曾文梅

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 常州 213164）

引言

無功功率會(huì)導(dǎo)致輸變電設(shè)備的供電能力受到制約，增加電能損耗，不僅給電力企業(yè)帶來了直接的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。無功功率補(bǔ)償是電力企業(yè)采取的有效應(yīng)對(duì)措施，在改善供電環(huán)境、保障電網(wǎng)安全和提高供電質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。

1 電網(wǎng)系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)脑砑白饔?/h2>

1.1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/h3>

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分，一是有功功率，二是無功功率。像白熾燈、電熱器類的電氣設(shè)備，電路上電壓與電流同相位，獲得的有功功率P等于電壓U和電流I的乘積。但是，用電設(shè)備中會(huì)有許多電感性設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)和變壓器等。在運(yùn)行時(shí)需要建立磁場(chǎng)，因此所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，被稱為無功功率Q。在選擇變配電設(shè)備時(shí)所根據(jù)的是視在功率S，是有功功率和無功功率的矢量和，即：S=，無功功率，有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：cosφ=P/S。無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。故需對(duì)其進(jìn)行就近和就地補(bǔ)償。電流在電感和電容元件中作功時(shí)，在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，就可以使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。因此在感性電路上并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。

1.2 無功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h3>

電網(wǎng)在實(shí)際工作過程中，正是因?yàn)樵S多設(shè)備的電力負(fù)荷是感性負(fù)荷，在電網(wǎng)中有許多設(shè)備都會(huì)吸收無功功率。針對(duì)這樣的情況，無功補(bǔ)償裝置便顯得非常重要，它能夠有效控制電網(wǎng)的感性負(fù)荷，進(jìn)而在具體的無功補(bǔ)償過程中控制設(shè)備的能源損耗。電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)奈恢么蠖鄶?shù)都是在低壓、高壓并聯(lián)的電容器電路之中，并聯(lián)電容器的安裝位置主要在變電站的總體線路之中，安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器是最為重要并且無法替代的方式。由此可見，在具體的無功補(bǔ)償過程中，并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器普遍是在變壓器的低壓位置或者是配電屏低壓位置上，必要時(shí)，也可以安裝在單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中。在安裝過程中，需要關(guān)注電力負(fù)荷是否有較低的狀況，杜絕無功補(bǔ)償過度的情況。

2 電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)啟動(dòng)中的應(yīng)用

隨著電工電子技術(shù)中的功率管、功率開關(guān)管等元件的廣泛應(yīng)用，以及SP、單片機(jī)等微處理器的應(yīng)用也在不斷普及。這些新技術(shù)、新設(shè)備的投入使用，為實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)控制提供了基礎(chǔ)條件。例如，可以使用補(bǔ)償電容代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電容器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中涌流的控制和消解，還可以安裝控制補(bǔ)償器，以保證整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能更加完善。除此之外，電工電子技術(shù)的應(yīng)用，還使得自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備、元件的體積變小、功率升高，這樣就進(jìn)一步縮短了自啟動(dòng)時(shí)間，電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率也會(huì)進(jìn)一步提升。

2.2 發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

許多設(shè)備與電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)都有緊密的聯(lián)系。對(duì)此，這些設(shè)備的工作狀態(tài)對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電也有明顯的影響。作為非線性控制理論，可控硅靜止勵(lì)磁是一種無功補(bǔ)償中的全新理念，由于采用了信息化控制系統(tǒng)，在整個(gè)發(fā)電環(huán)節(jié)可以保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，避免電壓波動(dòng)帶來的負(fù)面影響，對(duì)提升電能質(zhì)量有明顯作用。發(fā)電環(huán)節(jié)的電工電子技術(shù)，主要應(yīng)用于主電路和調(diào)節(jié)電路兩方面，其中主電路系統(tǒng)與常規(guī)電力系統(tǒng)一致，調(diào)節(jié)電路一般是由采樣、對(duì)比、放大和觸發(fā)四個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

3 電網(wǎng)系統(tǒng)中無功補(bǔ)償自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)械式接觸設(shè)備

利用電工電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)的自動(dòng)化控制，有多種實(shí)現(xiàn)方法。本文介紹的基于并聯(lián)電容器的開關(guān)完成無功補(bǔ)償控制方式，具有兩方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：其一是在輸入補(bǔ)償階段，電路中電壓初始值不高，這樣就方便進(jìn)行低壓操作，減少無功功率；其二是電容器很少出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，無形中延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益明顯提升。但是當(dāng)電力系統(tǒng)中電壓出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)涌流激增現(xiàn)象，可能會(huì)影響供電質(zhì)量。為了解決這一問題，需要引入機(jī)械式接觸設(shè)備，同時(shí)采用并聯(lián)方式，在機(jī)械式接觸設(shè)備之后增加電容組。這樣通過組合控制，既可以達(dá)到控制涌流的目的，又能夠減少電壓波動(dòng)影響，對(duì)提升無功補(bǔ)償自動(dòng)控制水平有積極作用[1]。

