摘要：在電力系統(tǒng)應用中，使用無功補償技術能夠顯著提高供電效率、降低用電損耗。在一些結構復雜、規(guī)模較大的電力系統(tǒng)中，推廣使用無功補償自動控制裝置，可以實現對電力系統(tǒng)運行功耗的實時監(jiān)測，并利用機械式接觸器、無觸點晶閘管等電力電子設備，實現對電壓、電流以及投切方式的靈活調控，在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，將電能消耗降至最低。本文首先介紹了電力系統(tǒng)中常見的幾種無功補償自動控制裝置，如無功補償同步調相機、靜止無功補償裝置、無功補償電力容器等。隨后概述了利用無觸點晶閘管、復合開關等電力電子技術實現無功補償自動控制的方式，為更好發(fā)揮無功補償實用效果提供了借鑒。

關鍵詞：無功補償;電力電子技術;無觸點晶閘管;復合開關

根據電能做功形式的不同，將電網輸出功率分為兩種：電能轉化為熱能、機械能并直接做功的，屬于有功功率;電能轉化后無法直接做功的，屬于無功功率。如果電網的無功功率太大，除了會造成電能的浪費外，還會對電網中各類電氣設備造成損害，縮短其壽命。因此，必須要采取措施進行無功功率補償。將電力電子技術與無功補償裝置相結合，能夠實現對電網運行工況的實時監(jiān)測，并結合無功功率的大小自動確定最佳補償狀態(tài)，使電力系統(tǒng)運行的經濟性和穩(wěn)定性達到最佳。在這一背景下，探究電力電子技術在無功補償自動控制中的應用策略，對進一步提高無功補償效果、改善供電環(huán)境有積極幫助。

1.電力系統(tǒng)中無功補償自動控制裝置

在電力系統(tǒng)運行過程中，受到變壓器載荷變化、供電電壓波動等因素的影響，無功功率也會在一定范圍內波動變化。為了取得最佳的無功補償效果，切實降低無功功率對電力系統(tǒng)中發(fā)電機、輸變電設備和線路的負面影響，必須要借助于自動控制裝置，實現無功補償的自動化。其中，像靜止無功補償裝置、無功補償電力容器等，都是比較常用的無功補償自動控制裝置。

1.1無功補償同步調相機

同步調相機本質上是一種可以同步旋轉的發(fā)電機。接入電力系統(tǒng)并正常運行的同步調相機，能夠在監(jiān)測到電力系統(tǒng)中電壓降低時，自動增加無功輸出功率;同樣的，在監(jiān)測到電力系統(tǒng)的電壓升高時，又能吸收無功輸出功率。提供靈活的無功補償，以維持電壓始終處于相對恒定的狀態(tài)，達到保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的效果。除此之外，相比于常規(guī)的無功補償裝置，同步調相機也有自己的特殊優(yōu)勢。例如補償范圍廣、跟蹤速度快、電壓調整平滑等。在一些裝機容量超過10MVA的變電站、換流站，同步調相機的應用效果良好。當然，同步調相機也存在缺陷，例如結構組成較為復雜，后期運行維護難度較大。近年來，隨著SVC（靜止無功補償器）的大范圍推廣，同步調相機逐步被取代。

1.2靜止無功補償裝置

作為現階段主流的無功補償自動控制裝置，靜止無功補償器在各類電力系統(tǒng)中均有使用，既可以用于無功補償，也能提供電壓補償。除了穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓外，安裝靜止無功補償器還會具有提高系統(tǒng)阻尼與維護暫態(tài)穩(wěn)定等特殊效用。根據電抗器調節(jié)方式的不同，具體又可以分為三種類型，即可控飽和電抗器型、自飽和電抗器型、相控電抗器型。相比于常規(guī)的電力容器，靜止無功補償器在電力系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢主要體現為：第一，調節(jié)速度快，尤其是在電力系統(tǒng)出現嚴重的欠電壓或過電壓時，幾乎可以做到即時響應、立刻動作，提供無功補償使電壓盡快恢復至正常水平，從而減少對電力設備的損害;第二，組成結構簡單，后期維護難度低。靜止無功補償器內部沒有旋轉部件，因此故障率和維護成本較低。此外，該裝置也有一定的缺陷，例如在無功補償過程中有可能產生諧波，需要在電力系統(tǒng)中額外采取諧波抑制措施，否則可能會對電力系統(tǒng)造成污染。

