无功补偿技术在电气自动化中的应用

【摘要】本文以谐波注入式并联混合有源滤波器的无功补偿技术为例，探讨了无功补偿技术在电气自动化中的应用，对于开展电气自动化相关技术的研究具有一定参考价值。

【关键词】无功补偿技术；谐波注入；电气自动化

1.前言

随着科技的不断进步，电气自动化相关技术的发展也日新月异。因单相电力牵引负荷在电气自动化设备中的变化比较复杂，而且还受一些非线性因素的影响也不断增大，从而使电气自动化中的无功补偿技术的相关研究成为一个重要研究方向。

近年来，电气自动化技术及其设备在国内供电变电所、高速电气化铁路牵引系统等各行业的应用日益广泛，在实际应用中，受单相电力牵引负荷在电气自动化设备中的变化和一些非线性因素的影响会产生无功功率增大及负序、谐波注入电力系统的含量也不断增大，并随电气自动化广泛应用而逐渐成为电气供电系统和电力系统安全运行的一个重要影响因素，因此可将电气化技术及其设备系统特点、负荷特点相结合采取无功、负序与谐波的综合补偿措施进行解决，铁路单相交直系统等一直存在着无功、负序和谐波这三个技术难题，国际上已研究成功ERG513和ERG5/4及IEEE Std 519等成果，对于促进电气自动化技术的发展产生了较大影响。

随着我国电气自动化技术的广泛应用及其牵引变电所的扩容趋势，虽然采取的这些措施应用价值较高，但很可能因不可预见的一些非线性因素而导致出现如山西大同二电厂机组事故、河南信阳线路跳闸事故等不该发生的严重后果，据此提出基于研究无功补偿技术在电气自动化上的具体应用，对这些补偿技术的发展进行分析，以促进更加完善的补偿技术措施应用到电气自动化领域的相关设备中。

2.无功补偿技术

在电网中诸如变压器、电动机等设备的大部分电力负荷属感性负荷，需要在运行中向其提供无功功率。并联电容器等无功补偿设备在电网中安装后，能够为感性负载提供所耗的无功功率，从而使提供感性负荷的电网电源、输送在线路中的无功功率明显减少，因流动在电网中的无功功率减少，能够使线路和变压器中由于无功功率输送而产生的电能损耗得到降低，这种技术被称为无功补偿技术，该技术中以电气节能稳定技术最为常见。无功补偿技术应遵循布局合理、分级补偿的原则，主要方式采用节能降损，以保证电网功率因数明显提高，同时降低网络损耗。

3.无功补偿技术在变电所电气自动化设备上的应用

国内很多变电所近年来注重借鉴与结合国外先进技术，针对无功补偿技术和谐波综合治理方法系统地开展相关研究工作，基本上都是基于基波补偿牵引负荷的感性无功功率对电气功率因数进行提高、对负荷进行降低，从而形成有效的滤波通路，可以实现滤除、抵消指定谐波的作用，由于在实现途径上无功补偿技术各自具有不同的特点，而在以下几个设备上的具有各不相同的应用效果。

3.1真空断路器投切电容器

该设备具有结构简单且投资较小的优点，但最主要的缺点之一就是电容器在合闸时会产生较高的过电压，即有可能损坏设备，而且开关由于受到使用寿命的限制，不能频繁对其投切，因而对动态补偿效果将造成重要影响。

3.2晶闸管调节电抗器与固定滤波器

將晶闸管反并联后再串联电抗器，可抵消其与滤波器并联中产生多余的容性无功补偿电流，进而使对功率因数的要求得以满足并实现平衡，其具有固定滤波器能长期使用的特点，只是需要较少的晶闸管，具有快速响应的优点，不足之处是会出现谐波现象。

3.3晶闸管调节变压器与固定滤波器

这两种设备主要由于受高漏抗变压器影响而具有较大的有功损耗，这也是无功补偿技术没能得到广泛应用的一个重要原因。

3.4可控饱和电抗器及固定滤波器

这两种设备主要利用对饱和电抗器的磁饱和程度进行调节使流入回路的感性电流得到改变，再抵消相并联的感性电流与滤波器中多余容性无功功率进而实现平衡，尽管固定滤波器的并联滤波支路具有可长期投入的特点，但对于设备依然会形成具有一定损耗的谐波，而且也具有相对较大的噪声。

3.5有源滤波器

有源滤波器主要通过电力电子装置产生相互抵消的相位相反的负序电流和负荷中的谐波电流，进而实现电源对无功电流与总谐波的要求。具有补偿灵活，调速快，不与系统产生谐振现象的特点，只是在价格上该设备较为昂贵。

3.6调压固定滤波器、电抗器和电容器

这几种设备主要是通过调节对降压变压器的低压侧母线电压进行调节，与电抗器或低压母线上的滤波器电压相连接，实现对此设备无功出力进行改变的目标，利用分接开关的无载和晶闸管通断进行必要的调节过程，在理论上来说其寿命是不会受到限制的，只是在实际的应用过程中，采用加装使提供的无功功率稳定，从而起到滤波的作用。

3.7无源滤波器与有源滤波器

无功补偿技术在这两种设备上的应用还处于研究阶段，相互抵消因有源滤波器形成的同负荷中的相反谐波电流，进而达到电源对总谐波电流的需要，充分利用无源对大容量的补偿和有源补偿所具有的灵活可控特点。

目前国内虽然有众多的无功补偿技术日益得到广泛应用，但由于受到很多负荷不断变化的设备和一些非线性因素的影响，对无功补偿技术的应用也提出了更高的要求。

4.无功补偿技术的应用效果

电气自动化中无功补偿技术近年来得到迅速发展，在实际应用中，随着电气自动化设备中变化复杂的负荷及不断增加的非线性因素而需要进行深入研究。为使电气功率因数提高、负序降低并形成有效滤波通路或将产生的谐波滤除或进行抵消，很多变电站已提出了很多技术方案用于实现无功补偿并进行谐波治理。以谐波注入式为基础与混合有源滤波器相并联的无功补偿技术在实际应用中由于其在设计方案中利用大容量进行无源补偿、灵活可控的有源补偿两个优点，而具有很强的可行性。

5.结语

综上，随着大功率电力电子器件技术的不断发展，功率器件容量的发展趋势将不断提高，谐波采用有源滤波器等设备抑制，运用适宜的柔性交流输电系统技术实现无功功率补偿，在某种程度上将会使整个配电系统所耗能量明显降低，实现良好的节能效果，补偿方式的具体措施会随不同场合而进行灵活选用，并将在电气自动化系统中日益得到广泛应用。

参考文献

[1]王超.电气自动化中的无功补偿技术分析[J].广西轻工业，2008.5

[2]张秀丽.关于水电站电气自动化应用问题的探讨[J].大家，2010.10

[3]张振华.创新——电气自动化深化改革的灵魂[J].科技与生活，2010.14

[4]王亚云.我国电气自动化行业的改革与发展研究[J].科技创新月刊，2010.8

[5]王李杨.浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].价值工程，201l.6

作者简介

姜之源（1987—），男，主要从事建筑电气设计工作。