電工電子技術(shù)在無功補償自動控制中的應(yīng)用分析

焦向軍

聊城市技師學(xué)院，山東 聊城 252000

0 引言

近年來，無功功率控制技術(shù)在電能生產(chǎn)與電力輸送系統(tǒng)中的運用更加普遍，該技術(shù)的合理應(yīng)用能有效減少設(shè)備的功率損失，在提高電能輸送效益同時，又取得不錯的電能生產(chǎn)效益[1]。電工電子手段對供電系統(tǒng)無功的自動控制的合理運用，可以大大提高輸電變電設(shè)施的總體工作質(zhì)量，有著廣泛的實用性。

1 無功補償自動控制的作用

在社會發(fā)展技術(shù)水平的日益提升下，人類對動力資源的需要不斷遞增，也因此人類對電力系統(tǒng)的效能也有了很高的需求。在這樣的背景下，無功補償自動控制被普遍地運用到供電系統(tǒng)上，從而保證供電系統(tǒng)得以有效、平穩(wěn)、安全地工作，進而使設(shè)備負載減至最小化。另外，在無功補償自動控制方式下，還能夠更有效的減少電流對電力系統(tǒng)的損壞，進而保證了動力系統(tǒng)用電的穩(wěn)定能力和持續(xù)時間。而動力系統(tǒng)在具體的實際運用中，由于用電形式是多種多樣，因此其效率也會出現(xiàn)相應(yīng)的不同程度。以熱水器、白熱燈等供電系統(tǒng)裝置使用為例，其中供電系統(tǒng)裝置的總電流與壓力存在的相位時刻具有一樣，此時，該電流與壓力的乘積便是動力系統(tǒng)所損耗的總電能。不過，由于動力系統(tǒng)在具體的實際運行中，并不能有效地轉(zhuǎn)化為電能損耗，這就無疑增大了供電系統(tǒng)的壓力，要克服這一困難，就必須做好對動力系統(tǒng)的無功補償工作，從而增強了動力系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。在現(xiàn)代無功補償自動控制理論的幫助下，通過把電容器件布置于不同電氣單元內(nèi)部，可以合理地抵消額定電流，以便更良好地保護電力系統(tǒng)工作的可靠性和平衡性。為提高無功補償自動控制能力，技術(shù)人員應(yīng)針對具體要求，合理地設(shè)置無功補償系統(tǒng)。

2 無功補償方式

無功補償?shù)脑O(shè)備主要是利用變壓器提供的各種補償方法，變電站通常采用十kV線路，并為其分配采用的無功補償設(shè)備。而且高集中彌補主要依靠上層提供，對下層供電不能實現(xiàn)可靠彌補。這時，就必須采用低壓集中補償設(shè)備，在用戶負荷發(fā)生波動的情況下實現(xiàn)跟蹤補償，以降低供電損失，不過，其補償額通常不準確，也不能精確掌握賠償數(shù)量。而桿上線路彌補則是采用架空線路的設(shè)備，操作簡便，也易于維修，不過，由于會收到外部的環(huán)境因素影響，為防止過量彌補和輕載的出現(xiàn)，通常并不采用分組。用戶終端分散補償是指一個可以就近彌補的設(shè)備，通常設(shè)立在發(fā)電機或是其他電力設(shè)備邊上，由于比較適應(yīng)小型裝置，產(chǎn)生的補償點呈離散狀，不能加以聚集，而且極易受負載影響，因此總體的補償效果較低[2]。

3 電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科技的進一步發(fā)展，電工電子技術(shù)也逐步開始廣泛應(yīng)用于動力系統(tǒng)中，并取得的效果越來越顯著。根據(jù)有關(guān)的研究表明，電工電子技術(shù)在動力系統(tǒng)中的運用，重點集中在發(fā)電與手動系統(tǒng)二方面。在自動控制方面，電力工作主要是由手動調(diào)壓系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)和自動平衡控制系統(tǒng)等組成。在發(fā)電中往往要包括許多電子設(shè)備，而這些設(shè)備的工作狀態(tài)、操作效率等，將會直接關(guān)系電力系統(tǒng)運行的安全平穩(wěn)地工作下去。人們近年又明確提出了一個新概念，即可控制硅靜態(tài)勵磁，重點在于利用數(shù)字化技術(shù)改善系統(tǒng)運行安全性與效率。綜上所述，隨著電工電子科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，人們堅信在不久的將來，電力系統(tǒng)運行會越來越良好。