1.3無功補償電力容器

電力補償電容器是一種較早應用于無功補償的裝置，但是隨著電力系統(tǒng)結構的復雜化、電力設備種類的多樣化，電力補償電容器的應用弊端也變得較為明顯。例如，該裝置不支持持續(xù)性調節(jié)，因此補償效率不高;還有就是電力補償電容器只支持交流接觸器投切，頻繁投切會加速觸頭振動、發(fā)生起弧現象，嚴重時還會導致無功補償裝置被燒毀，增加了維護成本。隨著電力電子技術的成熟發(fā)展，近年來智能無功補償電容器開始得到推廣使用。該裝置集合了現代測控、電力電子、人工智能等若干先進技術，具有體積小巧、功耗更低、補償效果更好、檢修維護方便等一系列優(yōu)勢。相比于常規(guī)的電力補償電容器，新一代的智能無功補償電容器工作環(huán)境溫度范圍擴大至-25～55℃;測量精度方面，電壓、電流測量精度≤0.5%，功率因數測量精度≤±0.01;工作期間電壓總畸變≤5%。

2.無功補償自動控制中電力電子技術的應用

2.1利用機械式接觸器實現無功補償自動控制

在電力系統(tǒng)中實現無功補償自動控制，需要將無功補償裝置與開關設備以并聯形式連接。由于電流輸入裝置的初始電壓為零，當無功補償裝置動作、控制開關閉合時，電力系統(tǒng)中的電壓會快速升高，電網中涌入瞬時大電流。這種電流會增加電力設備的運行負載，嚴重時還會導致電力設備被燒壞。為了保護電力系統(tǒng)中的各類電器元件，必須要安裝機械式接觸器。該裝置有鐵芯、彈簧、線圈等組成，當監(jiān)測到電力系統(tǒng)中電壓過快升高時，機械式接觸器的鐵芯通電，并在電磁場作用下產生磁力、吸合線圈，電路中電阻增大，達到降低瞬時大電流沖擊影響，進而穩(wěn)定電壓、降低能耗的效果。另外，機械式接觸器還可以抑制電容器投切時產生的涌流，保護電路系統(tǒng)中的開關、互感器等設備不受損害，保證了無功補償自動控制功能的實現。

2.2利用無觸點晶閘管實現無功補償自動控制

在一些投入使用年限較長的無功補償電容器中，長期、頻繁地合閘會導致接觸器的觸頭處保護層脫落，即便是合閘以后也無法正常發(fā)揮調解電壓的效果，此時電容器中產生較大的涌流，導致電容器發(fā)生故障。要想避免此類問題，一種方法是定期檢查接觸器的觸頭，如果發(fā)現有損壞要立即更換。另一種方法則是借助于電力電子技術，把無觸點晶閘管安裝到電力系統(tǒng)中，與無功補償自動控制裝置并聯。在監(jiān)測到無功補償電容器的運行電壓超過或低于正常范圍時，自動投切進行電壓調節(jié);如果電容器的電壓為零，則無觸點晶閘管斷開，形成斷路。這樣就防止在電容器合閘時出現涌流、燒毀裝置的情況。需要注意的是，無觸點晶閘管投入使用后，自身也會產生一定的諧波電流，進而因為電流熱效應引起電力設備升溫，因此還應配備排風扇加快熱量散失，保護電力設備。

2.3利用復合開關實現無功補償自動控制

基于電力電子技術的復合開關，使用微機控制，可以在電力系統(tǒng)無功補償自動控制中，自動尋找最佳投切點，以更快的速度完成電壓調節(jié)，實現無功補償目的。在應用效果上，復合開關與無觸點晶閘管有較高的相似性，此外還具有特定的優(yōu)勢：（1）復合開關在無功補償自動控制中，不會產生諧波電流，從而避免了因為發(fā)熱而導致電力設備燒毀的情況。同樣的，不需要在電力系統(tǒng)中額外安裝散熱裝置，系統(tǒng)結構簡單，后期維護方便。（2）可提供多重保護功能，例如電壓缺相保護、欠壓保護、自診斷故障保護等。微機在實時采集電力系統(tǒng)中各類元件運行參數的基礎上，判斷有無異常數據。若發(fā)現異常數據并判斷故障類型后，復合開關拒絕閉合或自動斷開，從而保護電力系統(tǒng)。除此之外，復合開關的使用壽命更長，功耗更低，在很多場合下可代替無觸點晶閘管使用。

結語：在電網覆蓋范圍增加、電力設備數量增多的背景下，電力系統(tǒng)運行過程中無功功率也呈現出上升趨勢，造成了電能的浪費，影響供電的質量。因此，電力企業(yè)必須要采取無功補償措施來增加電網運行功率、改善電能質量，滿足電力用戶的用電需求。無功補償自動控制裝置可以實現快速、靈活調節(jié)。在此基礎上，將電力電子技術應用到無功補償裝置中，在進一步提高無功補償效果的同時，還能延長無功補償裝置的使用壽命，對保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和維護電力企業(yè)的綜合效益也有積極幫助。

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作者簡介：王榮華（1978.12—），男，籍貫：云南祥云，高級工程師，職務：研發(fā)總監(jiān)，研究方向：電力電子技術、電機系統(tǒng)、數字電源、光伏逆變、變頻器、電焊機等。