電工電子技術在無功補償自動控制中的應用

李 焱

（江蘇省漣水中等專業(yè)學校，江蘇 淮安 223400）

引言

隨著科學技術的高速發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)無功補償技術的應用，進一步提升了電力供應效率以及穩(wěn)定性。在此背景下，有科研人員將電工電子技術與無功補償技術聯(lián)系起來，并取得一定成效。輸變電設備在實際運作過程中不可避免地會受到無功功率影響，導致電能損耗，不僅給電力企業(yè)造成一定的經(jīng)濟損失，同時也會威脅到電網(wǎng)運行安全。因此，在電網(wǎng)系統(tǒng)應用無功補償技術具有重要的意義。

1 無功補償基本原理以及裝置概述

1.1 無功補償基本原理概述

通常情況下，無功補償在實際開展過程中需要對電路進行細分，電路可被劃分為電力系統(tǒng)、補償以及負載設備幾個方面。無功補償具體工作原理如圖1 所示。

圖1 無功功率自動補償原理

通過分析圖1 中信息可得如下公式：

式中，U 為系統(tǒng)電壓；U0為系統(tǒng)在無功功率條件下的電壓；ΔQ 為無功功率；Ssx為系統(tǒng)短路容量。在對上述公式進行變換處理后可得出以下公式：

通過對上述公式進行深入分析后可得出以下結論：在系統(tǒng)電壓無功功率產(chǎn)生變化的條件下，系統(tǒng)也會隨之產(chǎn)生變化，在此條件下，將補償設備以及負載的無功功率進行相加即可得出此時的無功功率值，即ΔQ=QL+Qr。如果此時電工工程處于正常工作狀態(tài)，則負載無功功率也會隨之產(chǎn)生變化，此時設備所產(chǎn)生的無功功率可以滿足負載無功功率的改變要求，即ΔQ=0，在此條件下供電系統(tǒng)的無功功率Q 值不會產(chǎn)生變化。

1.2 無功補償裝置概述

供電網(wǎng)絡在實際應用過程中呈現(xiàn)較為明顯的復雜性，設計電動機、變壓器等一系列設備，感性負荷是電力設備運行過程中產(chǎn)生的主要負荷，這一特征也決定了設備在實際運作過程中會有效吸取無功功率，這一點也體現(xiàn)出無功補償設備在控制感性負荷方面發(fā)揮的重要作用。從實際發(fā)展情況分析，高壓及低壓并聯(lián)電路是無功補償?shù)闹饕饔命c，無功補償設備主要設置在變電站設施中總線路并聯(lián)點位置[1]。無功補償實際開展過程中，配電屏低壓或是變壓器低壓位置是并聯(lián)無功補償電容器的主要位置點，必要條件下，工作人員也可以在單臺發(fā)動機位置處設置并聯(lián)無功補償變壓器。在實際開展發(fā)動機安裝流程中，需要工作人員將重點集中在電力負荷是否處于較低狀態(tài)下，如果出現(xiàn)此類情況則暫緩安裝，避免出現(xiàn)無功補償過度，導致供電受阻的情況。并聯(lián)電容器在實際應用過程中承擔連接電氣設備等效電力的職能，是提升供電回路功率的有效保障。一般情況下，并聯(lián)電容器呈現(xiàn)出良好的經(jīng)濟性特征，在實際進行補償過程中成本投入較低，可以取得良好的成效，設備中電流及電壓均可控制在合理區(qū)間范圍內(nèi)，技術人員在實際工作過程中可以采用分組投切方式。

2 電力系統(tǒng)中電工電子應用現(xiàn)狀

2.1 應用于發(fā)電環(huán)節(jié)

供電網(wǎng)絡是一個由多種設備組成的系統(tǒng)性網(wǎng)絡，在實際運行過程中，設備運行狀態(tài)及電力系統(tǒng)運行狀態(tài)之間呈現(xiàn)出明顯的正相關關系，電力系統(tǒng)的運行可靠性會隨著設備運行狀態(tài)的提升而提升。具體分析即是，結合非線性控制理論內(nèi)容，并充分利用數(shù)字化微機控制技術優(yōu)勢，可以提升可控硅產(chǎn)品性能，確保各環(huán)節(jié)運行狀態(tài)滿足發(fā)電平穩(wěn)性要求。主電路以及調(diào)節(jié)電路是構成可控硅靜止勵磁的主要因素，其中調(diào)節(jié)電路在實際應用過程中由采樣、對比、放大以及觸發(fā)四個部分組成。在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中，應用電工電子技術可以有效提升發(fā)電設備的運行效率，降低能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標[2]。

2.2 應用于自動控制之中

電工電子技術實際發(fā)展過程中涉及的設備較多，開關管、功率管等是其中重點組成部分，同時微處理器設備也逐漸應用于該技術之中。隨著無功功率補償技術迅速發(fā)展，以并聯(lián)電容器投切開關為代表的一系列新技術涌現(xiàn)，并得到廣泛應用，有效推動電力系統(tǒng)向完善的自動化控制體系提供動力。此外，在當前科學技術高速發(fā)展的背景下，電工電子設備趨于小型化，反應速度大幅提升，有效滿足了無功補償及時性的要求，同時自動控制成效也隨之提升[3]。

