電氣自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償技術(shù)探析

黃躍軍

摘要：城市化的發(fā)展使得對(duì)電力的需求越來越大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行功率也提出了更高的要求，當(dāng)電網(wǎng)功率不足或過大時(shí)就會(huì)影響電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)，進(jìn)而影響配電線路的輸電運(yùn)行，影響電力系統(tǒng)的正常供電。為此，采取無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)，可確保電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。本文將從電氣自動(dòng)化的角度出發(fā)，在分析相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用和存在的問題進(jìn)行分析，然后提出相應(yīng)的改進(jìn)策略。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;無功補(bǔ)償;電網(wǎng)功率

1無功補(bǔ)償技術(shù)概念

無功補(bǔ)償技術(shù)也叫作無功功率補(bǔ)償技術(shù)，是一種應(yīng)用在電力系統(tǒng)中用來提升電網(wǎng)功率因數(shù)與供電效率的自動(dòng)化技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用到供電系統(tǒng)中，可以優(yōu)化供電環(huán)境、減少電力損耗。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)其工作機(jī)制是通過將無功電源添加到電網(wǎng)和負(fù)荷端來降低電網(wǎng)電負(fù)荷，從而提高電能轉(zhuǎn)換的效率。此外，該技術(shù)還可以有效控制電網(wǎng)電壓、減少電力損失、確保整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，對(duì)于減少外界因素的干擾也起到一定作用。

2無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化中的作用

在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，是為了擴(kuò)容電氣供電設(shè)備，電氣設(shè)備容量擴(kuò)充以后才能提高對(duì)電力設(shè)備及其系統(tǒng)中電壓的控制，從而減少電網(wǎng)電力損耗，同時(shí)也有利于提升電網(wǎng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量。在我國(guó)電網(wǎng)中，高壓網(wǎng)和低壓網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性都較差，電網(wǎng)運(yùn)行效率低、安全穩(wěn)定性弱，這時(shí)就需要采用科學(xué)合理的技術(shù)來提升電力系統(tǒng)的抗干擾能力。從電力自動(dòng)化角度出發(fā)，利用電氣無功補(bǔ)償技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的控制，此外還減少了外界對(duì)電網(wǎng)電流的破壞，保障供電穩(wěn)定的同時(shí)還能在很大程度上為企業(yè)運(yùn)行降低成本。具體來說，無功補(bǔ)償技術(shù)可提升電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠性，可為電容器等電力設(shè)備提供保護(hù)，還能節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行的成本。這是因?yàn)樵摷夹g(shù)可對(duì)系統(tǒng)中的電壓進(jìn)行合理調(diào)節(jié)確保電壓的穩(wěn)定，減少其他因素的干擾使電能輸出效率提升，為用戶提供穩(wěn)定電能。此外，利用諧波規(guī)律有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電壓負(fù)載，減少因諧波影響而出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象，正是通過對(duì)電網(wǎng)負(fù)載、功率的合理調(diào)節(jié)才能保證系統(tǒng)運(yùn)行平衡，在降低電能損耗的同時(shí)也節(jié)約了系統(tǒng)成本。

3 正確選擇無功補(bǔ)償裝置

無功補(bǔ)償裝置有MSC裝置、TSC裝置和兩者組合型裝置及ASVG、STATCOM，其中MSC裝置主要應(yīng)用在需要連續(xù)性長(zhǎng)期運(yùn)行的電力設(shè)備自動(dòng)化控制中，可確保電負(fù)荷平衡。TSC裝置的無功補(bǔ)償能力更強(qiáng)，主要被應(yīng)用在大容量大負(fù)荷的電氣設(shè)備補(bǔ)償中，可取的較好的無功補(bǔ)償效果。而將兩者組合起來的補(bǔ)償方式，因結(jié)合了兩種裝置的優(yōu)勢(shì)，可有效降低電壓無功功率消耗量、增加功率因數(shù)，取的更好的補(bǔ)償效果，且靈活性也更強(qiáng)。目前，該混合補(bǔ)償方式主要被應(yīng)用在大型商場(chǎng)和高層住宅電氣自動(dòng)化中，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況和需要合理選擇。ASVG以雙數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心，通過電抗器將自換相橋式電路并聯(lián)在電網(wǎng)上，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)，不斷監(jiān)測(cè)電網(wǎng)和系統(tǒng)的電壓、電流并進(jìn)行一系列的運(yùn)算，最后經(jīng)由以IGBT為核心的變流單元輸出補(bǔ)償?shù)较到y(tǒng)或電網(wǎng)，在快速連續(xù)的補(bǔ)償調(diào)整系統(tǒng)無功功率的同時(shí)，還可以顯著地改善負(fù)荷與公共電網(wǎng)連接點(diǎn)處的電能質(zhì)量，提高功率因數(shù)、克服三相不平衡、消除電壓閃變和電壓波動(dòng)、抑制諧波污染。STATCOM是一種并聯(lián)型無功補(bǔ)償?shù)腇ACTS裝置，它能夠發(fā)出或吸收無功功率，并且其輸出可以變化以控制電力系統(tǒng)中的特定參數(shù)。一般的，它是一種固態(tài)開關(guān)變流器，當(dāng)其輸入端接有電源或儲(chǔ)能裝置時(shí)，其輸出端可獨(dú)立發(fā)出或吸收可控的有功和無功功率;它可在如下方面改善電力系統(tǒng)功能：動(dòng)態(tài)電壓控制，功率振蕩阻尼，暫態(tài)穩(wěn)定，電壓閃變控制等。與傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置相比，STATCOM具有調(diào)節(jié)連續(xù)、諧波小、損耗低、運(yùn)行范圍寬、可靠性高、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點(diǎn)，自問世以來，便得到了廣泛關(guān)注和飛速發(fā)展。

