軻斌 趙乾

摘 要：無功補償技術(shù)是電力系統(tǒng)重要的節(jié)能技術(shù)，通過降低電力網(wǎng)絡(luò)和變壓器的損耗，有助于達到節(jié)能減排的目標(biāo)。本文概述了無功補償?shù)脑聿o功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用進行了分析。

關(guān)鍵詞：無功補償；電氣自動化

引言

在我國科技與經(jīng)濟快速進步的同時，電氣自動化領(lǐng)域也發(fā)生著日新月異的變化，供電、高鐵等領(lǐng)域中都應(yīng)用了電氣自動化技術(shù)。所謂無功功率，一般應(yīng)用在電路電場和磁場中的交換作用，并可在電氣設(shè)備中應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N能量形式。一般情況下，如果電氣設(shè)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(shè)備等處裝設(shè)無功功率電源，以改變電力系統(tǒng)中無功功率的流動，從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和降低配電線路的成本節(jié)約電能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟地運行。

1.無功補償技術(shù)在電器自動化中的發(fā)展類型

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

1.1 真空斷路投切電容器

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

1.2 可控飽和電抗器

這個設(shè)備是通過對電抗器飽和程度的調(diào)節(jié)來改變整個回路的電流，主要讓并聯(lián)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(shè)備的特點是可以再電氣自動化系統(tǒng)中長期投入。但是它會產(chǎn)生諧波噪聲較大，對設(shè)備來說也會產(chǎn)生一定的損耗。

1.3 有源濾波器

此設(shè)備是的使用目的是讓電力電子裝置負產(chǎn)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(diào)節(jié)速度快、補償靈活、不會和系統(tǒng)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象等優(yōu)點。但是其設(shè)備的價格比較昂貴。

1.4 固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓

這個設(shè)備通過連接低壓母線上的電抗器或者濾波器、調(diào)節(jié)降壓變壓器的低壓側(cè)母線電壓來調(diào)節(jié)。以達到改變無功出力的目的 這個過程的實現(xiàn)是通過加裝晶閘管分接和通斷開關(guān)來調(diào)節(jié)，實現(xiàn)提供穩(wěn)定的無功功率并實現(xiàn)濾波作用的。

1.5 有源濾波器和無源濾波器

這個設(shè)備是以有源濾波器產(chǎn)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?shù)目煽匦院挽`活性。

2.無功補償?shù)膽?yīng)用策略趨勢

無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用電能的穩(wěn)定性和安全性是評價電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，是評價供電設(shè)備系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。而電壓又是影響電能穩(wěn)定性的重要內(nèi)容，因此說電能穩(wěn)定性通常就是說電壓的穩(wěn)定性。鐵路交通用電由于都是滑動接觸進行電力的傳輸?shù)?。在設(shè)備的接觸處經(jīng)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(tǒng)的無功補償技術(shù)。眾所周知影響電力機動車輛的功率因數(shù)的因素來自于電力接觸網(wǎng)、牽引機動車的電網(wǎng)的無功功率因數(shù)以及變電所對電力的瞬間穩(wěn)定性能的調(diào)控能力這三方面的因素。同時變壓器的阻抗和接觸網(wǎng)的大小不同，也嚴重影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)和機車穩(wěn)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(shù)的應(yīng)用存在的問題：

當(dāng)前電氣自動化中無功補償技術(shù)的應(yīng)用存在的問題主要包括以下三個方面：一是無功向配電網(wǎng)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(tǒng)的高壓側(cè)進行集中補償。并聯(lián)電容器補償至今仍是一種主要的補償方式，應(yīng)用范圍很廣。同步補償器實質(zhì)是同步電動機，當(dāng)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(tǒng)的穩(wěn)定運行很有好處。但同步補償器成本高、安裝復(fù)雜、維護困難，使其應(yīng)用受到限制。目前廣泛應(yīng)用的是結(jié)合了電力電子技術(shù)的靜止型無功補償裝置。

2.2 無功補償與電力電子技術(shù)結(jié)合的方式：

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

2.3 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用過程中主要要考慮設(shè)計和裝置兩個方面：

無功補償設(shè)計過程中，首先要選擇合適的電動機、變壓器數(shù)量與容量來降低線路感抗 t 同時可采用同步或空歇式設(shè)備來提高自然功率系數(shù)，再使用低壓部分低壓補償，高壓部分高壓補償方式并聯(lián)電力電容器裝置達到無功補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)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(wěn)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(qū)域最好使用 MSC+TSC 裝置。

2.4 無功補償?shù)膬?yōu)化：

無功補償容量的優(yōu)化法則是從網(wǎng)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(dāng)求得所要求的量值的數(shù)學(xué)表達式以后，采用求函數(shù)極值的方法，來求得補償容量和位置的數(shù)學(xué)表達式。從數(shù)學(xué)的觀點來看，是一些古典的算法，故將其稱為經(jīng)典優(yōu)化法。時至今日，這種方法仍被用在確定網(wǎng)絡(luò)補償容量和位置的實踐中。

結(jié)束語

無功補償技術(shù)是電力系統(tǒng)重要的節(jié)能技術(shù)，通過降低電力網(wǎng)絡(luò)和變壓器的損耗，提高電力網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，應(yīng)用合理的補償裝置，減少電網(wǎng)電壓波動和限制電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生。將無功補償技術(shù)應(yīng)用到電氣自動化當(dāng)中時，應(yīng)當(dāng)時刻結(jié)合電氣自動化系統(tǒng)的具體情況，對不同的系統(tǒng)進行對號人座，根據(jù)系統(tǒng)自身的特點和系統(tǒng)功能的要求選擇恰當(dāng)?shù)臒o功補償技術(shù)。

參考文獻

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