電力電子技術(shù)在無功補償自動控制中的實踐分析

吳毅 張莉 張土前

摘 要：將電子技術(shù)應用到實際的無功補償自動控制中，能夠有效提升設備的實際工作效率，減少設備能源的消耗，對于提升生產(chǎn)加工質(zhì)量和效率，都有著非常積極的作用。文章提出在對無功補償裝置進行準確分析的基礎上，探究電力電子技術(shù)在無功補償自動控制中的實際應用，促使生產(chǎn)加工活動能夠更加高效的開展。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；無功補償；自動控制

1 電力電子技術(shù)與無功補償裝置概述

1.1 電力電子技術(shù)簡介

電力電子技術(shù)是電力領域中非常重要的基礎組成，其主要是利用一些電力電子器件，實現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換和控制[1]。將其應用在轉(zhuǎn)換電能的過程中，其能夠?qū)σ恍┹^大、較小的電力進行轉(zhuǎn)換，主要功能就是實現(xiàn)電力的轉(zhuǎn)換。一般情況下，電力電子技術(shù)主要可以分為期間制造技術(shù)、交流技術(shù)兩種，該技術(shù)能夠應用的范圍主要包括：工業(yè)的交直流電機、電化學工業(yè)、交通運輸中的電氣化鐵道、電力系統(tǒng)中的無功補償、高壓直流輸電、家用電器中的變頻空調(diào)。該技術(shù)的應用能夠解決傳統(tǒng)技術(shù)、設備中存在的弊端，促進機電一體化產(chǎn)業(yè)的積極發(fā)展，保證能夠更加高效地使用電能[2]。在智能化需求不斷增加的情況下，當前智能化的電力電子技術(shù)，也是其當前和未來的重點發(fā)展方向。

1.2 電力系統(tǒng)中的無功補償裝置概述

當前很多電力系統(tǒng)中都會采用應用無功補償設裝置的方式，通過減少設備的磨損，減低設備的實際損耗情況，這種方式不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的供電環(huán)境進行有效改善，同時也可以減低變壓器、輸電線路的實際損耗情況，準確提升供電的效率。相對來說，這種方式是節(jié)能減耗、提升電能質(zhì)量的一種有效補償方式。

電網(wǎng)中應用的無功補償裝置，一般會分散安裝在高低電壓的并聯(lián)電容器電路內(nèi)，一般情況下，能夠應用在電力系統(tǒng)中的無功補償方式，主要有以下幾種：（1）在高低壓配電線路中，實現(xiàn)對并聯(lián)電通氣的分散安裝；（2）集中將并聯(lián)電容器直接安裝在變電所中的母線上；（3）安裝在車間配電屏、配電變壓器的低壓位置上；（4）將并聯(lián)電容器安裝在單臺電動機位置上[3]。其中，并聯(lián)電容器的實際補償原理就是提升供電回路的因數(shù)，減小電壓和電流之間的相位差，該設備有著投資少、效果好的優(yōu)勢。針對我國目前的實際情況來看，配電網(wǎng)的平均功率較低，因此，針對降低線損目標非常容易實現(xiàn)。而應用靜電電容器作為實際的補償元件實施無功補償，當前主要集中在集中補償、就地補償兩個方面，前者主要可以分為自動跟蹤和固定形式，能夠按照用戶實際需求、配電系統(tǒng)自主的實施共享設計，性價比相對比較高；后者優(yōu)勢在于補償效果比較好，但是由于數(shù)量比較多，容易造成安裝不便，并且造價也比較高。需要注意的是，無功補償裝置的安裝、維護和運行都相對比較簡單，但是其作用過程一般無法實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，加上容易受到一些諧波的干擾，電容器非常容易出現(xiàn)燒毀的情況。因此，需要避免過度使用無功補償方式，保證其能夠發(fā)揮出應有的作用。

