电力电子对无功补偿自动控制的应用

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摘要：本文主要对于无功补偿装置的应用进行详细的分析，指出无功补偿的具体做法以及应用的一些情景，希望对于我国的电子电力技术发展有所帮助。

关键词：无功补偿；自动控制；电力电子技术

无功补偿在电力工程中有着重要的应用，通过无功补偿，电力再传输中的功率消耗能够最大程度的降低，进一步地提升电网的运输功率，在我国电网传输中起到了十分重要的作用。如今无功补偿在与电力相关的诸多行业都有着充分的应用，在不断变化发展的电子电力行业中，人们对于这种有着良好应用的技术的关注程度在不断地增加。

1关于无功补偿装置在整个电力系统当中的应用分析研究

1.1无功补偿在电力系统当中的应用效果分析

整个社会的发展速度由于能源的供应速度而不断提升，这些年的实际情况反映了，我们国家对于电能的需求量在不断地提升，我们国家的电力输送行业必须与不断发展的社会经济相匹配。所以整个电力系统的建设也在不断地扩大，然而在增加的发电量的同时，也需要减少电能在运输时的消耗，降低电力部门的运营成本。通过无功补偿技术，让整体的电网运行质量得到保障，减少能源在运输过程中大量被损耗的电能，强化整个电网的运行速度，这种无功补偿可以被直接的添加在原有的电力系统当中，而不需要进行额外的设计和改进，从而拥有良好的工作能力，提升电网系统的整体运营安全和稳定性。之所以能够肯定无功补偿装置在电力运行中的用途，是因为它不仅能够极大幅度的降低能量运输的损耗，还能够让传输的电能质量更高，更加的稳定。

1.2无功补偿当中同步调相机的相关科学分析

在无功补偿的应用中，一定程度上参考了同步调相机的工作原理，同步调相机其实也是一种发电机，以同步旋转的方式运行，在种类上，属于无功率动态补偿装置，这种电机的工作原理主要是反映了其通过励磁系统的调节满足有容性功率地输出，在种类上能够被视为是一种无功率动态补偿装置。此外无功率补偿装置也能够被视为是一种同步旋转式的发电设备，运行中时序不断的旋转，并产生大量的噪声，进而导致了电力传输的损耗，通过实际的工作分析不难发现，在同步调相机的检验和维修上较为方便。而通过对目前的状况研究，可以发现无功率变化速度在整个电力系统中变化迅速，现有的机器运行速度无法匹配如此快速的功率变化，这种不利因素使得无功补偿同步调相机的实际运用能力十分有限，无法满足实际的工作需要。

1.3无功补偿装置当中静止无功补偿装置分析

无功补偿装置当中的静止无功装置被研究设计出来拥有着相应的作用，这种作用是为了缓解在电力容器和同步调相机中的一系列设计缺陷造成的工作问题。将静止无功补偿装置与同步调相机的工作环境进行分析比对，能够明显的发现静止无功补偿装置在实际工作中的优点，最为显著的优点为，静止无功补偿装置在运行当中的噪声很小，在运行的速度上也快于同步调相机，这说明静止无功补偿装置的设计思路更加先进，正是这样，与无功补偿装置相配套的新型原件才能被不断的设计开发出来，在当前的装置中得到更好的运用。但无功补偿装置并不是完美的，那就是其制造成本要远远高于同步调相机，这种高昂的一次投入使得电网运行的整体成本在初期会有着更高的负担。在电力系统建设中应该仔细地考虑这种问题，进行更符合市场要求的电网建设。

2关于无功补偿自动控制中电力电子技术的应用分析

通过对无功补偿控制装置的工作原理分析可以看出，电力电子技术在日常的应用非常广泛，有以下几种方式。

2.1电力电子技术的机械式接触器应用研究

通过对无功补偿装置的分析可以发现，开关设备的自动控制与电容器的联系程度较高，因为开关设备的自动控制是由于电容器的断开和闭合来决定电流的传输。在电流输入到装置之前，电路中的电压表现为0，开关的过程中，电流经过了整个电路，电压也会陡然上升，这个阶段电容器的电流会极大程度影响到电容器的工作，在严重的情况下甚至会将电容器的工作组件破坏。

2.2电力电子技术当中无触点闸管的应用研究

通过工作中的实际观察发现，在并联情况下的电容器工作组在其内部经常性的产生涌流现象，这种涌流情况会影响电子元件的工作情况，是一种我们不希望出现的情况，涌流现象过于强烈，会导致电容器中的接触器触头过载，导致电容器被破坏。工程师通过思路的转变，在无功补偿装置中运用无触点晶闸管，实现电容器的保护，在实际的工作中，当电压超过0伏的时候，可控硅会发挥其应有的作用，实现涌流的自动控制，对于电压为0的情况，通过分析可知，无触点的晶闸管会脱离工作状态，在一定情况上，可以避免由于电容器合闸瞬间产生的涌流情况，导致电容器被破坏的问题。以上，我们讨论的是无触点晶闸管在工作中的优势，然而无触点的晶闸管也拥有着一些弊端，首先，在谐波电流出现时，整体的工作情况会被严重地影响，当工作时间推移，设备温度上升时，由于缺乏有效的散热装置，温度居高不下，会导致电阻的上升，现有的排风扇设计，也很难降低工作环境的高温。