4 電工電子技術(shù)與智能化技術(shù)的結(jié)合

人工的大規(guī)模使用，往往意味著管理的困難和管理制度的完善，這對于人與人之間的交流溝通具有相當強烈的需求，也很容易在管理工作流程中出現(xiàn)信息傳達不到位的狀況。但由于電工電子信息技術(shù)的產(chǎn)生與使用，這種問題已經(jīng)得到了很好的緩解。將電工電子信息技術(shù)和計算機相結(jié)合，運用電子信息技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大部分工作中都可以使信息溝通與互動帶來方便，從而更精確地實現(xiàn)工作人員所下達的每一條命令。同時隨著現(xiàn)代電子信息工程技術(shù)的加入，在電工電子信息技術(shù)的統(tǒng)計與測量領(lǐng)域都十分的迅速便利[3]。所以，電工電子技術(shù)以相當快的速率取締了自動化，并以其最高效能來進行每一個任務(wù)。此外，將電工電子技術(shù)與遙感技術(shù)和數(shù)字化信息技術(shù)結(jié)合可幫助信息的數(shù)據(jù)處理與貯存，三者科技的交流和協(xié)作可使動力系統(tǒng)的正常運行中獲得最佳狀態(tài)，也可增強電力系統(tǒng)運行大負荷任務(wù)的能力。當然，電工電子設(shè)備的使用中也是不可沒有人工的介入的，只不過人工的角色已經(jīng)從主體地位變成了客體地位，從主要的執(zhí)行人員變成了輔助人員，并利用了人力與機器的結(jié)合來實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的智能化行為和智能化流程，使電網(wǎng)管理變得越來越具備科學(xué)化與技術(shù)性。

5 電力系統(tǒng)無功補償應(yīng)用的措施

5.1 無功補償電力容器

從工程設(shè)計的角度來看，無功補償式動力容器不論是裝配工作，或是維修工作，都是比較簡便的，只是它在實際應(yīng)用的過程中，往往采用的只是流感性的無功補償，而不能提供連續(xù)性的調(diào)整。另外，由于電力電容器的正負電效應(yīng)會削弱電網(wǎng)電壓，與此同時補充電量就會有所減弱，由于電容器的補償容量減少，使得補充的過勞而無功率地急劇減少，再外加諧波的傳動影響，因此電力電容器也會發(fā)生被破壞的現(xiàn)象。

5.2 無功補償同步調(diào)相機

調(diào)相機也是自動運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，作為一種無功率因數(shù)動態(tài)補償性設(shè)備。其運行特點是通過改變勵磁功率，由容性的或感性的無功電量變化而產(chǎn)生。因為在同時調(diào)相機的工作過程中，設(shè)備處在正常運轉(zhuǎn)階段，所以會產(chǎn)生大量噪聲，能量消耗也相應(yīng)較多。當然，要進行對設(shè)備的保養(yǎng)與保護工作也是比較困難的。由于現(xiàn)階段電力系統(tǒng)無功功率時控制的很快，而同時調(diào)相機工作速度慢，且不易控制，因此也就無法達到有效控制的要求[4]。

5.3 靜止無功補償裝置

與傳統(tǒng)電力容器和同步調(diào)相機比較，靜態(tài)無功補償設(shè)備摒棄了二者所具有的弊端，在工作過程中噪聲較小，但工作速率更快。由于電力電子科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新的開關(guān)元件也被研發(fā)了起來，并在靜態(tài)無功補償裝置中得到廣泛應(yīng)用，從而達到了動態(tài)補償效應(yīng)。不過，從運營成本的角度來看，盡管靜態(tài)無功補償設(shè)備減少了安裝維修的維護成本，但裝置費用仍然高昂，而且還必須安裝濾波集成電路。

