电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用分析

焦向军

聊城市技师学院，山东 聊城 252000

0 引言

近年来，无功功率控制技术在电能生产与电力输送系统中的运用更加普遍，该技术的合理应用能有效减少设备的功率损失，在提高电能输送效益同时，又取得不错的电能生产效益[1]。电工电子手段对供电系统无功的自动控制的合理运用，可以大大提高输电变电设施的总体工作质量，有着广泛的实用性。

1 无功补偿自动控制的作用

在社会发展技术水平的日益提升下，人类对动力资源的需要不断递增，也因此人类对电力系统的效能也有了很高的需求。在这样的背景下，无功补偿自动控制被普遍地运用到供电系统上，从而保证供电系统得以有效、平稳、安全地工作，进而使设备负载减至最小化。另外，在无功补偿自动控制方式下，还能够更有效的减少电流对电力系统的损坏，进而保证了动力系统用电的稳定能力和持续时间。而动力系统在具体的实际运用中，由于用电形式是多种多样，因此其效率也会出现相应的不同程度。以热水器、白热灯等供电系统装置使用为例，其中供电系统装置的总电流与压力存在的相位时刻具有一样，此时，该电流与压力的乘积便是动力系统所损耗的总电能。不过，由于动力系统在具体的实际运行中，并不能有效地转化为电能损耗，这就无疑增大了供电系统的压力，要克服这一困难，就必须做好对动力系统的无功补偿工作，从而增强了动力系统的可靠性与稳定性。在现代无功补偿自动控制理论的帮助下，通过把电容器件布置于不同电气单元内部，可以合理地抵消额定电流，以便更良好地保护电力系统工作的可靠性和平衡性。为提高无功补偿自动控制能力，技术人员应针对具体要求，合理地设置无功补偿系统。

2 无功补偿方式

无功补偿的设备主要是利用变压器提供的各种补偿方法，变电站通常采用十kV线路，并为其分配采用的无功补偿设备。而且高集中弥补主要依靠上层提供，对下层供电不能实现可靠弥补。这时，就必须采用低压集中补偿设备，在用户负荷发生波动的情况下实现跟踪补偿，以降低供电损失，不过，其补偿额通常不准确，也不能精确掌握赔偿数量。而杆上线路弥补则是采用架空线路的设备，操作简便，也易于维修，不过，由于会收到外部的环境因素影响，为防止过量弥补和轻载的出现，通常并不采用分组。用户终端分散补偿是指一个可以就近弥补的设备，通常设立在发电机或是其他电力设备边上，由于比较适应小型装置，产生的补偿点呈离散状，不能加以聚集，而且极易受负载影响，因此总体的补偿效果较低[2]。

3 电工电子技术在电力系统中的应用现状

随着现代科技的进一步发展，电工电子技术也逐步开始广泛应用于动力系统中，并取得的效果越来越显著。根据有关的研究表明，电工电子技术在动力系统中的运用，重点集中在发电与手动系统二方面。在自动控制方面，电力工作主要是由手动调压系统、自动发电控制系统和自动平衡控制系统等组成。在发电中往往要包括许多电子设备，而这些设备的工作状态、操作效率等，将会直接关系电力系统运行的安全平稳地工作下去。人们近年又明确提出了一个新概念，即可控制硅静态励磁，重点在于利用数字化技术改善系统运行安全性与效率。综上所述，随着电工电子科学技术的进一步发展，人们坚信在不久的将来，电力系统运行会越来越良好。

4 电工电子技术与智能化技术的结合

人工的大规模使用，往往意味着管理的困难和管理制度的完善，这对于人与人之间的交流沟通具有相当强烈的需求，也很容易在管理工作流程中出现信息传达不到位的状况。但由于电工电子信息技术的产生与使用，这种问题已经得到了很好的缓解。将电工电子信息技术和计算机相结合，运用电子信息技术与移动互联网技术在大部分工作中都可以使信息沟通与互动带来方便，从而更精确地实现工作人员所下达的每一条命令。同时随着现代电子信息工程技术的加入，在电工电子信息技术的统计与测量领域都十分的迅速便利[3]。所以，电工电子技术以相当快的速率取缔了自动化，并以其最高效能来进行每一个任务。此外，将电工电子技术与遥感技术和数字化信息技术结合可帮助信息的数据处理与贮存，三者科技的交流和协作可使动力系统的正常运行中获得最佳状态，也可增强电力系统运行大负荷任务的能力。当然，电工电子设备的使用中也是不可没有人工的介入的，只不过人工的角色已经从主体地位变成了客体地位，从主要的执行人员变成了辅助人员，并利用了人力与机器的结合来实现了电力系统的智能化行为和智能化流程，使电网管理变得越来越具备科学化与技术性。

