無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

許磊

摘 要：在我國(guó)智能電網(wǎng)的運(yùn)作過程中，諸多非線性的設(shè)備應(yīng)用會(huì)使線路運(yùn)行的電壓損失增大，并且產(chǎn)生一定電能的損耗。而無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過一定的裝置來進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低智能電網(wǎng)的損耗，提高供電效率，為大眾提供優(yōu)質(zhì)的電力能源服務(wù)。

關(guān)鍵詞：電力工程;電子技術(shù);無功補(bǔ)償;自動(dòng)化控制

1.無功補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)

1.1電壓優(yōu)先，自動(dòng)補(bǔ)償

無功補(bǔ)償技術(shù)能夠借助一定的技術(shù)設(shè)備來進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)性的運(yùn)作與管理。無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用過程中基于一定的電壓質(zhì)量來進(jìn)行自動(dòng)投切電容器，當(dāng)電壓超出最高設(shè)定值時(shí)切除電容器組，從而保障電壓的合作與正常的運(yùn)作;而在低于設(shè)定值時(shí)，在保證正常運(yùn)作的情況下逐步投入電容器，保障基本的電壓運(yùn)作。在這種電壓優(yōu)先的情況下，無功補(bǔ)償技術(shù)能夠基于負(fù)荷無功功率大小自動(dòng)投切電容器組，保障系統(tǒng)處于一種無功補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。

1.2智能控制，異常報(bào)警

無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用過程中，其加工與應(yīng)用能夠通過智能化的操作來完成系列的動(dòng)作指令。在操作過程中，無功補(bǔ)償技術(shù)通過指令來判斷電壓是否超出基本設(shè)定的閾值，與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備相比，減少了操作的動(dòng)作次數(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)了一次探尋式的智能化控制。同時(shí)在運(yùn)作過程中，無功補(bǔ)償技術(shù)能夠針對(duì)不正常的外界環(huán)境進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過電容器來進(jìn)行整個(gè)控制回路以及自動(dòng)閉鎖裝置的實(shí)現(xiàn)，從而在自動(dòng)化的智能操作中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)性操作。

1.3模糊控制，綜合保護(hù)

當(dāng)系統(tǒng)化的運(yùn)作處于正常的電壓范圍之中，配置環(huán)境、器械的受電情況、動(dòng)作時(shí)間、用戶對(duì)動(dòng)作次數(shù)的限制等會(huì)引起控制過程中的錯(cuò)誤與問題，這就需要在控制中通過模糊控制來進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)性的操作與應(yīng)用，從而在操作過程中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的自動(dòng)運(yùn)作，避免出現(xiàn)盲區(qū)式問題。

2.智能無功補(bǔ)償技術(shù)

2.1基礎(chǔ)知識(shí)。

（1）智能無功補(bǔ)償對(duì)象為電力系統(tǒng)產(chǎn)生的無功功率，主要采用智能無功補(bǔ)償裝置加以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)抵消電力損耗。（2）常見無功功率類型包括：基波無功功率、容性無功功率、感性無功功率、諧波無功功率等。（3）影響無功功率的因素主要以電力設(shè)備功率因數(shù)為主，如高壓系統(tǒng)中，對(duì)稱性的電壓與電流是常態(tài)，而三相功率也趨于一致，若采用補(bǔ)償方案則需要提升設(shè)備功率因數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備容量與功率損耗的控制。

2.2補(bǔ)償原理

電力系統(tǒng)中的感性功率多為負(fù)載綜合阻抗，它需要借助容性功功率補(bǔ)償;而電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率之間緊密關(guān)聯(lián)。無功補(bǔ)償則按照這種要素之間的關(guān)系特性，通過對(duì)功率因數(shù)調(diào)節(jié)加以實(shí)現(xiàn);其中，功率因數(shù)的調(diào)節(jié)則主要通過對(duì)發(fā)電機(jī)輸出設(shè)備、投切無功補(bǔ)償設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

2.3補(bǔ)償方式

補(bǔ)償方式主要有三種，分別是集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償。具體如下：（1）在總變電所6kV到35kV母線上安裝智能無功補(bǔ)償裝置，控制高壓線路無功損耗;其特征與作用體現(xiàn)在對(duì)線路損耗的控制方面，可以提升供電質(zhì)量。（2）在功率因數(shù)相對(duì)較低的線路端安裝智能無功補(bǔ)償裝置，包括配電所低壓母線、車間、村鎮(zhèn)終端等，其特征與作用體現(xiàn)在提升無功補(bǔ)償效率高、效果好方面。（3）在異步電機(jī)或電感性用電設(shè)備附近安裝智能無功補(bǔ)償裝置，其特征與作用體現(xiàn)在對(duì)用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)控制方面，可以使電壓設(shè)備供電質(zhì)量獲得有效提升。

