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电气自动化中的无功补偿技术分析
电气自动化中的无功补偿技术分析

　　摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视电气自动化，重视电气自动化中的无功补偿技术分析对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍电气自动化中的无功补偿技术的有关内容。

　　关键词；电气；自动化；无功补偿；原理；技术；应用；
　　中图分类号： F407.6文献标识码： A 文章编号：

　　引言
　　近几年来，电气自动化行业得到迅速的发展，其取得的成就是有目共睹的。由于电力系统中电气自动化设备的单相电力牵引负荷变化复杂，受非线性因素的影响较大，对此，可以在电气自动化的基础上给予无功补偿，充分发挥无功补偿技术在电力系统中的作用。
　　一、无功补偿概述
　　无功补偿主要指在用户用电设备或者变电所等多个地方设置无功功率电源，使其对电力系统产生一定的作用，改变系统内无功功率的流动，使整个系统的电压水平不断提高，同时节约电能，缩小系统中配电线路开支的费用，降低用户成本，使电网能够更安全、经济、稳定地运行。无功补偿通常可以称为无功电压控制服务或者无功支持服务，主要指发电机组或者其他无功补偿设备吸收电网的无功功率或者向电网注入无功功率，使电力系统在正常状态的前提下 ，其节点电压所具备的波动水平能够维持在规定的范围内，当电力系统出现故障后，节点电压可以提供充足的无功支持服务，避免电力系统出现电压崩溃的现象。
　　二、无功补偿工作原理
　　将具有感性功率负荷的装置与容性功率负荷的装置并联接于同一电路中，能量会在这两种负荷之间相互交换。在这样的前提下，感性负荷所需的无功功率便可由容性符合输出的无功功率来补偿。这一过程实质上就是将原本应该由变压器或电网提供的无功功率，改为由交流电力电容器来进行提供。

　　图1 无功补偿原理图
　　三、电气自动化中无功补偿技术的特点分析
　　无功补偿主要指在用户用电设备或者变电所等多个地方设置无功功率电源，使其对电力系统产生一定的作用，改变系统内无功功率的流动，使整个系统的电压水平不断提高，同时节约电能，缩小系统中配电线路开支的费用，降低用户成本，使电网能够更安全、经济、稳定地运行。无功补偿通常可以称为无功电压控制服务或者无功支持服务，主要指发电机组或者其他无功补偿设备吸收电网的无功功率或者向电网注入无功功率，使电力系统在正常状态的前提下 ，其节点电压所具备的波动水平能够维持在规定的范围内，当电力系统出现故障后，节点电压可以提供充足的无功支持服务，避免电力系统出现电压崩溃的现象。
　　电力系统中的电机组或者其他无功补偿设备，其所吸收的无功功率，与所加电压有着非常密切的关系，如表1。

