畢圓圓，張柏楊，孫文宇

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，河北 承德 067000

0 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各種電子產(chǎn)品在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)的2018—2019年度全國(guó)用電量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）可知，我國(guó)對(duì)電力的需求量與日俱增。

表1 2018—2019年全社會(huì)用電量統(tǒng)計(jì)

為了確保供電的及時(shí)、高效，各電力企業(yè)紛紛采用自動(dòng)控制技術(shù)，以提高輸電容量。電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)以先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)和可靠的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，確保了電網(wǎng)的安全和供電的可靠、穩(wěn)定。由于單相牽引負(fù)載變化的復(fù)雜性，使得電網(wǎng)整體無(wú)功功率增大。在電網(wǎng)運(yùn)行中，電力損失通常不會(huì)超過(guò)總負(fù)載的10%，而無(wú)功損失約為電力損失的30%～50%?？梢?jiàn)，無(wú)功功率是影響電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的重要因素，其產(chǎn)生的電能損失直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。

對(duì)此，電力企業(yè)在電力系統(tǒng)中采用智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，可以有效解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不足、無(wú)功損耗大等問(wèn)題。

1 電力自動(dòng)化概述

電力自動(dòng)化可以有效地推動(dòng)我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，在電網(wǎng)中應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目標(biāo)[1]。

在輸電過(guò)程中，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種電力設(shè)備，以確保電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，在電力自動(dòng)化中應(yīng)用可控電子部件，可以提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。

2 智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)概述

2.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦碚摶A(chǔ)

電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償是指將具有阻抗性的設(shè)備與電力系統(tǒng)結(jié)合，其連接形式可以是串聯(lián)或并聯(lián)[3]。具有電容阻抗性能的器件與具有感應(yīng)阻抗性能的器件的充電、放電性能相反，在感應(yīng)器件吸收能量時(shí)，電容器件輸出能量；反之，感應(yīng)器件輸出能量。因此，為了確保電網(wǎng)負(fù)載正常工作，電容式補(bǔ)償設(shè)備必須滿(mǎn)足電網(wǎng)的感性負(fù)載要求[4]。

在配電網(wǎng)絡(luò)中，有相當(dāng)大的負(fù)荷是感性的；在電力系統(tǒng)中，電容起著重要作用。在研究無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)充分考慮并聯(lián)電容器的最佳配置，以防止因補(bǔ)償引起的電壓過(guò)高而對(duì)負(fù)荷及變壓器產(chǎn)生影響。為了減小配電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)負(fù)荷損失和無(wú)功損失的影響，應(yīng)考慮無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾妷合拗频取?/p>

2.2 無(wú)功補(bǔ)償模式

根據(jù)補(bǔ)償設(shè)備的安裝位置，配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功補(bǔ)償可分為集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償和分散補(bǔ)償[5]。在選擇補(bǔ)償模式時(shí)，要注意以下兩個(gè)原則：（1）減少配電網(wǎng)中的無(wú)功，在選擇補(bǔ)償方案時(shí)要注意就地補(bǔ)償；（2）要把集中、就地、分散三種方法結(jié)合起來(lái)，并以分散補(bǔ)償為主。在三種方法中，最合理的方法是就地補(bǔ)償，其能降低線(xiàn)路損耗。就地補(bǔ)償裝置安裝在負(fù)載附近，并根據(jù)負(fù)載的具體情況對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，這樣可以有效降低線(xiàn)路的損失[6]。就地補(bǔ)償示意圖如圖1所示，圖中，T表示裝置額定容量；C1、C2、C3均表示無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償點(diǎn)。通過(guò)減少配電線(xiàn)路及配電變壓器的容量，可以降低中壓網(wǎng)絡(luò)、配電變壓器和低壓配電線(xiàn)路的功耗，使C1、C2、C3各補(bǔ)償點(diǎn)具有最大的無(wú)功經(jīng)濟(jì)等值。但由于電力負(fù)荷、變壓器、線(xiàn)路均需要無(wú)功，因而在實(shí)際應(yīng)用中就地補(bǔ)償最不經(jīng)濟(jì)、最不安全。集中補(bǔ)償模式下的補(bǔ)償設(shè)備位于變電所的低壓母線(xiàn)上，當(dāng)線(xiàn)路端負(fù)載容量大、穩(wěn)定、集中，且所占比例較大時(shí)，可采用集中補(bǔ)償?shù)姆绞?。分散補(bǔ)償是指在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，根據(jù)無(wú)功負(fù)載分布的實(shí)際情況建立多個(gè)分布式補(bǔ)償系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 就地補(bǔ)償示意圖

