電工電子技術(shù)在無功補償自動控制中的運用

曾文梅

（常州工程職業(yè)技術(shù)學院， 江蘇 常州 213164）

引言

無功功率會導致輸變電設(shè)備的供電能力受到制約，增加電能損耗，不僅給電力企業(yè)帶來了直接的經(jīng)濟損失，同時嚴重影響電網(wǎng)運行安全。無功功率補償是電力企業(yè)采取的有效應(yīng)對措施，在改善供電環(huán)境、保障電網(wǎng)安全和提高供電質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。

1 電網(wǎng)系統(tǒng)中無功補償?shù)脑砑白饔?/h2>

1.1 無功補償?shù)脑?/h3>

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率。像白熾燈、電熱器類的電氣設(shè)備，電路上電壓與電流同相位，獲得的有功功率P等于電壓U和電流I的乘積。但是，用電設(shè)備中會有許多電感性設(shè)備，如電動機和變壓器等。在運行時需要建立磁場，因此所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，被稱為無功功率Q。在選擇變配電設(shè)備時所根據(jù)的是視在功率S，是有功功率和無功功率的矢量和，即：S=，無功功率，有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：cosφ=P/S。無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。故需對其進行就近和就地補償。電流在電感和電容元件中作功時，在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，就可以使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。因此在感性電路上并聯(lián)電容器可補償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。

1.2 無功補償?shù)淖饔?/h3>

電網(wǎng)在實際工作過程中，正是因為許多設(shè)備的電力負荷是感性負荷，在電網(wǎng)中有許多設(shè)備都會吸收無功功率。針對這樣的情況，無功補償裝置便顯得非常重要，它能夠有效控制電網(wǎng)的感性負荷，進而在具體的無功補償過程中控制設(shè)備的能源損耗。電網(wǎng)無功補償?shù)奈恢么蠖鄶?shù)都是在低壓、高壓并聯(lián)的電容器電路之中，并聯(lián)電容器的安裝位置主要在變電站的總體線路之中，安裝并聯(lián)補償電容器是最為重要并且無法替代的方式。由此可見，在具體的無功補償過程中，并聯(lián)無功補償電容器普遍是在變壓器的低壓位置或者是配電屏低壓位置上，必要時，也可以安裝在單臺發(fā)動機中。在安裝過程中，需要關(guān)注電力負荷是否有較低的狀況，杜絕無功補償過度的情況。

2 電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 自動啟動中的應(yīng)用

隨著電工電子技術(shù)中的功率管、功率開關(guān)管等元件的廣泛應(yīng)用，以及SP、單片機等微處理器的應(yīng)用也在不斷普及。這些新技術(shù)、新設(shè)備的投入使用，為實現(xiàn)無功補償?shù)淖詣涌刂铺峁┝嘶A(chǔ)條件。例如，可以使用補償電容代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電容器，以實現(xiàn)對電路中涌流的控制和消解，還可以安裝控制補償器，以保證整個自動控制系統(tǒng)的功能更加完善。除此之外，電工電子技術(shù)的應(yīng)用，還使得自動啟動相關(guān)設(shè)備、元件的體積變小、功率升高，這樣就進一步縮短了自啟動時間，電力系統(tǒng)的運行效率也會進一步提升。

2.2 發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

許多設(shè)備與電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)都有緊密的聯(lián)系。對此，這些設(shè)備的工作狀態(tài)對于整個電力系統(tǒng)的發(fā)電也有明顯的影響。作為非線性控制理論，可控硅靜止勵磁是一種無功補償中的全新理念，由于采用了信息化控制系統(tǒng)，在整個發(fā)電環(huán)節(jié)可以保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，避免電壓波動帶來的負面影響，對提升電能質(zhì)量有明顯作用。發(fā)電環(huán)節(jié)的電工電子技術(shù)，主要應(yīng)用于主電路和調(diào)節(jié)電路兩方面，其中主電路系統(tǒng)與常規(guī)電力系統(tǒng)一致，調(diào)節(jié)電路一般是由采樣、對比、放大和觸發(fā)四個結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

3 電網(wǎng)系統(tǒng)中無功補償自動控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機械式接觸設(shè)備

