电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用研究

2021-04-03程帅鹏

现代制造技术与装备 2021年12期

程帅鹏

（江西师范高等专科学校，鹰潭 335000）

如今，电力耗损问题十分严重，受到了人们的普遍关注。为了提供更加安全、高效的电力服务，需要发挥无功补偿的作用，吸收多出的无功功率，减少设备能源损耗，使电力系统处于稳定的运行状态。电工电子技术指的是电工技术与电子技术相结合的一种综合技术体系。当前，电工电子技术广泛应用于电子机械设备领域，组织结构十分严密，具有全控化、集成化及高频化等显著特点。应用电工电子技术后，电子机械设备的运行效率明显提升。无论是对于工作人员还是对于电子机械设备整体运作系统，电工电子技术都发挥着重要作用。近年来，电工电子技术体系越来越先进、成熟，深刻改变着人们的生活与企业的生产。

1 无功补偿应用原理、作用及电工电子技术应用优势

1.1 无功补偿应用原理

在实际应用时，电力设备因型号规格、用电形式等情况的不同，功率有所差异。在电力系统运行阶段，电力设备一般需要电力系统构建与之适应的磁场，从而使能量的消耗不转变成有功功率而转变成无功功率。通常来说，选择电力系统的变配电设备时由其视在功率决定[1]。视在功率可以分为有功功率和无功功率两种形式，其中无功功率在实际传输时所出现的负荷会给电网的运行带来一定的影响，可能会增加其运行负荷或者加大电网损耗，影响电力系统的安全运行，而解决该问题的主要手段是补偿输电系统。通常在高压设备电网系统都会设置无功补偿设备[2]。

无功补偿在具体运用时能够实现动态化补偿，可不与电网阻抗发生冲突，且能够科学定位电网中的频率变动状况，并有效控制电路。在电网中使用无功补偿技术后，可以很好地控制电网中的电流、电压等[3]。

1.2 无功补偿作用

第一，可以提高功率因数。在设置无功补偿设备后，传输无功功率会降低。在有功功率不发生改变的条件下，功率因素会随之提高。

第二，调节电压质量。对于高压线路来说，它的电感电抗要远远大于电阻，而线路电压损耗绝大部分都是由线路传输的无功负荷来决定的。提升功率因素，将线路中的武功电流降低，能够减少电压损耗，保证电压质量[4]。

第三，降低电力损失。企业在进行动力配线时，根据各线路负载的状况，提升功率因素之后总电流会变小，可有效控制供电端和用电端电力损耗。

第四，延长电气设备使用时长。调整功率因素后，线路总电流会变少，从而降低原本接近或已用至饱和的变压器等各种设备的负荷，提高设备的使用时长[5]。

1.3 应用优势

在电气控制中，电工电子技术发挥着很大作用。从应用实际状况看，电工电子技术的应用能够保证电气控制效果，降低电气运行时安全故障的发生概率。同其他技术相比，电工电子技术的优势更明显。若是将其与电气工程结合，可以有效提升实际生产效果。同时，应用电工电子技术能够提升工作人员的工作效率。现阶段，各领域对电的需求量都非常大，依赖性强。应用电工电子技术能够有效控制电力系统，降低各种安全隐患的发生概率。在人员配置上，相较于传统的运行模式，机械设备代替人工操作可以有效提升工作效率[6]。此外，电工电子技术属于新型技术，适应性较强。电工电子技术以计算机技术为核心，在各种系统、舍尔比的运用上都具备很强的适应性，对提升工作效率、缓解工作压力等具有明显优势。

第一，电子电工技术具有全控化特点。在传统的电力系统中，人工需要处理的工作内容非常多。电子电工技术与网络技术相结合，工作人员可以采用全新的电力系统进行自动化控制和智能化控制，实现全控化格局，减少一部分人工作业压力。例如，在全新的电力系统中，工作人员不再使用普通的晶闸管，显著提升了电力系统的运行效果。

第二，电子电工技术具有集成化特点。集成化指的是多种部件巧妙集合起来，共同组成一个全控型器件。这不仅可以节省设备所占空间，还可以在一定程度上降低生产难度，控制生产成本。

第三，电工电子技术的应用效率高。传统的电力系统运行时，工作人员不得不削减一些部件，以降压的方式来提高运行效率。进入网络时代，工作人员应用变换技术来降低能耗，进一步提升了各个区间的工作效率。