6 電工電子技術(shù)在無功補償自動控制領(lǐng)域的實際運用

6.1 無觸點晶閘管的運用

盡管在實際運行的階段，電器皿的涌流情況一般都能夠得到有效抑制，可是一旦產(chǎn)生了涌流情況，所帶來的危害卻是非常巨大的，很容易造成交流設(shè)備觸頭的粘接盒的破壞，對電器皿的正常運行產(chǎn)生了干擾。在現(xiàn)代科研技術(shù)有效發(fā)展的大背景下，我們已經(jīng)開發(fā)出無觸點式晶閘管，此器件一經(jīng)推出，就以其所具有的突出優(yōu)點而得到了高效應(yīng)用，其所體現(xiàn)的特點就是當電壓達到的零時下，流量可以由控制器進行主動切斷，防止了拉弧的情況，當然也就不至于產(chǎn)生了觸頭粘接或者破壞的情況，從而保證了電器皿的生命。不過除去上述優(yōu)點，無觸點晶閘管也存在某些弊端，比如，這種裝置容易在通過電容器的地方產(chǎn)生結(jié)壓降，進而形成高頻諧波電流密度，對電容器的良好工作產(chǎn)生干擾。此外，工作過程也會產(chǎn)生巨大的熱量，使得四周的電力設(shè)施工作溫度相應(yīng)增加，最后造成很多裝置由于高溫的情況而產(chǎn)生失效情況。

6.2 電路仿真

隨著計算機和電工電子等科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，在電工電子電路中，可積極運用計算機進行電路仿真模擬。目前，對集成電路的仿真結(jié)果模擬主要可劃分為主控電路和控制電路二個類型。晶閘管、交流接觸器等一起組成的主電器系統(tǒng)。在具體應(yīng)用過程中，一旦交流接觸器發(fā)生起弧的狀況，工作人員就必須迅速地對其加以投切，又或者使用無功補償電容器改善涌流狀態(tài)。由此可見，利用計算機技術(shù)不但可以建立模擬電路，還可以仿真無功補貼中電容器的具體使用效果。當對電工電子高新技術(shù)領(lǐng)域加以運用時，由于使用復(fù)合開關(guān)還可以實現(xiàn)無功補償自動化的控制投切。同樣，可以組合自動控制電路，當三相電壓的所有電流均為零時，可控硅僅需0.2s的時間就可以傳遞電流至晶體管位置，閉合了接觸器，可以在計算機的輔助下實現(xiàn)仿真電路模擬過程。但必須指出，它雖不能有時序上的特殊要求，但通常對晶閘管的脈沖有規(guī)定，可以有效防止在切斷接觸器時電網(wǎng)產(chǎn)生尖峰電流過大的情況問題[5]。

6.3 在電力系統(tǒng)自動啟動中的應(yīng)用

動力系統(tǒng)主要由手動發(fā)電、自動負載調(diào)節(jié)和手動平衡三種系統(tǒng)所構(gòu)成，而近年來，由于電工電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微機工藝、微處理器、功率管、多功能開關(guān)管等新器件和工藝在也都獲得了廣泛的運用，這就為進行無功補償?shù)目刂苿?chuàng)造了基本條件。在無功功率自動補償器的發(fā)展歷程中，由于電工電子科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，也促進了許多新興技術(shù)的發(fā)展，例如，通過補償繼電器、補償電容器的連接技術(shù)、并聯(lián)電容器投切等的新方法，就能夠達到對電網(wǎng)中涌流問題的有效抑制與消解。另外，由于現(xiàn)代科技的進展，電動計算機的所有元器件和設(shè)備的數(shù)量正逐步減小、總?cè)萘空鸩阶兇?，可以從一定意義上克服以往電力系統(tǒng)無功補償所存在的缺點，從而充分體現(xiàn)了無功彌補對自動設(shè)備的有效性。

6.4 在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在整個動力系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié)中，許多裝置都和發(fā)電環(huán)節(jié)之間有著非常緊密的聯(lián)系，所以，這些裝置的工作情況是不是良好，也會直接影響這整個動力系統(tǒng)的供電效果與服務(wù)質(zhì)量。而一般來說，通過運用數(shù)字技術(shù)就能夠達到對可控硅靜止勵磁的調(diào)整和改善，因為這樣就能夠減少對電流變化所造成的影響了。在整個動力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)上，通過采用基于電工電子技術(shù)的無功補償自動控制設(shè)備，就能夠使整個發(fā)電裝置的工作效果達到最優(yōu)化，進而實現(xiàn)了減少電能浪費、達到電力系統(tǒng)節(jié)約能量的目的。因此，在發(fā)電過程中，所采用風(fēng)機水泵的功率一般都比較高，但如果采用了變頻控制，就能夠很好的控制風(fēng)機水泵的轉(zhuǎn)速，這也能合理控制風(fēng)機水泵的功率大小。

