吳毅 張莉 張土前

摘 要：將電子技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，能夠有效提升設(shè)備的實(shí)際工作效率，減少設(shè)備能源的消耗，對(duì)于提升生產(chǎn)加工質(zhì)量和效率，都有著非常積極的作用。文章提出在對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行準(zhǔn)確分析的基礎(chǔ)上，探究電力電子技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中的實(shí)際應(yīng)用，促使生產(chǎn)加工活動(dòng)能夠更加高效的開展。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；無(wú)功補(bǔ)償；自動(dòng)控制

1 電力電子技術(shù)與無(wú)功補(bǔ)償裝置概述

1.1 電力電子技術(shù)簡(jiǎn)介

電力電子技術(shù)是電力領(lǐng)域中非常重要的基礎(chǔ)組成，其主要是利用一些電力電子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的轉(zhuǎn)換和控制[1]。將其應(yīng)用在轉(zhuǎn)換電能的過程中，其能夠?qū)σ恍┹^大、較小的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要功能就是實(shí)現(xiàn)電力的轉(zhuǎn)換。一般情況下，電力電子技術(shù)主要可以分為期間制造技術(shù)、交流技術(shù)兩種，該技術(shù)能夠應(yīng)用的范圍主要包括：工業(yè)的交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、交通運(yùn)輸中的電氣化鐵道、電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償、高壓直流輸電、家用電器中的變頻空調(diào)。該技術(shù)的應(yīng)用能夠解決傳統(tǒng)技術(shù)、設(shè)備中存在的弊端，促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的積極發(fā)展，保證能夠更加高效地使用電能[2]。在智能化需求不斷增加的情況下，當(dāng)前智能化的電力電子技術(shù)，也是其當(dāng)前和未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

1.2 電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置概述

當(dāng)前很多電力系統(tǒng)中都會(huì)采用應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)裝置的方式，通過減少設(shè)備的磨損，減低設(shè)備的實(shí)際損耗情況，這種方式不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的供電環(huán)境進(jìn)行有效改善，同時(shí)也可以減低變壓器、輸電線路的實(shí)際損耗情況，準(zhǔn)確提升供電的效率。相對(duì)來(lái)說，這種方式是節(jié)能減耗、提升電能質(zhì)量的一種有效補(bǔ)償方式。

電網(wǎng)中應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置，一般會(huì)分散安裝在高低電壓的并聯(lián)電容器電路內(nèi)，一般情況下，能夠應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償方式，主要有以下幾種：（1）在高低壓配電線路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)電通氣的分散安裝；（2）集中將并聯(lián)電容器直接安裝在變電所中的母線上；（3）安裝在車間配電屏、配電變壓器的低壓位置上；（4）將并聯(lián)電容器安裝在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)位置上[3]。其中，并聯(lián)電容器的實(shí)際補(bǔ)償原理就是提升供電回路的因數(shù)，減小電壓和電流之間的相位差，該設(shè)備有著投資少、效果好的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)我國(guó)目前的實(shí)際情況來(lái)看，配電網(wǎng)的平均功率較低，因此，針對(duì)降低線損目標(biāo)非常容易實(shí)現(xiàn)。而應(yīng)用靜電電容器作為實(shí)際的補(bǔ)償元件實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，當(dāng)前主要集中在集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償兩個(gè)方面，前者主要可以分為自動(dòng)跟蹤和固定形式，能夠按照用戶實(shí)際需求、配電系統(tǒng)自主的實(shí)施共享設(shè)計(jì)，性價(jià)比相對(duì)比較高；后者優(yōu)勢(shì)在于補(bǔ)償效果比較好，但是由于數(shù)量比較多，容易造成安裝不便，并且造價(jià)也比較高。需要注意的是，無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝、維護(hù)和運(yùn)行都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是其作用過程一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，加上容易受到一些諧波的干擾，電容器非常容易出現(xiàn)燒毀的情況。因此，需要避免過度使用無(wú)功補(bǔ)償方式，保證其能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆N類，主要可以分為以下3種：（1）機(jī)械旋轉(zhuǎn)類的無(wú)功補(bǔ)償，該種補(bǔ)償器是應(yīng)用最為廣泛的一種設(shè)備[4]；（2）靜止類的無(wú)功補(bǔ)償裝置；（3）復(fù)合類的無(wú)功補(bǔ)償器。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)際作用