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)中無功補償?shù)姆N類，主要可以分為以下3種：（1）機械旋轉(zhuǎn)類的無功補償，該種補償器是應用最為廣泛的一種設備[4]；（2）靜止類的無功補償裝置；（3）復合類的無功補償器。

2 無功補償?shù)膶嶋H作用

2.1 保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量

按照能量守恒的相關(guān)原則對電力系統(tǒng)進行分析，可以了解到電力系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量在整體上是不變的，其會嚴格地遵循能量守恒規(guī)律。但是一旦在電力系統(tǒng)的實際運行中出現(xiàn)一些無功的功率，就會造成電力系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)降低情況，不能夠繼續(xù)為各種用電設備提供適合、穩(wěn)定的電能。按照能量守恒原則，在這種情況下，能夠被設備有效利用的電能就會減少，不僅出現(xiàn)電能浪費的情況，同時造成設備的運行效率也會受到一定影響[5]。將無功補償?shù)淖詣踊b置應用到電力系統(tǒng)中，通過發(fā)揮出其自動化的優(yōu)勢，不僅可以有效減少甚至是避免無功功率的出現(xiàn)，提升系統(tǒng)的電壓，同時也可以結(jié)合對應的全新電力電子技術(shù)，保證電壓的實際質(zhì)量。

2.2 提升電網(wǎng)利用效率

在電網(wǎng)的實際運行過程中，如果出現(xiàn)了功率因素提高的情況，則說明系統(tǒng)中的有功輸出出現(xiàn)了增加的現(xiàn)象，在同樣的容量下，出現(xiàn)了這種有功功率增加的情況，就意味著負載增加，造成電網(wǎng)中電能的利用率降低。不僅浪費了一定的電能，同時也增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行成本[5]。將無功補償裝置應用到其中，在相同的容量下，能夠有效提高有功功率，保證電能能夠更加充分的被利用，實現(xiàn)資源的合理利用同時，也有效降低了系統(tǒng)的運行成本。

2.3 避免用戶受到罰款

有用戶終端設備出現(xiàn)了大量無功功率的情況，會直接對整個電力系統(tǒng)供電質(zhì)量產(chǎn)生影響，而按照國家電力部門制定的相關(guān)規(guī)定可以了解到，當用戶終端產(chǎn)生過多的無用功時，會受到電力部門的罰款。因此，在實際的用電設備中準確安裝無功補償裝置，能夠幫助用戶避免遭受對應的罰款。

3 電力電子技術(shù)在無功補償自動控制中的實際應用

3.1 自動投切實際應用

3.1.1 復合開關(guān)

該裝置的基本原理就是將可控硅開關(guān)中的并聯(lián)實現(xiàn)交流接觸，保證電流過零時能夠及時切斷與電壓過零的導通，確保符合開關(guān)在斷開、接通時不僅可以利用開關(guān)有效抑制涌流，并且保證在正常接通情況可以實現(xiàn)無功耗。復合開關(guān)對于電容器的實際補償切除、執(zhí)行投入過程中，主要存在兩種功能方式：單向分補復合開關(guān)、三相共補復合開關(guān)[6]。在以往的無功補償中，不同方式的應用環(huán)境存在一定區(qū)別，前者主要是應用在一些功率因素較大、負載相差較大的環(huán)境中，后者更加適用在低壓補償中，其主要是應用在功率因素比較接近的電網(wǎng)網(wǎng)絡中。但是一般情況下由于需要考慮對應的經(jīng)濟、實用因素，通常會采用二者結(jié)合使用的方式。

3.1.2 機械接觸器

針對投切的裝置來說，電容器組投切主要是通過接觸器實現(xiàn)，這種形式是最早期的一種形式，將其應用在實際的工作中，最初電壓實際上為0，而當合閘涌流到合閘的一瞬間，會產(chǎn)生超出額定功電流十幾倍甚至是幾十倍，對于電網(wǎng)的運行安全、電容器的使用都有著不利影響。因此，通過不斷地研究，結(jié)合對應的電力電子技術(shù)，發(fā)明了一種專門應用在電容器組上的基礎器件，通過限流電阻抑制涌流現(xiàn)象的出現(xiàn)，實現(xiàn)對涌流的有效控制，保證無壓降以及無損耗。

