论文部分内容阅读
摘要：随着电气自动化技术和设备在电力工业领域的广泛运用，动态无功补偿技术与谐波处理的问题日渐明显，在整个系统中也带有谐波，陈旧的静态无功补偿和静态无源滤波的相关配置早已无法满足使用需求，动态无功补偿技术的出现和应用为这一难题的解决指明方向。本文对无功补偿技术的特点和设计的方法进行分析，再以实际案例描述无功补偿技术在电气自动化领域的应用策略。
关键词：无功补偿技术；应用；电气自动化；设计
一、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，为感性负载提供所耗的无功功率，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，可以使得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，此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，以保证电网功率因数明显提高，同时降低网络损耗。
二、电气化铁路无功补偿技术的发展现状
1.真空断路器投切电容器
该设备在运行的过程中，操作十分的简便，同时在资金投入方面也不是非常多，但是其在应用中也存在着一定的不足。在合闸的时候，电容器中可能会产生非常大的过电压，所以可能会对电气设备构成非常大的损害，此外，开关的寿命是有限的，所以不能在短时间之内多次的进行投切操作，从而使得动态补偿的效果受到了非常不利的影响。
2.固定滤波器和井下管调节电抗器
反并联井下管和电抗器以串联的方式连接可以使其和并联的滤波器当中的多余荣幸无功补偿电流相互抵消，这样也就使得设备始终处在一个相对平稳的状态，功率因数方面的要求也得到了非常好的满足。而在系统运行的过程中，需要的晶匣管的数量不是很多响应的速度和效率能够体现出非常明显的优势，同时固定滤波器也能在很长时间内发挥其应有的作用。但是它也存在着一定的不足，在运行的过程中非常容易产生谐波的问题。
3.固定滤波器和晶匣管调节变压器
这两种设备通常是借助高漏抗变压器来给系统运行造成不利的影响，其在运行的过程中可能会产生比较明显的有功损耗，因此这种设备一直都没有得到广泛的应用。
4.固定滤波器、可控饱和电抗器
其主要是借助对饱和电抗器的磁饱和度加以调整来使得回路中的感性电流发生相应的变化，之后采取一定的措施使得感性电流和滤波器当中的多余容性无功功率相互抵消，这样就使得二者达到一种比较平衡的状态，它主要的特点是固定滤波器的并联滤波支路可以在很长的时间之内加以应用，对于设备而言，其存在着一定的损耗，在运行中也会产生非常明显的噪声。
5.有源滤波器
有源滤波器主要是借助电力电子装置产生和谐波电流和负序电流相反的电流，这样也就可以将这两种电流相互女抵消，使得电源得到的无功电流能够充分满足其运行的基本要求，在应用的过程中，其灵活性非常强，同时在较短的时间之内就可以完成调节工作，此外还不会出现系统谐振的情况，但是有一点需要注意的是，电力电子设备自身的价格相对较高，这会大大增加运行的成本。
6.固定滤波器、电容器和电抗器的调压
在系统运行的过程中，其主要是借助调节降压变压器的低压侧母线电压来调整滤波器和电抗器的电压，从而使得无功出力成为可能，在对其进行调节的时候，采用晶匣管通段的分解开关无载调节的方式，从电气寿命理论的角度来说，它是不会受到某些因素的限制的，但是在应用的过程中，它能够借助加装来提供一个更加稳定的无功功率，从而体现出其滤波的效果。
三、无功补偿技术在电气自动化中的具体应用
1.同步调相机
同步调相机是指当同步电动机不带负荷空载运行时，并专门向电网输送无功功率的装置，也是一种动态运动无功补偿装置。同步调相机在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起到无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸收感性无功功率而起到无功负荷的作用，可降低系统电压。
自上世纪50年代左右，同步调相机已初步应用于电力系统的电压和无功功率的控制当中，并主要装设在变电所，和变压器相连接。该装置的主要优点是可根据电压平滑的调节输入或输出功率，但是存在着运行维护复杂、响应速度慢、有功损耗量大等明显缺陷，因此近年来应用率已逐步降低。
2.静止无功功率补偿器（SVC）
静止无功功率补偿器是指其输出随电力系统特定的控制参数，而变化的并联连接的静止无功功率发生装置或无功功率吸收装置，主要包括了饱和电抗器、晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。和同步调相机相比，SVC是一种完全静止的设备，但是其无功补偿的过程是动态的，即可根据系统无功功率的需求或者电压的变化，来实现自动跟踪补偿。SVC的一个最主要的特点是依靠晶闸管等电力电子元件来完成调节或投切功能，从而可实现频繁的调节和投切，其动作速度是毫秒级的，远比机械设备的动作速度更快。
目前，SVC已被广泛应用于电气自动化的各个领域中。在输电系统中，SVC可有效控制因长距离输电线路甩负荷、空载效应等引起的过电压；可明显改善暂态稳定抑制系统的无功功率和电压振荡；可维持输电线路的电压，提高线路输送有用功的能力。
3.统一潮流控制器（UPFC）