2.1 保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量

按照能量守恒的相關(guān)原則對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以了解到電力系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量在整體上是不變的，其會(huì)嚴(yán)格地遵循能量守恒規(guī)律。但是一旦在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)一些無(wú)功的功率，就會(huì)造成電力系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)降低情況，不能夠繼續(xù)為各種用電設(shè)備提供適合、穩(wěn)定的電能。按照能量守恒原則，在這種情況下，能夠被設(shè)備有效利用的電能就會(huì)減少，不僅出現(xiàn)電能浪費(fèi)的情況，同時(shí)造成設(shè)備的運(yùn)行效率也會(huì)受到一定影響[5]。將無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)化裝置應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，通過發(fā)揮出其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，不僅可以有效減少甚至是避免無(wú)功功率的出現(xiàn)，提升系統(tǒng)的電壓，同時(shí)也可以結(jié)合對(duì)應(yīng)的全新電力電子技術(shù)，保證電壓的實(shí)際質(zhì)量。

2.2 提升電網(wǎng)利用效率

在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)了功率因素提高的情況，則說明系統(tǒng)中的有功輸出出現(xiàn)了增加的現(xiàn)象，在同樣的容量下，出現(xiàn)了這種有功功率增加的情況，就意味著負(fù)載增加，造成電網(wǎng)中電能的利用率降低。不僅浪費(fèi)了一定的電能，同時(shí)也增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行成本[5]。將無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用到其中，在相同的容量下，能夠有效提高有功功率，保證電能能夠更加充分的被利用，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用同時(shí)，也有效降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.3 避免用戶受到罰款

有用戶終端設(shè)備出現(xiàn)了大量無(wú)功功率的情況，會(huì)直接對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量產(chǎn)生影響，而按照國(guó)家電力部門制定的相關(guān)規(guī)定可以了解到，當(dāng)用戶終端產(chǎn)生過多的無(wú)用功時(shí)，會(huì)受到電力部門的罰款。因此，在實(shí)際的用電設(shè)備中準(zhǔn)確安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠幫助用戶避免遭受對(duì)應(yīng)的罰款。

3 電力電子技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 自動(dòng)投切實(shí)際應(yīng)用

3.1.1 復(fù)合開關(guān)

該裝置的基本原理就是將可控硅開關(guān)中的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)交流接觸，保證電流過零時(shí)能夠及時(shí)切斷與電壓過零的導(dǎo)通，確保符合開關(guān)在斷開、接通時(shí)不僅可以利用開關(guān)有效抑制涌流，并且保證在正常接通情況可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功耗。復(fù)合開關(guān)對(duì)于電容器的實(shí)際補(bǔ)償切除、執(zhí)行投入過程中，主要存在兩種功能方式：?jiǎn)蜗蚍盅a(bǔ)復(fù)合開關(guān)、三相共補(bǔ)復(fù)合開關(guān)[6]。在以往的無(wú)功補(bǔ)償中，不同方式的應(yīng)用環(huán)境存在一定區(qū)別，前者主要是應(yīng)用在一些功率因素較大、負(fù)載相差較大的環(huán)境中，后者更加適用在低壓補(bǔ)償中，其主要是應(yīng)用在功率因素比較接近的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中。但是一般情況下由于需要考慮對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用因素，通常會(huì)采用二者結(jié)合使用的方式。

3.1.2 機(jī)械接觸器

針對(duì)投切的裝置來(lái)說，電容器組投切主要是通過接觸器實(shí)現(xiàn)，這種形式是最早期的一種形式，將其應(yīng)用在實(shí)際的工作中，最初電壓實(shí)際上為0，而當(dāng)合閘涌流到合閘的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生超出額定功電流十幾倍甚至是幾十倍，對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行安全、電容器的使用都有著不利影響。因此，通過不斷地研究，結(jié)合對(duì)應(yīng)的電力電子技術(shù)，發(fā)明了一種專門應(yīng)用在電容器組上的基礎(chǔ)器件，通過限流電阻抑制涌流現(xiàn)象的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)涌流的有效控制，保證無(wú)壓降以及無(wú)損耗。