利用電工電子技術(shù)實現(xiàn)無功補償設(shè)備開關(guān)的自動化控制，有多種實現(xiàn)方法。本文介紹的基于并聯(lián)電容器的開關(guān)完成無功補償控制方式，具有兩方面的應(yīng)用優(yōu)勢：其一是在輸入補償階段，電路中電壓初始值不高，這樣就方便進行低壓操作，減少無功功率；其二是電容器很少出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，無形中延長了設(shè)備使用壽命，經(jīng)濟效益明顯提升。但是當電力系統(tǒng)中電壓出現(xiàn)異常波動時，會出現(xiàn)涌流激增現(xiàn)象，可能會影響供電質(zhì)量。為了解決這一問題，需要引入機械式接觸設(shè)備，同時采用并聯(lián)方式，在機械式接觸設(shè)備之后增加電容組。這樣通過組合控制，既可以達到控制涌流的目的，又能夠減少電壓波動影響，對提升無功補償自動控制水平有積極作用[1]。

3.2 無觸點晶閘管

在以往無功補償控制中，主要的措施是控制并聯(lián)電容器組的涌流現(xiàn)象。但是在實際工作中，容易受到多種因素的影響，導致實際控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出現(xiàn)涌流問題，輕則導致電路中相關(guān)設(shè)備和線路燒毀，嚴重時還會造成局部電網(wǎng)癱瘓?；陔姽る娮蛹夹g(shù)的無功補償自動控制，使用無觸點晶閘管代替繼電器，將無功補償自動控制風險降到最低。通過實際觀察，無觸點晶閘管的優(yōu)勢在電路電壓突降為0時，能夠控制可控硅開關(guān)自動斷開，這樣就切斷了電壓突降對其他線路及設(shè)備的破壞影響，避免了拉弧問題。但是無觸點晶閘管在應(yīng)用中還存在一些不足之處，需要在無功補償自動控制運用中加以改進。

3.3 復(fù)合開關(guān)

通常情況下，可控硅開關(guān)與交流接觸器并不直接相連，在無功補償自動控制中，復(fù)合開關(guān)則發(fā)揮了連接作用，實現(xiàn)了可控硅開關(guān)與交流接觸器的并聯(lián)。其作用是在電流過零時，能夠確保可控硅開關(guān)可以第一時間斷開，這樣就達到了保護電網(wǎng)系統(tǒng)的目的，同時也間接了減少了無功損耗。但是大量的實驗證明，復(fù)合開關(guān)在實際應(yīng)用中，由于電網(wǎng)中涌流的存在，經(jīng)常會出現(xiàn)無法有效或及時開關(guān)的情況，為了保證復(fù)合開關(guān)在無功補償自動控制中發(fā)揮實際作用，需要對復(fù)合開關(guān)進行優(yōu)化。首先，根據(jù)電力系統(tǒng)組成和無功補償自動控制需要，科學選擇復(fù)合開關(guān)。目前主流的復(fù)合開關(guān)有兩種，分別是單相分補復(fù)合開關(guān)和三相共補復(fù)合開關(guān)。對于多數(shù)低壓無功補償來說，使用三相共補復(fù)合開關(guān)即可符合要求。但是對于三相負載不平衡的情況，就必須考慮使用單相分補復(fù)合開關(guān)。其次，無論使用哪種復(fù)合開關(guān)，都需要考慮經(jīng)濟成本問題，既要確保電路無功補償達到預(yù)期效果，又要維護電力企業(yè)自身經(jīng)濟利益，實現(xiàn)兩者的平衡。

3.4 電路仿真

電路設(shè)計是電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的一項重要應(yīng)用，但在以往的電路設(shè)計中，電工電子技術(shù)只是發(fā)揮了輔助作用，完成設(shè)計任務(wù)后還是要按照設(shè)計圖搭建實際電路。如果設(shè)計存在問題，仍需要完成電力系統(tǒng)安裝后才能發(fā)現(xiàn)，無形中就造成了資源的浪費。隨著電工電子技術(shù)的不斷革新，電路仿真成為電力系統(tǒng)設(shè)計與檢驗的重要技術(shù)。在計算機虛擬環(huán)境下搭建電路，然后仿真運行，就可以提前發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的問題，進而進行修改和完善，在確定不存在問題后，再進行電力系統(tǒng)的建設(shè)。電路仿真也可以應(yīng)用到無功補償自動控制中，對提升自動控制效果和降低線網(wǎng)損耗有顯著作用。

4 結(jié)語

無功功率廣泛出現(xiàn)在電力生產(chǎn)和運輸過程中，為了降低無功功率帶來的損害，電力企業(yè)在無功補償方面的研究從未停止。當前無功補償自動控制技術(shù)尚有一定缺陷，這就需要在今后的技術(shù)發(fā)展中，要不斷進行技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新，更好地發(fā)揮無功補償自動控制的應(yīng)用優(yōu)勢。