第四，电工电子技术具有高频化特点。在网络技术、集成化技术的带动下，我国电力系统也开始朝高频化方向迈进。基于高频化优势，电力系统整体的运行速率表现优良。在全新的电力系统中，各个设备的外部状态也更加整洁、美观。

2 电工电子技术在无功补偿自动控制中的应用

无功补偿是电网运行体系中非常重要的设备。在其自动控制中，电工电子技术的应用能够保证全面发挥无功补偿的功能优势。

2.1 复合开关

复合开关是使用频率很高的设备，能够有效控制并联可控开关和交流接触开关，确保电压过零导通顺利完成，第一时间将电流过零切断，且能够在开关开启、闭合时控制电流。对于复合开关来说，它主要有两种功能：一是能够应用单相、三相分补两类开关连接方式；二是可以使用单相或者三相共补开关连接方式，一般应用于功率、低压无功补偿比较类似的电力系统[7]。但是，在选用这些连接方式时，需要全面考虑当地的电力系统运行实际。通过有效分析、调整，选用最佳的连接方式，使电力系统稳定运行。在此过程中，要注意灵活选取连接方式。若是电网运行存在异常，要及时使用能够解决问题的复合开关。但需要注意，不管应用哪种类型的复合开关，都必须考虑其经济成本，既要保证电路无功补偿的效果，又要保证企业的利益，实现两者的均衡发展。

2.2 无触电晶闸管

电容器组出现涌流问题的概率很高。如果电容器出现涌流，会影响整个电网的安全运行，带来不可预知的后果，其中最直接的是缩短电容器组使用寿命。如果情况非常严重，会烧毁电容器组或者造成人员伤亡。为了杜绝该情况的出现，要有效应用无触电晶闸管。但是，仅仅使用无触电晶闸管还不够，在具体应用时会产生大量热量，如果不及时散热，热量堆积同样会诱发各种严重问题，导致接触部位零件设备损坏，甚至造成整个电网瘫痪。为了快速散热，防止热量大量堆积，大部分设备都配置了电风扇[8]。

2.3 机械式接触设备

接触设备是电容器组关键的部件之一，具有不可替代性。目前应用的无功补偿自动化设备虽然有其自身优势，但是还存在一些不足，如自动化控制涌流等。为了解决存在的问题，需要应用专业的接触设备进行控制，提高限流电阻。机械式接触设备应用率的提高，进一步验证了这些设备能够有效适应电网运行要求，有效解决电网运行过程中发生的常见问题。目前，机械式接触设备的应用效果良好，值得被推广、应用。

2.4 电路仿真

电路仿真包括控制电路和主电路两种仿真形式。其中，主电路包含反并联晶闸管、交流基础及触头构件。以某单位低压供电系统为例，下面论述其主电路仿真设计。这一供电系统电路仿真可通过交流接触器电容来实现。10 kV三相电源可使用星形接法中性点对系统内部做接地处理，并控制电压使其处在合理范围内。在电力系统运行过程中，接触器触头常常出现起弧问题，特别是当电路瞬间达到尖峰时，这一现象更加明显。在电容运行后，电路常常还会出现定额电流涌流。使用补偿电容器后，可以控制电流量，降低电力系统电能损失，同时可以减少三相电路中的电压相位差和电流。电路仿真设计中并未对切断电容器的时间进行有效说明，只说明了开启晶闸管时的触动脉冲情况。切断接触器后，有关人员才可以开启晶闸管触动脉冲，以控制出现大尖峰问题[9]。在进行新产品设计中，要确保有效发挥相关零部件的性能，实现相关结构件之间的配合和优化组合，以借助仿真技术进行模拟优化设计。

2.5 在过电流保护中的应用

过电流是指电子电路产生故障后发生的现象。一般会通过切断熔断器等方法对电路实施保护。因为电子电工器件的持续更新、发展，器件功率逐步增加，传统的控制手段已无法满足相应的要求，所以需要使用驱动信号控制手段替代原先的控制方式保护电路。

2.6 协助设计真空断路器

无功补偿技术的应用对供电系统的作用非常大，可以减少电路损耗，确保电网安全。表面上看，真空断路器结构比较简单，因而不需要投入太多的成本。但是，这类断路器在合闸时会出现很大的电力压力，导致机器设备负荷压力加大而损坏设备。为了保护设备不被损坏，在设计真空断路器时可使用无功补偿技术，以缓解设备运行过程中的电流压力[10]。