足，如在电容器运行中，会存在0.7 V的解压降出现在可控硅导通后，产生谐波电流，对电容器的正常运行造成一定影响；在其工作的过程中，会产生大量的热能，造成装置的温度过高，对装置的使用寿命造成一定影响。虽然一些装置中会安装降温风扇，但是由于风扇使用期限非常有限，功耗比较大，因此并不能解决装置热能较大的问题。

3.2 电路仿真

在计算技术快速发展的过程中，电路的设计可以在计算机、仿真技术的辅助下完成。电路仿真主要包括对主电路、控制电路的仿真。主电路主要是由两物体并接形成的，这两个物体为反并联晶闸管、交流接触器触头[8]。举例来说，某个供电系统中，通过使用交流接触器投切电容的方式实现仿真，对于三相电源来说，主要采用星形接法中性点实现内部的直接接地，保证电压能够实现有效的降低。而在实际的应用过程中，触头出现弧现象一般是由于使用了交流接触器投切，对波形的反应形式为瞬间尖峰，在电容投入到其中时，瞬间涌流一般是定额电流的八倍左右。可见，输电线上总电流由于补偿装置的出现而变小，实现了降低损耗的目标。

4 结语

针对无功补偿自动控制来说，有效地应用电力电子技术能够保证无功补偿水平实现有效提升，促使无功补偿能够实现更好的发展。同时，应用电力电子技术还可以保证更加快速、精确地实现电力系统无功补偿，促使控制系统朝着自动化、智能化的方向进一步发展，进而提升无功补偿工作的效率。这不仅是保证电力系统能够稳定、持续运行的基础，同时也是有效提升电能质量的重要基础。

[参考文献]

[1]章正倩.电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用[J].南方农机，2020（18）：144-145.

[2]孙锌洋，史振.电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用[J].汽车实用技术，2020（14）：143-145.

[3]史丹.电工电子技术在无功补偿自动控制中的运用[J].现代制造技术与装备，2020（7）：202-203.

[4]蔡志涛.电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用探讨[J].信息记录材料，2020（6）：202-203.

[5]吴蔚.电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用[J].电子制作，2019（22）：64-65，70.

[6]张俭.电工电子技术在无功补偿自动控制中的运用[J].时代农机，2019（10）：70-71.

[7]范玫瑰，杜静.无功补偿自动控制中电力电子技术的应用[J].企业技术开发，2019（7）：68-70.

[8]曾文梅.电工电子技术在无功补偿自动控制中的运用[J].现代工业经济和信息化，2018（18）：78-79.

（编辑 傅金睿）

Practical analysis on automatic control of reactive power compensation based on power electronics technology

Wu Yi， Zhang Li， Zhang Tuqian

（College of Science and Technology， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract：The application of electronic technology in the actual reactive power compensation automatic control can effectively improve the actual working efficiency of the equipment and reduce the energy consumption of the equipment. It plays a very positive role in improving the quality and efficiency of production and processing. Based on the accurate analysis of reactive power compensation device， this paper probes into the practical application of power electronics technology in reactive power compensation automatic control， and promotes the production and processing activities to be carried out more efficiently.

Key words：power electronics technology； reactive power compensation； automatic control