4 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 電力負(fù)荷功率因數(shù)

電力負(fù)荷功率因數(shù)是衡量電力系統(tǒng)電氣設(shè)備功率系數(shù)的重要數(shù)據(jù)，當(dāng)電路交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換變大時(shí)會(huì)損耗一部分電力資源，這時(shí)功率因數(shù)較低、而對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行有效控制則可促使功率因數(shù)處在最佳狀態(tài)，從而降低電力損耗、提升電力系統(tǒng)無功功率的傳輸效率。

4.2 真空斷路器

無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的真空斷路器中的應(yīng)用，主要是通過對(duì)真空斷路器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化設(shè)備構(gòu)造結(jié)構(gòu)來降低制造成本，使無功補(bǔ)償技術(shù)得以高效應(yīng)用，能在很大程度上提升電網(wǎng)運(yùn)行的效率。此外，能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無功補(bǔ)償，減少電網(wǎng)整體電力損耗。

4.3 固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

在固定濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)諧波規(guī)定利用晶閘管實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)電抗器中感性電流的合理調(diào)節(jié)，確保濾波器中剩余無功補(bǔ)償電流滿足功率因數(shù)要求，此外還可以減少晶閘管的數(shù)量，提高響應(yīng)的速度和調(diào)節(jié)能力。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)器結(jié)合起來形成無功補(bǔ)償設(shè)備來確保電流平衡運(yùn)行。

4.4 配電線路

配電線路覆蓋面積廣，使用量大，但是電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，所以配電線路也會(huì)受到不同因素的影響而增加線路損耗，導(dǎo)致大量電能被浪費(fèi)。因此必須開展配電線路的無功補(bǔ)償工作，鑒于配電線路應(yīng)用模式的復(fù)雜性，將集中模式、分散模式、固定模式和自由模式等組合起來，在具體實(shí)施時(shí)按照15%主變壓器容量將相應(yīng)的固定補(bǔ)償設(shè)備安裝在變電所，將相應(yīng)的固定補(bǔ)償設(shè)備安裝在電網(wǎng)線路負(fù)荷中心，然后將自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備安裝在電網(wǎng)負(fù)荷中心上部位置。在補(bǔ)償分支線路無功功率損耗時(shí)要注意的是控制分支線路和主干線中無功功率的平衡性，避免峰支路向主干線路索取無功功率的問題。

5 存在的問題和建議

5.1 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化應(yīng)用中存在的問題

在電網(wǎng)電力遠(yuǎn)距離輸送時(shí)存在無功潮流的現(xiàn)象，也就是大量無功潮流涌向高壓變電站，接著又隨著配電線路輸送到中低壓變電站。其次容量設(shè)置存在不合理之處，一些變電站無功補(bǔ)償?shù)碾娙莶⒉皇歉鶕?jù)實(shí)際負(fù)荷需求調(diào)整的而是整組投切，所以在高負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)下降、在低負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)過高的問題。此外可能會(huì)出現(xiàn)無功倒送的現(xiàn)象，該現(xiàn)象的存在會(huì)引起電網(wǎng)能量損耗。

5.2 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化應(yīng)用的建議

第一應(yīng)該明確變電站無功補(bǔ)償所需容量，然后根據(jù)實(shí)際情況合理配置變電站的無功補(bǔ)償容量可有效避免無功倒送回配電網(wǎng)的問題，減少能量損耗。第二必須提高對(duì)無功補(bǔ)償問題的關(guān)注，在負(fù)荷升高時(shí)相應(yīng)地降低功率因數(shù)、在負(fù)荷下降時(shí)適當(dāng)?shù)卦黾庸β室驍?shù)來降低線路損耗。此外應(yīng)促進(jìn)教育宣傳，使用戶也能了解到無功損耗的知識(shí)，形成全民努力降低電能損耗的氛圍，讓他們認(rèn)識(shí)到進(jìn)行無功補(bǔ)償可減少因無功功率分配和電網(wǎng)內(nèi)部傳輸導(dǎo)致的有功功率損耗。

6 結(jié)語

綜上所述，電氣自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行中，為確保電氣生產(chǎn)的效率，使電力系統(tǒng)能穩(wěn)定高效的運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的研究和應(yīng)用實(shí)踐。實(shí)踐證明無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用可有效減少電氣設(shè)備內(nèi)電壓損耗，減少電網(wǎng)能量消耗。但我們必須認(rèn)識(shí)到，在無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用時(shí)也還存在一些需要改進(jìn)的問題，隨著無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大必須重視對(duì)這些問題的處理，采取更行之有效的方法來發(fā)揮該技術(shù)的價(jià)值，進(jìn)一步提升電網(wǎng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁昊然.無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用探析[J]. 科學(xué)與財(cái)富，2016（7）：326-326.

[2]盛劍輝，李海玲.電氣工程及其自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用[J]. 江西建材，2018（1）：173+175.

[3]格日勒?qǐng)D，于海洋.無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用探析[J]. 福建質(zhì)量管理，2016（2）：177.