无功补偿技术在电气自动化中的应用分析

摘 要： 随着社会主义经济的高速发展， 我国的电气自动化技术也得到了很大的发展。但是电气自动化技术本身也存在一些缺点， 导致电气化系统的经济性受到一定影响， 无功补偿技术正是针对电气自动化应用的缺点进行的改进型应用。本文阐述了电气自动化中应用无功补偿技术的现状及无功补偿技术存在意义，提出了在电气自动化中合理采用无功补偿技术的措施，以期为我国电气自动化产业的进一步发展提供有力参考。

关键词： 无功补偿技术； 电气自动化； 应用分析

中图分类号：F407 文献标识码： A

随着经济与科技的共同进步， 电气自动化技术也产生了日新月异的发展， 建筑数量不断增多，居民用电量不断加大，导致人们对电网的无功要求也日益提高。如果无功功率过大或不足，会导致电压出现剧增或剧降问题，很容易造成供电线路在使用过程中出现电力不足或电力不稳问题，会对高级元器件及电力系统造成冲击，导致电力系统解列甚至崩溃，使高级元器件造成严重损坏，从而引发大范围的停电事故。无功补偿技术的应用可以将电力的利用效率有效提升，对这一问题进行有效解决。因此，无功补偿技术在社会许多领域和产业得到广泛应用。

一、无功补偿技术的发展和研究现状

无功补偿技术是指将无功功率电源安设在用电设备或用户的变电所位置，使无功功率在电力系统中的流动发生改变，促进电力系统中的电压水平大幅提高，使网络损耗大幅减小，同时使配电线路中的成本得到有效节约，从而为电网运行中的安全性、经济性和稳定性提供保证。目前国际上的无功补偿技术多围绕着提高功率因数、减低负序， 组成更为有效的滤波通路， 从而对谐波进行过滤或抵消。国内外研究成果中最为显著的有IEEE Std5

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9、ERG5/

3、ERG5/

4、1000-3-6IEC：1996等， 国内在无功补偿技术方面的研究较为滞后， 但国家也制定了相应的标准， 提出了具有广泛适用性的无功补偿技术方案和谐波处理措施，起到了提高功率因素、降低负序的重要作用，从而实现了滤除或抵消电气自动化中的谐波的最终目的。目前这些无功补偿技术主要有以下种：

1、真空断路投切电容器。此设备简单且投资小， 但是在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备发生损坏， 而且对于这个设备因受到开关寿命的限制不能过于频繁投切。

2、可控饱和电抗器。该设备通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的电流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消，从而达到平衡点。此设备的特点是可以在电气自动化系统中长期投入， 但是它会产生谐波，噪声较大，对设备来说也会产生一定的损耗。

3、有源滤波器。通过此设备使电力电子装置负产生与负序电流和谐波电流相反的电流， 使得其满足电源的要求 ，互相抵消。这种方案的有调节速度快、补偿灵活、不会和系统产生谐振现象等优点，但是其设备的价格比较昂贵。

4、固定滤波器电容器和电抗器的调压。设备通过连接低压母线上的电抗器或者滤波器、调节降压变压器的低压侧母线电压来调节， 以达到改变无功功率的目的。这个过程的实现是通过加装晶闸管分接和通断开关来调节，实现提供稳定的无功功率并实现滤波作用的。

5、有源滤波器和无源滤波器。设备以有源滤波器产生的电流和负荷中谐波电流进行中和，相互抵消，最终达到满足电源要求。 其特点是充分利用有源补偿和无源补偿的可控性和灵活性。

二、 无功补偿技术应用在电气自动化中的重要性

科学技术与社会经济的发展促进了电气自动化的发展与应用。现阶段，电气自动化技术在诸多产业与领域中都得到了广泛的应用，如变电站、电气化铁路高速牵引系统等。然而在电气自动化技术中还存在一些缺陷，尤其是在单相电力牵引作用下产生的负荷复杂变化问题，在一些特定情况下，会导致电力系统中的谐波及负序大幅增加，造成无功功率大幅提高，不仅会对电力系统运行的安全稳定造成不利影响，还会降低电气自动化系统资源的利用效率，使系统总体的经济效益受到较大影响。从总体看来，在电气自动化应用中，谐波、无功与负序是较为明显的问题，而这些问题的解决都离不开无功补偿技术的应用。虽然目前国外已经有了不少对这些问题的研究结果，但是对于我国这个人口大国来说，电气自动化在供电， 其中非线性因素带来的不可控问题更为严重。通过引入无功补偿技术， 能够达到解决电气自动化系统非线性等问题，促进电气自动化的发展。