5 电力系统无功补偿应用的措施

5.1 无功补偿电力容器

从工程设计的角度来看，无功补偿式动力容器不论是装配工作，或是维修工作，都是比较简便的，只是它在实际应用的过程中，往往采用的只是流感性的无功补偿，而不能提供连续性的调整。另外，由于电力电容器的正负电效应会削弱电网电压，与此同时补充电量就会有所减弱，由于电容器的补偿容量减少，使得补充的过劳而无功率地急剧减少，再外加谐波的传动影响，因此电力电容器也会发生被破坏的现象。

5.2 无功补偿同步调相机

调相机也是自动运转的发动机，作为一种无功率因数动态补偿性设备。其运行特点是通过改变励磁功率，由容性的或感性的无功电量变化而产生。因为在同时调相机的工作过程中，设备处在正常运转阶段，所以会产生大量噪声，能量消耗也相应较多。当然，要进行对设备的保养与保护工作也是比较困难的。由于现阶段电力系统无功功率时控制的很快，而同时调相机工作速度慢，且不易控制，因此也就无法达到有效控制的要求[4]。

5.3 静止无功补偿装置

与传统电力容器和同步调相机比较，静态无功补偿设备摒弃了二者所具有的弊端，在工作过程中噪声较小，但工作速率更快。由于电力电子科学技术的迅速发展，各种新的开关元件也被研发了起来，并在静态无功补偿装置中得到广泛应用，从而达到了动态补偿效应。不过，从运营成本的角度来看，尽管静态无功补偿设备减少了安装维修的维护成本，但装置费用仍然高昂，而且还必须安装滤波集成电路。

6 电工电子技术在无功补偿自动控制领域的实际运用

6.1 无触点晶闸管的运用

尽管在实际运行的阶段，电器皿的涌流情况一般都能够得到有效抑制，可是一旦产生了涌流情况，所带来的危害却是非常巨大的，很容易造成交流设备触头的粘接盒的破坏，对电器皿的正常运行产生了干扰。在现代科研技术有效发展的大背景下，我们已经开发出无触点式晶闸管，此器件一经推出，就以其所具有的突出优点而得到了高效应用，其所体现的特点就是当电压达到的零时下，流量可以由控制器进行主动切断，防止了拉弧的情况，当然也就不至于产生了触头粘接或者破坏的情况，从而保证了电器皿的生命。不过除去上述优点，无触点晶闸管也存在某些弊端，比如，这种装置容易在通过电容器的地方产生结压降，进而形成高频谐波电流密度，对电容器的良好工作产生干扰。此外，工作过程也会产生巨大的热量，使得四周的电力设施工作温度相应增加，最后造成很多装置由于高温的情况而产生失效情况。

6.2 电路仿真

随着计算机和电工电子等科学技术的进一步发展，在电工电子电路中，可积极运用计算机进行电路仿真模拟。目前，对集成电路的仿真结果模拟主要可划分为主控电路和控制电路二个类型。晶闸管、交流接触器等一起组成的主电器系统。在具体应用过程中，一旦交流接触器发生起弧的状况，工作人员就必须迅速地对其加以投切，又或者使用无功补偿电容器改善涌流状态。由此可见，利用计算机技术不但可以建立模拟电路，还可以仿真无功补贴中电容器的具体使用效果。当对电工电子高新技术领域加以运用时，由于使用复合开关还可以实现无功补偿自动化的控制投切。同样，可以组合自动控制电路，当三相电压的所有电流均为零时，可控硅仅需0.2s的时间就可以传递电流至晶体管位置，闭合了接触器，可以在计算机的辅助下实现仿真电路模拟过程。但必须指出，它虽不能有时序上的特殊要求，但通常对晶闸管的脉冲有规定，可以有效防止在切断接触器时电网产生尖峰电流过大的情况问题[5]。

