电气工程及其自动化无功补偿技术的实际应用

电气工程及其自动化无功补偿技术的实际应用

张敬

天津市静海县邦得电力工程有限公司301600

摘要：近年来，节能降耗已经成为了全球关注的重要话题。将无功补偿技术合理运用到电气工程自动化中，能够很好的契合这一理念。无功补偿既能够能够显著提升电网的功率因素，降低电力线路的损耗，进而提升能源的利用效率，有效改善供电环境。因此文章就电气工程及其自动化无功补偿技术的实际应用进行略述。

关键词：电气工程自动化；无功补偿技术；应用

电气自动化技术在电力工程中发挥重要作用，智能化的信息技术和电力工程中的无功补偿技术相结合，提高了应用效果，优化电力发展水平，符合节能减排的可持续发展理念，也实现了对电能的有效利用。

一、无功补偿技术在电气自动化中的应用方法

目前，无功补偿技术常用的应用方法有断路器投切电容器、晶闸管投切电容器、无源滤波器（LC滤波器）以及有源滤波器（ActivePowerFilter，APF）等。本研究则重点对上述几种方法进行了介绍和分析。

（一）断路器投切电容器

断路器投切电容器优势在于结构简单、成本低廉、运行简捷，而缺点是投切滤波支路在合闸时的暂态过程中会产生过电流过电压，从而对电容器及串联电抗器的运行造成影响。此外，切除滤波支路时，触头上恢复电压较高，使开关重燃概率提升，可能会重复击穿，导致电容器上较高过电压而损坏设备。

（二）晶闸管投切电容器

晶闸管投切电容器的晶闸管开关没有触点，因此操作寿命极长。由于可以精确控制晶闸管的投切时刻，因而能够降低操作难度，提升电容器投入速度，并减少投切的冲击电流。晶闸管投切电容器的动态响应时间通常在0.01~0.02s，TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，维持最佳馈电功率因数，进行动态无功补偿，使无功补偿能够及时跟着实际需求量进行变化，降低电压波动，从而提高电能质量并节约电能。

（三）LC滤波器

LC滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，能够对主要次谐波构成低阻抗旁路，从而滤除谐波。这种方式的缺点是仅能对确定频率谐波进行滤波和固定的补偿。LC滤波器可分为单调谐滤波器、高通滤波器等若干种，在实际应用中，LC滤波器通常是由若干组单调谐滤波器和高通滤波器共同组成。其中，高通滤波器有一阶、二阶、三阶和C型4种。一阶高通滤波器由于电容需求高、基波损耗大，因此较少采用；二阶高通滤波器的滤波性能最好，但是基波损耗比三阶高；三阶高通滤波器比二阶的多一个电容，容量比很小，从而提高滤波器对基波频率的阻抗，有效降低基波损耗；C型高通滤波器的C2与L调谐在基波频率上，因此降低基波损耗。其性能介于二阶和三阶之间，缺点是基波频率失谐和元件参数漂移对其影响较大。

（四）有源滤波器

APF的基本原理是利用可关断电力电子器件产生与负荷电流谐波分量相等、相位相反的补偿电流iC，从而使电源iS电流接近正弦波。其优势在于响应快、受电源阻抗影响小、没有谐振现象等，缺点是装置成本高。有源电力滤波器可以根据接入电力系统的不同方式，而分为并联型有源电力滤波器、串联型有源电力滤波器、混合型有源电力滤波器等类型。并联型有源电力滤波器在电路中作为电流源工作，适合如带阻感负载的整流电路这样具有电流源性质的谐波源；串联型有源电力滤波器在电路中作为电压源工作，适合如电容滤波形整流电路这种具有电压源型性质的谐波源。在实际应用中，应当针对谐波源的性质差异，合理使用不同的拓扑结构的有源电力滤波器。

二、无功补偿技术在电气自动化中的具体应用形式

（一）构建真空断路器

真空断路器是指在电气自动化的实际工作过程中，通过固定晶闸管与滤波器，将两者有机融合。这种结合体在实际应用中能够稳定滤波器无功补偿产生的电流，在较短的时间内对电气自动化进行无功补偿工作，规避非必要的电能损耗。