3 電力自動(dòng)化中應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝備

當(dāng)前，我國(guó)的電力工業(yè)由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)，它的作用是減輕電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，降低電網(wǎng)的損失，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。在新的時(shí)代背景下，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)裝備是電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種新型裝備，包括以下幾種。

3.1 可控飽和電抗器

裝置的主要作用是降低電能損失，在電力輸送的各個(gè)環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用?？煽仫柡碗娍蛊鞯摹帮柡汀笔侵鸽娏Φ娘柡?，在實(shí)際的輸電線(xiàn)路調(diào)節(jié)過(guò)程中，通常會(huì)根據(jù)電網(wǎng)的飽和程度輸送功率，以避免因電網(wǎng)飽和導(dǎo)致的電能輸送增大，從而降低電能損失?？煽仫柡碗娍蛊髟趯?shí)際應(yīng)用中可以控制電能傳輸，應(yīng)用效果很好，但是存在噪聲，必須對(duì)進(jìn)行降噪，以提高其實(shí)用價(jià)值。

3.2 真空斷路投切電容器

在電網(wǎng)中，可通過(guò)真空斷路投切電容器進(jìn)行智能監(jiān)控，從而使相關(guān)工作人員及時(shí)掌握電網(wǎng)的電力運(yùn)輸情況，一旦出現(xiàn)故障，真空斷路器會(huì)自動(dòng)響應(yīng)，切斷線(xiàn)路，保證電網(wǎng)的供電不會(huì)出現(xiàn)任何損失。真空斷路投切電容器的成本低，操作簡(jiǎn)單，是實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)智能化的重要裝置。但在實(shí)際應(yīng)用中，一旦發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，就會(huì)立即斷開(kāi)線(xiàn)路，從而造成用電裝置受到很大壓力，導(dǎo)致用電裝置的損壞和電能的損失。

3.3 有源濾波器

在電網(wǎng)中一般會(huì)出現(xiàn)負(fù)極電流，負(fù)極電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)和供電設(shè)備造成很大影響，為了確保電網(wǎng)的安全，必須采用有源濾波器。但由于其造價(jià)昂貴，安裝過(guò)程也比較煩瑣，有源濾波器一般用于干線(xiàn)。在使用有源濾波器前，必須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)的研究，以保證其滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求。

3.4 固定濾波器

固定濾波器的主要作用是通過(guò)調(diào)整電壓減少功率損耗，在使用固定濾波器時(shí)，要在電路中安裝整個(gè)濾波器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)路的無(wú)功補(bǔ)償。

4 智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電力自動(dòng)化中的應(yīng)用措施

4.1 合理設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無(wú)功補(bǔ)償是電力自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，為了保障電網(wǎng)的安全，減少電網(wǎng)的能源消耗，必須對(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以促進(jìn)其充分發(fā)揮作用。

4.2 合理選取智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

合理選用智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是確保其真正發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。在選用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，要結(jié)合電廠(chǎng)的實(shí)際工作狀況合理選用智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。在實(shí)行集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，以分散補(bǔ)償為主要內(nèi)容；將調(diào)整和固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主；將高壓和低壓補(bǔ)償相組合，以低壓補(bǔ)償為主。

（1）分散補(bǔ)償。在進(jìn)行分散補(bǔ)償時(shí)，主要采用電容裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償，而電容器通過(guò)轉(zhuǎn)換充電、放電狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。實(shí)際上，分散補(bǔ)償?shù)氖褂觅M(fèi)用較高，對(duì)電容的要求也較高，因此目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用。

（2）固定補(bǔ)償。固定補(bǔ)償是一種不考慮線(xiàn)路的補(bǔ)償，具有很高的穩(wěn)定性。但是，如果補(bǔ)償?shù)臄?shù)量太少，會(huì)造成補(bǔ)償?shù)牟环€(wěn)定；如果補(bǔ)償?shù)臄?shù)量太多，會(huì)造成補(bǔ)償資源浪費(fèi)，而且很容易造成電器設(shè)備的故障。可見(jiàn)，合理地控制固定補(bǔ)償量非常重要?？傮w上，對(duì)補(bǔ)償量的控制主要通過(guò)適當(dāng)調(diào)整功率比來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著功率比的改變，補(bǔ)償量發(fā)生變化。

（3）低壓補(bǔ)償。這一補(bǔ)償技術(shù)是通過(guò)降低輸電線(xiàn)路的損耗實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，既節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，又簡(jiǎn)化了運(yùn)行流程。而且由于低壓補(bǔ)償產(chǎn)生的電流很小，對(duì)電器的運(yùn)行安全起到了很好的保障作用。