3.2 無觸點(diǎn)晶閘管

在以往無功補(bǔ)償控制中，主要的措施是控制并聯(lián)電容器組的涌流現(xiàn)象。但是在實(shí)際工作中，容易受到多種因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出現(xiàn)涌流問題，輕則導(dǎo)致電路中相關(guān)設(shè)備和線路燒毀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成局部電網(wǎng)癱瘓?；陔姽る娮蛹夹g(shù)的無功補(bǔ)償自動(dòng)控制，使用無觸點(diǎn)晶閘管代替繼電器，將無功補(bǔ)償自動(dòng)控制風(fēng)險(xiǎn)降到最低。通過實(shí)際觀察，無觸點(diǎn)晶閘管的優(yōu)勢(shì)在電路電壓突降為0時(shí)，能夠控制可控硅開關(guān)自動(dòng)斷開，這樣就切斷了電壓突降對(duì)其他線路及設(shè)備的破壞影響，避免了拉弧問題。但是無觸點(diǎn)晶閘管在應(yīng)用中還存在一些不足之處，需要在無功補(bǔ)償自動(dòng)控制運(yùn)用中加以改進(jìn)。

3.3 復(fù)合開關(guān)

通常情況下，可控硅開關(guān)與交流接觸器并不直接相連，在無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，復(fù)合開關(guān)則發(fā)揮了連接作用，實(shí)現(xiàn)了可控硅開關(guān)與交流接觸器的并聯(lián)。其作用是在電流過零時(shí)，能夠確保可控硅開關(guān)可以第一時(shí)間斷開，這樣就達(dá)到了保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)的目的，同時(shí)也間接了減少了無功損耗。但是大量的實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中，由于電網(wǎng)中涌流的存在，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無法有效或及時(shí)開關(guān)的情況，為了保證復(fù)合開關(guān)在無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中發(fā)揮實(shí)際作用，需要對(duì)復(fù)合開關(guān)進(jìn)行優(yōu)化。首先，根據(jù)電力系統(tǒng)組成和無功補(bǔ)償自動(dòng)控制需要，科學(xué)選擇復(fù)合開關(guān)。目前主流的復(fù)合開關(guān)有兩種，分別是單相分補(bǔ)復(fù)合開關(guān)和三相共補(bǔ)復(fù)合開關(guān)。對(duì)于多數(shù)低壓無功補(bǔ)償來說，使用三相共補(bǔ)復(fù)合開關(guān)即可符合要求。但是對(duì)于三相負(fù)載不平衡的情況，就必須考慮使用單相分補(bǔ)復(fù)合開關(guān)。其次，無論使用哪種復(fù)合開關(guān)，都需要考慮經(jīng)濟(jì)成本問題，既要確保電路無功補(bǔ)償達(dá)到預(yù)期效果，又要維護(hù)電力企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)現(xiàn)兩者的平衡。

3.4 電路仿真

電路設(shè)計(jì)是電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要應(yīng)用，但在以往的電路設(shè)計(jì)中，電工電子技術(shù)只是發(fā)揮了輔助作用，完成設(shè)計(jì)任務(wù)后還是要按照設(shè)計(jì)圖搭建實(shí)際電路。如果設(shè)計(jì)存在問題，仍需要完成電力系統(tǒng)安裝后才能發(fā)現(xiàn)，無形中就造成了資源的浪費(fèi)。隨著電工電子技術(shù)的不斷革新，電路仿真成為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)的重要技術(shù)。在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下搭建電路，然后仿真運(yùn)行，就可以提前發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的問題，進(jìn)而進(jìn)行修改和完善，在確定不存在問題后，再進(jìn)行電力系統(tǒng)的建設(shè)。電路仿真也可以應(yīng)用到無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，對(duì)提升自動(dòng)控制效果和降低線網(wǎng)損耗有顯著作用。

4 結(jié)語

無功功率廣泛出現(xiàn)在電力生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中，為了降低無功功率帶來的損害，電力企業(yè)在無功補(bǔ)償方面的研究從未停止。當(dāng)前無功補(bǔ)償自動(dòng)控制技術(shù)尚有一定缺陷，這就需要在今后的技術(shù)發(fā)展中，要不斷進(jìn)行技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新，更好地發(fā)揮無功補(bǔ)償自動(dòng)控制的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。