　　在额定电压四周，当电压出现上升的趋势时，无功功率也逐渐增加。若电力系统反映无功功率缺额，则表示无功电源所提供的无功功率是不充足的，电力系统中各电压出现下降的趋势，减少电压向电力系统吸收的无功功率，使整个电力系统的无功功率处于不平衡的状态，因此，必须给予无功功率补偿。无功电压调整是电力系统中辅助的服务，对整个电力系统有着非常重要的意义，是其稳定、安全运行的重要保障，同时可以提高电力系统中电能的质量，减少电力系统中电网的有功损耗，促进电力系统中传输效率的提高，达到节约电能的目的。无功服务与有功服务有着明显的区别，相对于有功服务，无功服务具有以下几个特点：
　　（1）手段具备多样性的特点。有功主要通过发电机获取，而无功除了通过发电机获取外，还可以通过静止无功补偿器及相关的调相机获取，抑或通过输电线路获取，其获取手段具备多样性的特点。
　　（2）分析过程较复杂。用户的发电费用通常为有功服务所开支的费用，无功服务在运行中所需的费用比较小，但其投资费往往比较大，过程也相对比较复杂。目前，电网运营具备较高的商业化，且在电力系统中，电网电压的控制不是由单一用户承担的，而是由多个参与者共同承担。发电厂及其用户除了满足个人的电压与功率因数限制外，还受到无功调整的多样性与地域性等特征的影响，因此与有功服务相比，其定价问题往往比较复杂。
　　（3）供应出现地域性的特点。若对无功进行远距离地输送，则发电与受电的中间必须具有足够大的电压差，因而很容易出现有功功率的大量损耗，其经济效益低下，不利于节能工程的进展，因此，对于无功功率，应尽可能地减少或者避免远距离的传输，而应选择近距离的输送。从这个角度分析，无功供应的地域性十分明显。
　　（4）电压控制具备分散性的特点。在电力系统中，频率的控制必须保证有功的平衡，相同电压的控制，也必须保证无功的平衡。单频率由于是全网统一的，因此只要保证全网有功的平衡，及可控制单频率，而电压由于出现不同的节点，因此必须控制多个节点的电压，方可达到控制电力系统中整个电压的目的，所以说，电压控制具备分散性的特点。
　　四、无功补偿技术在电气自动化中的应用
　　近年来，我国的电气自动化方面对于无功补偿技术和谐波综合治理方法进行了多种深入研究，其中大部分都是力求在基波下补偿牵引负荷的感性无功功率，对于提高电气的功率因数、降低负荷以及构成有效的滤波通路、滤除、抵消指定谐波有着重要作用.以下是对无功补偿技术应用的特点分析：
　　真空断路器投切电容器。这个设备的主要特点是简单并且投资较小，但是却具有一定的缺点，那就是在合闸时，电容器上会产生很高的过电压，可能会导致设备的损坏，此外还由于开关寿命的限制，所以不能对其进行频繁的投切，最终影响了动态补偿的效果。
　　固定滤波器和晶闸管调节电抗器。反并联晶闸管与电抗器串联，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流相抵消，最终达到平衡，以满足其对功率因数的要求，其特点是固定滤波器可以长期投入使用，而所需要的晶闸管数量却比较少，响应的速度也较快，其缺点是会产生谐波现象。
　　固定滤波器、可控饱和电抗器。主要通过调节饱和电抗器的磁饱和程度来改变流入回路的感性电流，然后让感性电流与并联滤波器中的多余容性无功功率相抵消，最终达到一个平衡点，其特点是固定滤波器的并联滤波支路可以长期投入，但是会产生谐波，对于设备来说有一定的损耗，噪声也相对较大。
　　有源滤波器。有源滤波器是使用电力电子装置产生与负荷中的谐波电流以及和负序电流相位相反的电流，让其得到相互抵消，最终满足电源对总谐波和无功电流的要求，其方案特点：补偿比较灵活，调节速度较快，而且不会和系统发生谐振现象，不过有一点要注意，那就是电力电子设备的价格比较昂贵。
　　固定滤波器、电容器和电抗器的调压。其主要是通过调节降压变压器的低压侧母线电压来调节、连接低压母线上的滤波器或者电抗器电压的，以最终而改变其无功出力为根本目的，在调节的过程中，利用品闸管通断和分接开关的无载调节，从电气寿命理论上来说是不受限制的，但是在实际的应用过程中，可以通过加装来提供稳定的无功功率以及实现滤波作用。
　　有源滤波器和无源滤波器。对于这一无功补偿技术的应用而言，不得不承认尚处于研究阶段，在采用有源滤波器产生和负荷中谐波电流相反的谐波电流的基础上，使得其相互抵消，最终满足电源对总谐波电流的要求，其特点是充分利用了无源补偿大容量和有源补偿的灵活性、可控性的特性。尽管，就我国的当前形势分析，已经有很多无功补偿技术得到了广泛的应用，但是伴随着我国电气自动化设备中单相电力牵引负荷变化的不断复杂化和非线性因素的不断增强，迫切要求人们对无功补偿技术应用方面有更加深入的发展与应用。如图2所示为优化后的谐振注入式混合补偿器拓扑结构。C2,L2组成基频率滤波器主要是用于提供基波的电流通路，保证无功功率的补偿，并对于谐波形成高阻，从而降低有源滤波器的容量与体积，并减少运行成本。

　　图2补偿装置拓扑结构
　　结束语
　　无功补偿技术是电气化自动中关键的技术之一，在电力系统中起着不可或缺的作用，对降低网络降损，提高节能有着非常重要的意义。它的发展前景十分广阔，据专家预测，未来功率器件所具备的容量将不断提高，选择有源滤波器实施谐波抑制，柔性交流输电系统技术，给予无功功率补偿，是未来电力自动化系统主要的发展方向。因此需要我们对无功补偿技术不断地进行开发，发挥其应用潜能。
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