3.無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用方式

3.1無功補(bǔ)償同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)是一種同步旋轉(zhuǎn)的發(fā)電模組，與無功補(bǔ)償技術(shù)有著相似之處，在實(shí)際的工作運(yùn)行中，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)中的勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出有容性或感性的功率。在實(shí)際工作中，同步調(diào)相機(jī)所暴露出來的問題有：由于其始終處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲和損耗，產(chǎn)生噪聲污染的同時(shí)，降低了電流運(yùn)輸?shù)男?。面?duì)這種情況，需要運(yùn)用靜止無功補(bǔ)償來優(yōu)化同步調(diào)相機(jī)的工作模式。

3.2靜止無功補(bǔ)償裝置

為了能讓同步調(diào)相機(jī)的工作得以優(yōu)化，讓同步調(diào)相機(jī)和電力容器更好的配合，靜止無功補(bǔ)償裝置做到了兩者之間的優(yōu)化，有著良好的應(yīng)用特性，在運(yùn)行過程中速度得到了提升，也極大地減少了噪聲的發(fā)生。目前我國(guó)電力技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于無功補(bǔ)償裝置的要求提出了較為嚴(yán)格的水平，新型的開關(guān)器械被用在了控制同步調(diào)相機(jī)的工作流程中。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，本圖反映的是TCR型靜止動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置，這種裝置能減少維修人員的工作壓力，降低維護(hù)成本，擁有著良好的應(yīng)用結(jié)果。

3.3無功補(bǔ)償電力容器

對(duì)于其他設(shè)備而言，無功補(bǔ)償電力在維護(hù)運(yùn)行裝機(jī)上，都有著更為簡(jiǎn)單，易于維護(hù)的特點(diǎn)，但無功補(bǔ)償電力容器在實(shí)際的應(yīng)用中并沒有人們想象的那樣容易，由于在通常的電力供應(yīng)系統(tǒng)中采取的是感性的無功補(bǔ)償，對(duì)于這種電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償無法持續(xù)的進(jìn)行。在使用電力無功補(bǔ)償電容器時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整體供電系統(tǒng)電壓的下降，產(chǎn)生所謂的負(fù)電效應(yīng)，這種效應(yīng)只用交流接觸器投切時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的起弧現(xiàn)象和觸頭震動(dòng)現(xiàn)象。交流接觸投切電容時(shí)，輸電線路總電流波形如圖2所示。這種復(fù)電效應(yīng)會(huì)極大的影響電容器的補(bǔ)償含量，快速的消耗電力容器的容量，在這種工作狀態(tài)下，電力容器在受到強(qiáng)烈的外部干擾時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高溫，燒毀電力容器，造成電力癱瘓。

3.4投切開關(guān)

以用途出發(fā)，確定投切開關(guān)的無功補(bǔ)償裝置功能，由于其重點(diǎn)在于控制設(shè)備斷路實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的抵消與降低，所以要分類型實(shí)施應(yīng)用：（1）過零觸發(fā)固態(tài)繼發(fā)器類型與設(shè)備投切速度關(guān)聯(lián)，速度快，對(duì)無功功率抵消率高且設(shè)備受損率低;速度慢，則相反。造成此現(xiàn)象的原因來自投切開關(guān)對(duì)電網(wǎng)的沖擊而生成的諧波。（2）機(jī)電一體智能真空開關(guān)類型，主要是在低壓真空條件下對(duì)電容器回路進(jìn)行控制，不會(huì)產(chǎn)生電壓差，設(shè)備受損率低。效果優(yōu)于過零觸發(fā)固態(tài)繼發(fā)器類型。（3）機(jī)電一體復(fù)合型智能開關(guān)類型，它由改造過零觸發(fā)固態(tài)繼發(fā)器類型而來，主要是通過并聯(lián)交流接觸器與固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上屬于優(yōu)勢(shì)聯(lián)合，能夠保障投切速度高、設(shè)備受損率低的應(yīng)用效果。（4）實(shí)際應(yīng)用中要求以電力系統(tǒng)綜合為主，按照類型、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)進(jìn)行合理選用。

3.5控制器

首先，電力設(shè)備元件、系統(tǒng)參數(shù)和智能無功補(bǔ)償系統(tǒng)存在差異;因此，控制器的選擇十分關(guān)鍵。具體如下：（1）注重控制器與智能無功補(bǔ)償指揮系統(tǒng)匹配度，確保其使用范圍、無功功率、無功補(bǔ)償裝置、線路的適用性。（2）能夠保障線路運(yùn)行穩(wěn)定性且不產(chǎn)生不良影響，并具備實(shí)現(xiàn)故障自檢、自我保護(hù)功能。（3）產(chǎn)品選擇時(shí)應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，保障其抗干擾性、性能、質(zhì)量。

結(jié)語

電力系統(tǒng)的運(yùn)行中存在諸多非確定性的影響因素，而要對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)、合理、有效的控制，則應(yīng)該注重智能無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。這樣，不僅可以在整體上保障電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理的安全可靠與穩(wěn)定性，也能夠降低自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的無功功率造成的成本投入與資源消耗，從而實(shí)現(xiàn)其社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，以及生態(tài)效益的全面提升。建議在新時(shí)期根據(jù)電力企業(yè)自動(dòng)化發(fā)展情況，做好智能無功補(bǔ)償技術(shù)的研究與應(yīng)用推廣。

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