3.1.3 無(wú)觸點(diǎn)晶閘管

基于電容器組的持續(xù)運(yùn)行，及時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)涌流的有效控制，但是一旦出現(xiàn)涌流現(xiàn)象就會(huì)造成接觸器觸頭上的粘結(jié)盒出現(xiàn)燒毀情況，這對(duì)于裝置的使用壽命，有著非常不好的影響[7]。在電力電子技術(shù)的快速發(fā)展過程中，出現(xiàn)了一種繼電器，也就是無(wú)觸點(diǎn)晶閘管，該裝置的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)于，在電網(wǎng)中電壓為0時(shí)，裝置就可以利用可控硅電流過零自動(dòng)斷開的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的控制，并且不會(huì)造成拉弧的情況出現(xiàn)，能夠有效避免電容器在投切中出現(xiàn)觸頭粘結(jié)、燒毀等問題，有效提升了電容器的使用壽命。但是該裝置也存在一些比較明顯的不足，如在電容器運(yùn)行中，會(huì)存在0.7 V的解壓降出現(xiàn)在可控硅導(dǎo)通后，產(chǎn)生諧波電流，對(duì)電容器的正常運(yùn)行造成一定影響；在其工作的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，造成裝置的溫度過高，對(duì)裝置的使用壽命造成一定影響。雖然一些裝置中會(huì)安裝降溫風(fēng)扇，但是由于風(fēng)扇使用期限非常有限，功耗比較大，因此并不能解決裝置熱能較大的問題。

3.2 電路仿真

在計(jì)算技術(shù)快速發(fā)展的過程中，電路的設(shè)計(jì)可以在計(jì)算機(jī)、仿真技術(shù)的輔助下完成。電路仿真主要包括對(duì)主電路、控制電路的仿真。主電路主要是由兩物體并接形成的，這兩個(gè)物體為反并聯(lián)晶閘管、交流接觸器觸頭[8]。舉例來(lái)說，某個(gè)供電系統(tǒng)中，通過使用交流接觸器投切電容的方式實(shí)現(xiàn)仿真，對(duì)于三相電源來(lái)說，主要采用星形接法中性點(diǎn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的直接接地，保證電壓能夠?qū)崿F(xiàn)有效的降低。而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，觸頭出現(xiàn)弧現(xiàn)象一般是由于使用了交流接觸器投切，對(duì)波形的反應(yīng)形式為瞬間尖峰，在電容投入到其中時(shí)，瞬間涌流一般是定額電流的八倍左右。可見，輸電線上總電流由于補(bǔ)償裝置的出現(xiàn)而變小，實(shí)現(xiàn)了降低損耗的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制來(lái)說，有效地應(yīng)用電力電子技術(shù)能夠保證無(wú)功補(bǔ)償水平實(shí)現(xiàn)有效提升，促使無(wú)功補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)更好的發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)用電力電子技術(shù)還可以保證更加快速、精確地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償，促使控制系統(tǒng)朝著自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而提升無(wú)功補(bǔ)償工作的效率。這不僅是保證電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)也是有效提升電能質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。

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（編輯 傅金睿）

Practical analysis on automatic control of reactive power compensation based on power electronics technology

Wu Yi， Zhang Li， Zhang Tuqian

（College of Science and Technology， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract：The application of electronic technology in the actual reactive power compensation automatic control can effectively improve the actual working efficiency of the equipment and reduce the energy consumption of the equipment. It plays a very positive role in improving the quality and efficiency of production and processing. Based on the accurate analysis of reactive power compensation device， this paper probes into the practical application of power electronics technology in reactive power compensation automatic control， and promotes the production and processing activities to be carried out more efficiently.

Key words：power electronics technology； reactive power compensation； automatic control