三、电气自动化中合理应用无功补偿的措施

1、对电气自动化关于无功补偿技术的使用需求进行深入分析

电能质量是关键评价指标之一，供电系统中影响到电能质量的因素最为关键的就是电压。在现阶段电气自动化系统中，较为普遍的无功状况就是由阻抗问题及功率因数引发，导致无功状况对电力系统整体造成较大影响。特定的电气自动化系统往往对无功补偿有特定的要求，在其中应用无功补偿技术时，要在对电气自动化关于无功补偿技术的使用需求进行深入分析基础上，合理选取无功补偿技术，从而促进电气自动化系统的可靠性及稳定性显著提高。

以我国电气化铁路为例， 对于无功补偿的主要应用方式为AT供电方式， 采用SCOTT变压器， 补偿装置安装在电力机车上， 用来提高基础的功率因数， 结构主要由串联的电容器和电抗器组成， 电容的投切由晶闸管电子开关控制； 在牵引变电站的位置设置补偿装置和滤波装置。这种解决方案在铁路的短区段见的实际效果明显， 但就我国铁路的现状来看， 较长的铺设线路来看的却能够大大降低负序问题， 不过牵引变电站的问题并没有得到很好的改善。

2、确定变电站无功补偿的实际容量大小

在确定变电站无功补偿的实际容量大小时，应该充分认识到各地区实际情况的不同，变电站的调节也存在差别。在此基础上，采用无功补偿技术对变电站的低负荷、变压器加以无功补偿，并借助电力行业的最新工艺、装置及技术，合理配置补偿容量。此外，还需要加强工作人员的技能培训工作，尽量减少和预防无功回送现象的发生。

3、加强用户侧的管理力度

通过加强用户侧的节能和管理力度，让用户充分意识到无功补偿技术在电气自动化当中的重要性作用，树立正确对待无功补偿技术与电能损耗关系的意识，可以从很大程度上从内部减少传输线路中电能的损失

4、采用并联混合有缘滤波器等一些先进的滤波技术和管理方式

并联混合式有源滤波的无功补偿方案是目前国内较为先进的混合式解决方案， 这个方案有效解决了电力牵引负荷的不可控变化所造成的电力滤波器补偿容量过大的问题， 这也是对一些大型电气自动化系统的补偿技术的协调式调整方案，这个技术是通过APF和LC混合， 对谐波进行注入式的无功补偿。也有一些国内电厂应用有先进的FTFC晶闸管滤波装置， 其工作原理是通过利用谐波源负荷（如各种变流系统）的电力系统统中并联上由电容器C和电抗器L串联组成的交流滤波器， 当L-C滤波器串联谐振频率接近成低阻抗， 此时谐波电流（5次）在某一谐波（如5次谐波）频率时， 则形滤波回路被吸收，谐波电流不再此回路形成通路， 大量谐波电流在该返回电网， 从而减小了对电网的污染及各种危害。这种技术适用于低压电网， 成本相对较低， 效益与投资之间的性价比较高。

5、注重无功补偿技术在电气自动化应用中的共性问题

在电气自动化系统中使用无功补偿技术，不仅可以使系统运行安全性及稳定性显著提高，同时还会使资源浪费问题得到有效缓解，间接或直接的使电力企业的各方面投入有效降低。我国无功补偿技术多应用于变电站中，然而在发电机运行时，常会形成大量无功流向变电站中流动，通过变电站后向低压线路中传输。在这一远距离传输中，整个传输系统都会受到无功流的不利影响。供配电管理部门应该根据片区具体用电量实际情况，结合变电站所需无功补偿特点，通过变压器及变低侧负荷对无功补偿方案进行调整，对补偿容量进行合理配置，从而避免出现无功倒送现象。

四、结束语

由于电气自动化设备中的单相电力牵引力负荷的复杂变化以及其非线性因素增强 ， 使得无功补偿技术的研究成为必要 。通过对无功补偿技术在电气自动化中的发展现状及其应用分析，应用无功补偿技术能够进一步提高电子自动化的运行效率，减少电力能源在传输过程中的损耗，充分实现了有源补偿可控性和灵活性，充分利用了无源补偿大容量的特点 。无功补偿技术的应用为进一步推动电气自动化行业的改革和发展提供了理论基础，需要相关的技术人员加大研发力度，加强对技术及设备的改进，解决无功补偿技术在电气自动化应用中存在的问题，推动电气自动化系统得到更好的发展。