4.3 合理選取智能無(wú)功補(bǔ)償投切開(kāi)關(guān)

真空斷路投切電容器是影響電網(wǎng)整體安全的重要因素，因?yàn)槠湓诤祥l時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的電壓，造成電力設(shè)備的損壞。目前，可用于真空斷路投切電容器的智能無(wú)功補(bǔ)償投切開(kāi)關(guān)有固態(tài)繼電器、智能集成開(kāi)關(guān)和電容開(kāi)關(guān)三類(lèi)。其中，智能集成開(kāi)關(guān)一般采用低壓真空技術(shù)和水磁場(chǎng)技術(shù)，造價(jià)低廉，但工作效率低；電容開(kāi)關(guān)的工作效率高，可以和固態(tài)繼電器一起使用。

4.4 合理選取智能無(wú)功補(bǔ)償控制器

智能無(wú)功補(bǔ)償控制功能比較復(fù)雜，而且各功能特性也不相同。要使無(wú)功補(bǔ)償更好地發(fā)揮功能，就必須選擇合適的智能無(wú)功補(bǔ)償控制器。智能無(wú)功補(bǔ)償控制器直接影響自動(dòng)裝置的運(yùn)行效率，并對(duì)其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生一定的影響。智能無(wú)功補(bǔ)償控制器的作用是調(diào)整電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，要確保智能無(wú)功補(bǔ)償控制器的穩(wěn)定運(yùn)行，必須選用具有保護(hù)機(jī)制的控制器。

總體來(lái)說(shuō)，智能無(wú)功補(bǔ)償控制器的應(yīng)用功能較強(qiáng)，但操作難度較大，而且在使用時(shí)經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，使其使用范圍不斷縮?。恢悄軣o(wú)功補(bǔ)償控制器的使用費(fèi)用低廉，但使用壽命很短，必須定期對(duì)其進(jìn)行檢修和更換，以確保其控制效果。

目前，智能無(wú)功補(bǔ)償控制器的研究主要集中在智能無(wú)功控制和智能無(wú)功因數(shù)控制兩個(gè)方面。同時(shí)，智能無(wú)功補(bǔ)償控制器還具有監(jiān)測(cè)功能，內(nèi)置的感應(yīng)器可以監(jiān)視智能控制器，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器發(fā)送的運(yùn)行數(shù)據(jù)有異常，可以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢修。

4.5 加強(qiáng)對(duì)智能無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂?/h3>

在電力自動(dòng)化領(lǐng)域，利用微機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是一項(xiàng)非常有效的技術(shù)手段。目前，電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)一般都采用微機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)采集系統(tǒng)自動(dòng)收集電網(wǎng)的電壓、電流、有功、無(wú)功等數(shù)據(jù)，并采用智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)作為控制管理的一部分，根據(jù)投切開(kāi)關(guān)的數(shù)量、有功功率的大小，結(jié)合自動(dòng)選擇及功率系統(tǒng)的選擇確保無(wú)功補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確度，使系統(tǒng)的運(yùn)行能量消耗達(dá)到最小。只有如此，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)才能發(fā)揮出最大的作用。

4.6 進(jìn)行壓降補(bǔ)償

在發(fā)電機(jī)輸送電能時(shí)，必須在電網(wǎng)的外部設(shè)置電流變壓器和單相整流橋。在電網(wǎng)輸送電能時(shí)，通過(guò)變壓器及電壓整流橋可以將通過(guò)的電流轉(zhuǎn)換成直流電，通過(guò)發(fā)電機(jī)的直接反饋信號(hào)，可以使發(fā)電機(jī)輸出端的電壓下降，從而提高發(fā)電機(jī)輸出端的電壓。通過(guò)調(diào)整電位器，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行壓力降的補(bǔ)償，使得電纜端的電壓基本保持在額定值，提高了補(bǔ)償?shù)男?，促進(jìn)了發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高，電力系統(tǒng)的運(yùn)行損耗將越來(lái)越少。有關(guān)部門(mén)要充分利用已有的裝備優(yōu)勢(shì)，建設(shè)高質(zhì)量的電網(wǎng)系統(tǒng)，以持續(xù)提高我國(guó)的電力供應(yīng)水平。文章對(duì)電力自動(dòng)化中智能無(wú)功補(bǔ)償及其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)其應(yīng)用策略進(jìn)行了說(shuō)明，以期為我國(guó)智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電力自動(dòng)化中的應(yīng)用提供參考。