6.5 特高壓主變中壓側(cè)接入補償?shù)碾妷鹤兓治?/h3>

從補償設(shè)備的物理特點可以得知，在注入電抗或者電容器之后，母線電壓會變化，而電流變動幅度則和投入設(shè)備的總?cè)莘e，以及系統(tǒng)短路容量有關(guān)相關(guān)。按照中國技術(shù)標準DL/T5014—2010規(guī)范，補充電氣設(shè)備后該電氣設(shè)備所在母接線壓力的變動值不應(yīng)超過該變壓器所連接額定電壓的百分之二點五，在主變中低壓的投切補充電氣設(shè)備后的壓力變化波動要比五百千伏，但變動也不得超過百分之五。

6.6 采取有載調(diào)壓設(shè)施

就目前情況而言，高負載調(diào)壓裝置一般處于無壓運行的狀態(tài)，但這樣很容易造成供電高峰期而產(chǎn)生各種情況。因此現(xiàn)在較為普遍的使用是載調(diào)壓裝備，以有效保證線路電力的平穩(wěn)。即使是不同負載，都能夠利用調(diào)壓設(shè)備實現(xiàn)控制，確保電工電子系統(tǒng)高效工作。在實際使用中，可以針對峰值和低谷期實施特別控制，達到顯著的控制作用，有效減少設(shè)備損失的產(chǎn)生[6]。

6.7 技術(shù)選擇

首先，基于補貼方案的差異，一般要求在電能自動化中或智能無功補償技術(shù)運用中，依據(jù)不同方案的使用要求而加以選用，并要求使用目標與實際需要相符合。其次，因為三相交流電在電工及電子系統(tǒng)自動化電網(wǎng)建設(shè)和用電設(shè)施的運用中，出現(xiàn)了不均勻問題，且差別也比較懸殊，所以，在選用時需要遵守如下要求：①在離散補貼和集成補貼組合條件，側(cè)重于前者；②穩(wěn)定補貼和調(diào)整補貼組合條件，側(cè)重于前者；③在低溫補貼與高壓電流補貼組合條件，著重于前者；④受電力設(shè)備復(fù)雜的因素，需要依據(jù)其輸出功率和承受的最大負載大小，可采用與固定補償技能、動態(tài)補償技術(shù)等組合方法取消它們的無功功率，其優(yōu)點就是能夠提高補償方法的靈敏度，從而降低投資;同時，利用動態(tài)補償技術(shù)能夠提高設(shè)備檢測功能、提高對其無功功率控制的跟蹤補償、最終實現(xiàn)了電工電子系統(tǒng)運行效能和勞而無功補償效能的雙重提高。

6.8 有效控制，設(shè)置參數(shù)

以計算機輔助系統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)資料，先對電工電子控制系統(tǒng)中的壓力、流量、無功效率、有功功率等數(shù)據(jù)加以收集，目前已經(jīng)形成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并能夠提供商業(yè)使用。再根據(jù)對無功效率的管理需求，通過補充方法選擇，在根據(jù)控制系統(tǒng)的有功功率和投切開關(guān)限量的前提下，選擇了穩(wěn)定性良好的電容器產(chǎn)品。方法主要包含：①電壓規(guī)定要求管理中使用管理，其中包含對系統(tǒng)中的高壓防護、欠壓防護裝置，用以增加投入的壓力值，進而實現(xiàn)對無功效率所設(shè)的防范。②利用計算機對投入周期實現(xiàn)有效管理，并確定延遲時間，同組內(nèi)的電容器投入裝置和其他要求相符；快速動態(tài)的投切時限以設(shè)置零為準。

7 結(jié)語

從最近的科學(xué)研究中可以看到，無功功率控制系統(tǒng)已普遍存在于各種大電網(wǎng)的運輸過程中，而這種無功功率控制系統(tǒng)的產(chǎn)生將會減少電網(wǎng)壽命，從而給大電網(wǎng)的發(fā)展造成了障礙。所以，一定要對無功補償自動控制技術(shù)開展相應(yīng)的科學(xué)研究工作，使其和電工電子等科學(xué)技術(shù)加以結(jié)合與碰撞，促使無功補償自動控制技術(shù)發(fā)揮得更加穩(wěn)定，從而更加適應(yīng)現(xiàn)階段我們的需要。