2.3电力电子技术当中复合开关的应用分析研究

与机械式接触器和无触电晶闸管一样，复合开关也是无功补偿装置的重要组成部分，能够有效地解决严重的涌流问题，当复合开关在电流超过0的时候，复合开关可以发挥其应有的作用，将涌流更好的控制住。分析复合开关的工作状况，可以发现复合开关之所以能实现涌流的控制，是由于并联电路的特殊工作情况。

3电力系统中对于无功补偿的应用

3.1无功补偿同步调相机

同步调相机是一种同步旋转的发电模组，与无功补偿技术有着相似之处，在实际的工作运行中，调节发电机中的励磁系统发出有容性或感性的功率。在实际工作中，同步调相机所暴露出来的问题有：由于其始终处于高速旋转的状态，会产生大量的噪声和损耗，产生噪声污染的同时，降低了电流运输的效率。面对这种情况，需要运用静止无功补偿来优化同步调相机的工作模式。

3.2静止无功补偿装置

为了能让同步调相机的工作得以优化，让同步调相机和电力容器更好的配合，静止无功补偿装置做到了两者之间的优化，有着良好的应用特性，在运行过程中速度得到了提升，也极大地减少了噪声的发生。目前我国电力技术的快速发展，对于无功补偿装置的要求提出了较为严格的水平，新型的开关器械被用在了控制同步调相机的工作流程中。动态无功功率补偿装置结构如图1所示，本图反映的是TCR型静止动态无功功率补偿装置，这种装置能减少维修人员的工作压力，降低维护成本，拥有着良好的应用结果。

3.3无功补偿电力容器

对于其他设备而言，无功补偿电力在维护运行装机上，都有着更为简单，易于维护的特点，但无功补偿电力容器在实际的应用中并没有人们想象的那样容易，由于在通常的电力供应系统中采取的是感性的无功补偿，对于这种电力系统无功补偿无法持续的进行。在使用电力无功补偿电容器时，会导致整体供电系统电压的下降，产生所谓的负电效应，这种效应只用交流接触器投切时，还会产生更为严重的起弧现象和触头震动现象。交流接触投切电容时，输电线路总电流波形如图2所示。这种复电效应会极大的影响电容器的补偿含量，快速的消耗电力容器的容量，在这种工作状态下，电力容器在受到强烈的外部干扰时，会产生高温，烧毁电力容器，造成电力瘫痪。

4无功补偿自动控制中应用电力电子技术

电力电子技术的执行机构，在无功补偿自动控制中主要分为以下三种。

4.1机械式接触器实施无功补偿自动控制

在实现无功补偿的过程中，应该让电容器和开关设备做到连通，所以在电流输入装置中初始电压始终为0，在电路闭合时电压会出现剧烈的变化，进而导致容器中电流产生相应的变化，这种变化会破坏电容器中的工作环境，所以安装机械式接触器能够有效的避免上述的不利情况，对于电容器中的电阻进行保护，稳定其工作环境。

4.2无触点晶闸管实施无功补偿自动控制

在并联的工作状态下，电容器中的阻容器会导致元件相接触的连接点温度升高，并且严重情况下还会被烧毁，这种情况叫做涌流现象，在无功补偿过程中需要通过先进的电子技术，将固态继电器应用在无功补偿装置中，在电容器运行之后，利用其中包含的硅介质实现无功补偿自动控制手段。电容器失去电压后会自动关闭无触点晶闸管，有效的防止电容器在闭合时由于上述的涌流作用导致工作元件的破坏。这种工作模式有着一定的问题，那就是电容器的持续运行会产生更多的谐波电流，让整体的电力设备温度提升，而这种温度提升是难以被排出的。

4.3复合开关实施无功补偿自动控制

除了以上外，在无功补偿过程中，也有采用复合开关和一些其他方法，抑制无功补偿中产生的不良现象。在电流进入到电容器中，通过负荷开关的机构，可以使电容器所承担的涌流降低到最低水平，复合开关所含有的硅介质，也能够将电容器的电流散溢出去，实现元件与元件之间的正常交流接触，对整个电力系统的开关起到保护和控制作用，在正常运行下，电容器中的能量损耗也会被降低，因此采用复合开关装置能够让整个电力供应系统的自动补偿功能运用起来。在实际的工作情况中，选择适合工作实况的开关类型，比如三项共补复合开关和单项分补开关，这两种复合开关是目前应用的较为广泛的开关。要想降低系统运行成本，使电流的运行效率得以提升，也可以同时在采取这两种复合开关，并且在接线形式上做到复合式的设计，防止在电容器的合闸过程中产生涌流效应，导致电子元件被破坏。

5结语

在无功补偿原理的具体运用上，就是要减少电力传输中所白白流失的能量，提升整体的运行效率，目前无功补偿电力系统在我国已经得到了广泛的运用，降低整个电网运输的能源消耗。而对于这种无功补偿功率的改善，就是要将这种系统直接的套用到自动化的控制电力系统中，实现完全的自主控制。

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作者：蒋佳妮 田璐羽 单位：上海理工大学