无功补偿技术在电气自动化控制中的应用

无功补偿技术在电气自动化控制中的应用

秦丽峰

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司

摘要：文章主要基于有关文献资料查阅以及自身工作实践背景下，就无功补偿技术在电气自动化控制中的应用展开探究，以供参考。

关键词：电气工程；自动化控制；无功补偿技术；应用

1无功补偿技术概述

1.1无功补偿原理

在电气自动化控制系统运行期间，输出功率由无功功率、有功功率2部分组成，受到诸多因素影响，有功功率比例常数有所降低，导致功率因数随之下降，产生超过预期的线损量。而无功补偿则是在系统中加装潮流控制器、有源滤波器等装置，持续补偿无功功率，以此来提高有功功率输送比例，维持稳定的功率因数。

1.2无功补偿实现方式

在电气自动化控制系统中，常用的无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿、单台电动机就地补偿3种，具体如下。集中补偿。把并联电容器组在高压或是低压配电线路中进行布置，根据配电线路实时无功负荷来提供无功补偿。这一方式有着装置布置集中、易于维护、成本低廉的优势，但大功率电气设备的实际补偿效果有限，还有可能在设备断开时出现无功倒送现象，当前多用于小型电气自动化控制系统。分组补偿。在变压器低压侧端配置并联补偿电容器，按照负荷变化情况进行分组，在电气自动化控制系统运行期间，根据负荷实际变化情况来调整电容器投切组数，投入适当的电容容量，以此来维持无功平衡状态。此项补偿方法有着电容器自动跟踪负载变化、无人工干预条件下自投切补偿电容器的优势，但对分组数量有着较高要求，在分组数量过少时会形成过大容量变化梯度，进而影响到无功补偿效果，需要在条件允许的前提下，通过增加分组数量来减小容量变化梯度。单台电动机就地补偿。把并联电容器布置在单台电动机部位，保持电容器、电动机二者相互连接状态，负责吸收感性设备无功量并转化至有功能量后提供给电感设备。此项方式有着可随时启停补偿装置、装置易于安装、明显降低线损量的优势，但对控制器响应能力有着严格要求，补偿电容容量精度较低。

2无功补偿技术在电气自动化控制中的具体应用

2.1真空断路器投切电容器

此项方法属于自动补偿方式的一种，多用于向高压线路以及高压母线前主变压器提供无功补偿，在变压器低压侧端部位安装电容器组并接入FU熔断器。在系统运行期间，随着负荷变化，电容器组执行分闸等控制指令来调整电容投入量，利用电压互感器一次绕组电阻进行放电，实现无功补偿目的。此方法有着补偿过程简单、无需在系统中加装专门放电装置的优势。根据实际补偿情况来看，真空断路器投切电容器方法存在着明显局限性，包括短路器无法实现精确控制、无法在短时间内频繁投切开关、合闸时易出现串联谐振现象等，动态补偿效果有待改善，还有可能引发断路器炸裂、电容器损坏等电气故障。对此，需要采取额外串联电抗器、选用新型双动式真空断路器等措施来改善无功补偿效果。例如，对电抗器的串联，将起到预防串联谐振现象出现、减小合闸时电容器组形成冲击涌流等多重作用。

2.2有源滤波器

有源滤波器是在提供电源条件下，由电流互感器采集线路电流信号，对信号加以谐波分离计算后获取谐波参考信号与开关信号，再通过信号控制单相桥，获取与线上谐波信号相匹配的谐波电流，这一谐波电流与负序电流方向正好相反，起到抵消线上谐波电流的作用。在电气自动化控制系统中，这类补偿装置有着不易出现谐振现象、调节速度快、完全吸收系统内谐波的优势，但装置价格较为高昂，且单套装置容量有限，不适用于大容量场景。

2.3静止无功发生器

静止无功发生器属于有源形补偿装置的一种，应用到脉冲宽度调制、电压电源逆变等新型技术，采取并联方式或经由电抗器把自换相桥式电路接入到系统当中，对电路交流侧端所输出的电压幅度、电压相位等参数进行调节控制，或是调整交流侧输出电流值，从而起到吸收以及提供无功功率的作用。根据实际情况来看，在电气自动化控制领域，静止无功发生器具备快速动态响应、双向补偿、占地面积小、无级调节、电容电抗容量要求宽泛的优点，可以跟踪负载冲击电流和跟踪补偿谐波电流，综合性能远超过传统无功补偿装置。例如，从无级补偿角度来看，传统补偿装置普遍采取有级补偿方法，设立3～10个级别，各级别的无功千伏安波动较大，每增减一级时变动数十无功千伏安，而静止无功发生器可以从0.1无功千伏安起进行补偿，在实质意义上做到了精确补偿。而从响应速度角度来看，静止无功发生器可以在5ms内完成响应动作，由额定容性无功迅速转换到额定感性无功。

2.4磁控电抗器

磁控电抗器本质上属于一类具备容量可调节功能的并联电抗器，由本体、控制机构2部分所组成，在运行期间通过0.3%额定功率左右的直流功率来调节铁芯磁饱和度，电抗器容量与铁芯磁饱和度一同变化，进而起到改变感抗值、调节电抗电流值与调节无功功率的作用。一般情况下，对磁控电抗器的使用，可以把功率因数控制在0.9及以上，起到消除谐波污染、减少异步电机对电网冲击、消除电压闪变等多重作用。

2.5并联混合有源滤波器

根据使用情况来看，早期型号的有源滤波器存在容量小、难以抑制大功率非线性负载所形成谐波的局限性，实际补偿效果并不理想，应用场景有限。对此，可选择在电气自动化控制系统中配置新型的并联混合有源滤波器，由DSP电路模块、信号采样电路、无源滤波电路等部分组成，把有源电力滤波器视为受控电流源，在附加电感流入基波无功电流中时，仅在有源滤波器中通过谐波电流，确保有源滤波器不承受谐波电压，使并联混合有源滤波器可以被应用于大容量场景中提供无功补偿。同时，为维持稳定运行工况，也可选择在并联混合有源滤波器中加装熔断器，在检测到过电流等故障问题时，在短时间内脱离有源滤波器，由剩余的附加电感、无源滤波器继续执行补偿动作，避免在有源滤波器在脱离时对电网或电气自动化控制系统运行造成剧烈冲击。

2.6同步电机

同步电机多用于电力调度场景，在系统中配置发电机、同步调相机与电动机等设备。在系统运行过程中，凭借同步电动机转轴不带机械负载的特性，采取调整励磁电流的方法来带动所发出无功功率的变化，在线路功率因数偏低时提高励磁电流起到无功补偿作用，在线路功率因数偏高时通过降低励磁电流来吸收系统内多余无功功率，始终把无功功率因数保持在0.9～0.95区间内，避免因功率因数过低而加大线损量，或是因功率因数过高而相互抵消容性无功与感性无功。相比于其他无功补偿技术，同步电机法有着同时具备提供/吸收感性无功功能的优点，但却存在装置结构较为复杂、不易安装维护、技术难度大、响应速度慢的缺点，仅在发电厂等少数场景中得到应用。

3结语

综上所述，无功补偿是保证电气自动化控制系统安全、稳定运行的关键，也是有效治理谐波污染问题的重要举措。企业需要认识到无功补偿技术的应用价值，根据项目实际情况来选择恰当的无功补偿方式，采纳制定合理无功补偿方案。

参考文献

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