（二）对电能用户的无功补偿

目前应用无功补偿技术对电能用户实施无功补偿时，通常使用的方法有两种。一种方法是经过无功补偿，将配电网的功率因数提高到国家相关部门所规定的标准范围，这种方法还能使电能用户得到更多电费补偿。因此，还应当对相关政策进行大力的宣传推广，不但实现对广大电能用户的无功补偿，有效减少电能损耗，也加强了广大电能用户的节电意识，缓解当前我国用电紧张的情况。另一种方法是在电能用户的配电网中采用无功补偿技术，降低电能损耗，较大程度地减少电能资源浪费，有效降低用户的电费支出。

（三）对回路电流的无功补偿

这种无功补偿方式是通过调整固定滤波器低饱和电感器内部的磁能饱和程度，改变流入回路的感性电流，使其与滤波器中剩余的电容性电流相互抵销，从而实现电流平衡。再通过串联滤波器与电抗器，调节变压器的降压按钮，从而降低母线的电压，最终实现无功补偿。

三、电气自动化无功补偿技术的应用问题

由于我国电气自动化中的无功补偿技术还不成熟，难免会存在问题。总结实践当中的问题主要可以归结为两个方面：①对相关设备缺乏科学合理的管理。最明显地就是有些变电站管理员为了贪图方便直接对变电站整个机组进行投切，而不是按照每台设备的需求进行按需分配，导致有些高负荷的设备得不到应用的无功补偿，而低负荷的则剩余过多。②存在无功潮流问题。由于变电站距离发电企业的路程较远，发电企业将无功潮流运输到高压变电站以后未经处理这些潮流就直接输送到中压或低压变电站，出现了远距离运输无功潮流的问题。上述两个方面仅仅是无功补偿技术在电气自动化应用过程中存在的问题，事实上，整个无功补偿方式上也存在着不少问题。①很多电力部门在无功补偿的过程中一味追求提高补偿功率，而忽视了电气自动化系统在运行过程中的损耗问题；②电容器问题，无论是饱和还是静止的电容器自身都带有相应的抗谐波能力，然而其抗谐波能力确实十分有限的，当所承受的谐波含量超过预定值时就会对电容器自身造成损坏，寿命会大大降低；③电压调节过程中存在的问题。现在很多电力企业在投切的时候都是严格按照统一的标准的来进行的，这一标准的执行虽然有利于保证居民用电的质量，但是却对整个电力系统都造成了极大的损失。除了上述问题以外，我国缺乏专业的人才来完善电气自动化中的无功补偿技术。这些问题的存在都使得我国的电气自动化的无功补偿技术落后于国际先进水平。

四、针对电气自动化无功补偿技术问题的解决策略

（一）深入分析电气自动化中应用无功补偿技术的方向

目前我国在电气自动化系统中应用无功补偿技术的时候最常见的问题就是达不到稳定的功率以及受到阻抗较大。这些问题的存在与电力网络系统受到无功效果影响有很大关系，一旦在电力系统中形成了整流非线性负荷那么就很难控制谐波的产生，最终也就必然导致了电力系统的畸变，使得电网的安全性受到较大冲击。

（二）采取正确的措施加强侧管理

侧管理的对象主要是用户和专业技术人才。要真正做到加强对用户的管理就必须从以下两个方面着手：首先必须让用户从思想上明确在电力系统中运用无功补偿技术可以大大降低电力在输送过程中的有功功率的损耗，这不仅对于电力公司来说大有裨益，而且对于用户自身来说也可以大大降低电费的开销。

总之，随着现代化技术的普及，无功补偿技术在电气自动化中的作用会越来越大，其在防止电力系统故障产生方面以及确保安全方面起着重要作用。此时，解决目前电气自动化中应用无功补偿技术问题就显得迫在眉睫，相关部门和人员必须不断探索积极完善争取赶上世界先进水平。

参考文献：

[1]杜钢.试析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].科技风，2017（16）

[2]张健.电气自动化中的无功补偿技术的应用意义[J].科技资讯，2017，15（07）

[3]吕宇.无功补偿技术在电气自动化中的应用研究[J].山东工业技术，2017（02）