6.3 在电力系统自动启动中的应用

动力系统主要由手动发电、自动负载调节和手动平衡三种系统所构成，而近年来，由于电工电子科学技术的发展，微机工艺、微处理器、功率管、多功能开关管等新器件和工艺在也都获得了广泛的运用，这就为进行无功补偿的控制创造了基本条件。在无功功率自动补偿器的发展历程中，由于电工电子科学技术的应用，也促进了许多新兴技术的发展，例如，通过补偿继电器、补偿电容器的连接技术、并联电容器投切等的新方法，就能够达到对电网中涌流问题的有效抑制与消解。另外，由于现代科技的进展，电动计算机的所有元器件和设备的数量正逐步减小、总容量正逐步变大，可以从一定意义上克服以往电力系统无功补偿所存在的缺点，从而充分体现了无功弥补对自动设备的有效性。

6.4 在电力系统发电环节中的应用

在整个动力系统的工作环节中，许多装置都和发电环节之间有着非常紧密的联系，所以，这些装置的工作情况是不是良好，也会直接影响这整个动力系统的供电效果与服务质量。而一般来说，通过运用数字技术就能够达到对可控硅静止励磁的调整和改善，因为这样就能够减少对电流变化所造成的影响了。在整个动力系统的发电环节上，通过采用基于电工电子技术的无功补偿自动控制设备，就能够使整个发电装置的工作效果达到最优化，进而实现了减少电能浪费、达到电力系统节约能量的目的。因此，在发电过程中，所采用风机水泵的功率一般都比较高，但如果采用了变频控制，就能够很好的控制风机水泵的转速，这也能合理控制风机水泵的功率大小。

6.5 特高压主变中压侧接入补偿的电压变化分析

从补偿设备的物理特点可以得知，在注入电抗或者电容器之后，母线电压会变化，而电流变动幅度则和投入设备的总容积，以及系统短路容量有关相关。按照中国技术标准DL/T5014—2010规范，补充电气设备后该电气设备所在母接线压力的变动值不应超过该变压器所连接额定电压的百分之二点五，在主变中低压的投切补充电气设备后的压力变化波动要比五百千伏，但变动也不得超过百分之五。

6.6 采取有载调压设施

就目前情况而言，高负载调压装置一般处于无压运行的状态，但这样很容易造成供电高峰期而产生各种情况。因此现在较为普遍的使用是载调压装备，以有效保证线路电力的平稳。即使是不同负载，都能够利用调压设备实现控制，确保电工电子系统高效工作。在实际使用中，可以针对峰值和低谷期实施特别控制，达到显著的控制作用，有效减少设备损失的产生[6]。

6.7 技术选择

首先，基于补贴方案的差异，一般要求在电能自动化中或智能无功补偿技术运用中，依据不同方案的使用要求而加以选用，并要求使用目标与实际需要相符合。其次，因为三相交流电在电工及电子系统自动化电网建设和用电设施的运用中，出现了不均匀问题，且差别也比较悬殊，所以，在选用时需要遵守如下要求：①在离散补贴和集成补贴组合条件，侧重于前者；②稳定补贴和调整补贴组合条件，侧重于前者；③在低温补贴与高压电流补贴组合条件，着重于前者；④受电力设备复杂的因素，需要依据其输出功率和承受的最大负载大小，可采用与固定补偿技能、动态补偿技术等组合方法取消它们的无功功率，其优点就是能够提高补偿方法的灵敏度，从而降低投资;同时，利用动态补偿技术能够提高设备检测功能、提高对其无功功率控制的跟踪补偿、最终实现了电工电子系统运行效能和劳而无功补偿效能的双重提高。

6.8 有效控制，设置参数

以计算机辅助系统设计为基础资料，先对电工电子控制系统中的压力、流量、无功效率、有功功率等数据加以收集，目前已经形成了数据库系统，并能够提供商业使用。再根据对无功效率的管理需求，通过补充方法选择，在根据控制系统的有功功率和投切开关限量的前提下，选择了稳定性良好的电容器产品。方法主要包含：①电压规定要求管理中使用管理，其中包含对系统中的高压防护、欠压防护装置，用以增加投入的压力值，进而实现对无功效率所设的防范。②利用计算机对投入周期实现有效管理，并确定延迟时间，同组内的电容器投入装置和其他要求相符；快速动态的投切时限以设置零为准。

7 结语

从最近的科学研究中可以看到，无功功率控制系统已普遍存在于各种大电网的运输过程中，而这种无功功率控制系统的产生将会减少电网寿命，从而给大电网的发展造成了障碍。所以，一定要对无功补偿自动控制技术开展相应的科学研究工作，使其和电工电子等科学技术加以结合与碰撞，促使无功补偿自动控制技术发挥得更加稳定，从而更加适应现阶段我们的需要。