3.1.3 無觸點晶閘管

基于電容器組的持續(xù)運行，及時實現(xiàn)了對涌流的有效控制，但是一旦出現(xiàn)涌流現(xiàn)象就會造成接觸器觸頭上的粘結(jié)盒出現(xiàn)燒毀情況，這對于裝置的使用壽命，有著非常不好的影響[7]。在電力電子技術(shù)的快速發(fā)展過程中，出現(xiàn)了一種繼電器，也就是無觸點晶閘管，該裝置的優(yōu)勢主要體現(xiàn)于，在電網(wǎng)中電壓為0時，裝置就可以利用可控硅電流過零自動斷開的特點，實現(xiàn)自動的控制，并且不會造成拉弧的情況出現(xiàn)，能夠有效避免電容器在投切中出現(xiàn)觸頭粘結(jié)、燒毀等問題，有效提升了電容器的使用壽命。但是該裝置也存在一些比較明顯的不足，如在電容器運行中，會存在0.7 V的解壓降出現(xiàn)在可控硅導通后，產(chǎn)生諧波電流，對電容器的正常運行造成一定影響；在其工作的過程中，會產(chǎn)生大量的熱能，造成裝置的溫度過高，對裝置的使用壽命造成一定影響。雖然一些裝置中會安裝降溫風扇，但是由于風扇使用期限非常有限，功耗比較大，因此并不能解決裝置熱能較大的問題。

3.2 電路仿真

在計算技術(shù)快速發(fā)展的過程中，電路的設計可以在計算機、仿真技術(shù)的輔助下完成。電路仿真主要包括對主電路、控制電路的仿真。主電路主要是由兩物體并接形成的，這兩個物體為反并聯(lián)晶閘管、交流接觸器觸頭[8]。舉例來說，某個供電系統(tǒng)中，通過使用交流接觸器投切電容的方式實現(xiàn)仿真，對于三相電源來說，主要采用星形接法中性點實現(xiàn)內(nèi)部的直接接地，保證電壓能夠?qū)崿F(xiàn)有效的降低。而在實際的應用過程中，觸頭出現(xiàn)弧現(xiàn)象一般是由于使用了交流接觸器投切，對波形的反應形式為瞬間尖峰，在電容投入到其中時，瞬間涌流一般是定額電流的八倍左右。可見，輸電線上總電流由于補償裝置的出現(xiàn)而變小，實現(xiàn)了降低損耗的目標。

4 結(jié)語

針對無功補償自動控制來說，有效地應用電力電子技術(shù)能夠保證無功補償水平實現(xiàn)有效提升，促使無功補償能夠?qū)崿F(xiàn)更好的發(fā)展。同時，應用電力電子技術(shù)還可以保證更加快速、精確地實現(xiàn)電力系統(tǒng)無功補償，促使控制系統(tǒng)朝著自動化、智能化的方向進一步發(fā)展，進而提升無功補償工作的效率。這不僅是保證電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、持續(xù)運行的基礎，同時也是有效提升電能質(zhì)量的重要基礎。

[參考文獻]

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（編輯 傅金睿）

Practical analysis on automatic control of reactive power compensation based on power electronics technology

Wu Yi， Zhang Li， Zhang Tuqian

（College of Science and Technology， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract：The application of electronic technology in the actual reactive power compensation automatic control can effectively improve the actual working efficiency of the equipment and reduce the energy consumption of the equipment. It plays a very positive role in improving the quality and efficiency of production and processing. Based on the accurate analysis of reactive power compensation device， this paper probes into the practical application of power electronics technology in reactive power compensation automatic control， and promotes the production and processing activities to be carried out more efficiently.

Key words：power electronics technology； reactive power compensation； automatic control