3 案例概述

以某地區(qū)規(guī)劃的10 kV 電力系統(tǒng)為例，設計人員在實際規(guī)劃設計過程中，充分考慮到無功功率對電力供應效率以及穩(wěn)定性的影響，因此，決定重點將無功補償自動控制技術應用其中。綜合考慮多方面的因素，設計者決定將電工電子技術融入其中，以達成既滿足節(jié)能降耗要求，又提升電力系統(tǒng)運行效率及質(zhì)量的目的。

4 無功補償自動控制系統(tǒng)中電工電子技術的應用

4.1 機械接觸器

在整個電力系統(tǒng)之中，電力開關等設備的啟閉通常由無功補償自動控制裝置進行控制。無功補償自動控制裝置在實際運行過程中，主要依托于并聯(lián)點電容器以及開關裝置，該裝置在開展無功補償工作過程中存在一定問題，主要表現(xiàn)為電力設備運行前期電壓值會長時間處于低水平狀態(tài)，而在合閘操作后，電壓值激增，導致電容器設備出現(xiàn)涌流情況的幾率大幅提升，最終導致設備在電壓大幅度波動影響下，出現(xiàn)短路問題，更為嚴重的情況下可能會導致大規(guī)模斷電發(fā)生，給民眾日常生產(chǎn)生活造成嚴重影響。為解決此問題，專業(yè)技術人員提出構建專用型電容設備接觸方式，本案例實際設計采用此方案，通過利用機械接觸器開關，實現(xiàn)強化限流電阻的目的，避免電容器設備在運行過程中出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，同時該方案在實踐中還呈現(xiàn)出較為明顯的節(jié)能效果。

4.2 無觸點晶閘管

無觸點晶閘管應歸屬于固態(tài)繼電器設備，在實際應用過程中在確保在電網(wǎng)電壓值為0 的條件，通過可控硅可以實現(xiàn)對線路開關進行自動斷開處理，最大限度地避免電容器設備接觸器在切投動作執(zhí)行過程中出現(xiàn)燒毀或損壞等問題而影響電網(wǎng)運行可靠性。案例系統(tǒng)在實際設計過程中充分認識到無觸點晶閘管設備的優(yōu)勢，并利用其替代傳統(tǒng)繼電器，有效實現(xiàn)了將無功補償自動控制風險降到最低的目標。但是，無觸點晶閘管也存在一定短板，案例系統(tǒng)在實際設計過程中發(fā)現(xiàn)，電容器運行過程中，可控硅導通后存在0.7 V 的壓降，導致電容器正常運行受到一定阻礙，因此，技術人員將研發(fā)更加先進的無功補償自動控制裝置作為當前工作重點。

4.3 復合開關設備

復合開關是無功補償自動控制裝置運行過程中，承擔保障可控硅開關機交流接觸器并聯(lián)目的的主要裝置。通過利用該裝置，可以有效確保電流過零條件下，可控硅實現(xiàn)自動斷開動作。該設備在實際應用過程中可以通過在已有設備基礎上，實現(xiàn)利用可控硅對電氣涌流進行控制的目的，同時也承擔著保護電網(wǎng)系統(tǒng)的職能。然而從實際應用角度分析，在電網(wǎng)涌流條件下，復合開關存在自動化開關控制職能失效的幾率。因此，為確保復合開關在無功補償自動化控制中的功能價值得以實現(xiàn)，技術人員對其進行一定優(yōu)化，具體包括以下方面：一是對電力系統(tǒng)以及無功補償自動控制運行實際需求進行綜合考慮，決定依據(jù)實際情況將復合開關應用于單項分補以及三相共補之中；二是在低壓系統(tǒng)中進行無功補償，對三線負載不平衡情況進行綜合考量，一旦出現(xiàn)此情況，則將單項分補符合開關應用其中，以確保無功補償達到預定成效。

4.4 電路仿真

案例系統(tǒng)在實際進行規(guī)劃設計過程中，積極利用電路仿真技術，通過依托于計算機技術在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，進行輔助仿真分析，通過專業(yè)的軟件系統(tǒng)構建科學合理的電路體系。案例系統(tǒng)中，技術人員利用電路仿真技術進行運行測試，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有無功補償自動控制設計中存在的問題，并采取有針對性的措施進行完善。隨后再次進行仿真運算，新設計方案可行性完全滿足實際需求，可以應用于實施之中。通過應用電路仿真技術，可有效保障電力系統(tǒng)自動控制的成效，同時電網(wǎng)系統(tǒng)的線損幅度呈現(xiàn)出大幅下降趨勢。

5 結語

實際應用表明，電工電子技術在無功補償自動控制方面具有較強的使用價值，該技術可以有效提升無功補償效率水平，同時還可以實現(xiàn)降低設備能耗的目的。電工電子技術與無功補償自動控制相結合，可以實現(xiàn)提升電力系統(tǒng)運行平穩(wěn)性的要求。