统一潮流控制器是在一台SVG和一台静止同步串联补偿器（SSSC）复合而成的，具有一个共同统一控制系统的新型潮流控制器。通过UPFC，不仅可以连续改变输出电压的幅值和相位，而且可以实现对电气设备及线路无功功率、有功功率潮流的控制。UPFC的功能，主要包括了以下几个方面：
（1）可分别或者同时对电力系统的有功功率、无功功率及电压进行调节和控制，可以对交流输电系统进行实时控制和动态补偿，并提供了多种补偿功能，从而极大的优化了系统运行效率，提高了系统的暂态稳定性和运行质量。
（2）可实现对线路潮流的准确调节，提高线路电力的输送能力，保障系统的暂态稳定性。
（3）可以独立的控制电气设备及线路中的有功功率和无功功率，并可作为并联或串联的无功功率补偿器。
4.有源电力滤波器（APF）
有源电力滤波器是由全控电力电子器件组成的变流器，提供与补偿电流（电压）大小相等、极性相反的电流（电压），以抑制负载所产生的有害电流（电压）的主动式综合补偿装置。APF在电气自动化中的应用，可利用适当的电路结构和控制技术，实现高次谐波补偿、三相不对称补偿、补偿点电压稳定、电压差补偿、功率因素补偿等多种补偿方式。与其它补偿装置相比，APF在电气自动化中应用，主要有以下几方面优点：
（1）能对频率和大小都变化的谐波实现动态补偿，并能跟踪补偿多次谐波，对补偿对象的变化也有极快的响应。
（2）不仅可補偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功功率。在运行过程中装置基本不消耗功率，因此运行效率远高于串联LC滤波器。
（3）补偿方式灵活，既可对一个谐波和无功单独补偿，也可对多个谐波和无功集中补偿。
结语
在谐波综合治理技术和无功补偿技术方面，一些电气自动的变电站已经提出的更多的无功补偿技术的应用方案，由于无功补偿技术的设计实现方案充分利用可控性及有源补偿灵活性和无源补偿大容量等特点，所以无功补偿技术具有其可行性，尤其是混合有源滤波器的并谐波注入式的无功补偿技术，无功补偿技术具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]张建平.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].机电信息，2012（02）
[2]金永旺.对无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].科技致富向导，2012（05）
[3]李竟达.浅谈电气自动化中无功补偿技术的应用[J].山东工业技术，2016，06：130+173.
关键词：无功补偿技术；应用；电气自动化；设计
一、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，为感性负载提供所耗的无功功率，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，可以使得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，此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，以保证电网功率因数明显提高，同时降低网络损耗。
二、电气化铁路无功补偿技术的发展现状
1.真空断路器投切电容器
该设备在运行的过程中，操作十分的简便，同时在资金投入方面也不是非常多，但是其在应用中也存在着一定的不足。在合闸的时候，电容器中可能会产生非常大的过电压，所以可能会对电气设备构成非常大的损害，此外，开关的寿命是有限的，所以不能在短时间之内多次的进行投切操作，从而使得动态补偿的效果受到了非常不利的影响。
2.固定滤波器和井下管调节电抗器
反并联井下管和电抗器以串联的方式连接可以使其和并联的滤波器当中的多余荣幸无功补偿电流相互抵消，这样也就使得设备始终处在一个相对平稳的状态，功率因数方面的要求也得到了非常好的满足。而在系统运行的过程中，需要的晶匣管的数量不是很多响应的速度和效率能够体现出非常明显的优势，同时固定滤波器也能在很长时间内发挥其应有的作用。但是它也存在着一定的不足，在运行的过程中非常容易产生谐波的问题。
3.固定滤波器和晶匣管调节变压器
这两种设备通常是借助高漏抗变压器来给系统运行造成不利的影响，其在运行的过程中可能会产生比较明显的有功损耗，因此这种设备一直都没有得到广泛的应用。
4.固定滤波器、可控饱和电抗器
其主要是借助对饱和电抗器的磁饱和度加以调整来使得回路中的感性电流发生相应的变化，之后采取一定的措施使得感性电流和滤波器当中的多余容性无功功率相互抵消，这样就使得二者达到一种比较平衡的状态，它主要的特点是固定滤波器的并联滤波支路可以在很长的时间之内加以应用，对于设备而言，其存在着一定的损耗，在运行中也会产生非常明显的噪声。
5.有源滤波器
有源滤波器主要是借助电力电子装置产生和谐波电流和负序电流相反的电流，这样也就可以将这两种电流相互女抵消，使得电源得到的无功电流能够充分满足其运行的基本要求，在应用的过程中，其灵活性非常强，同时在较短的时间之内就可以完成调节工作，此外还不会出现系统谐振的情况，但是有一点需要注意的是，电力电子设备自身的价格相对较高，这会大大增加运行的成本。
6.固定滤波器、电容器和电抗器的调压
在系统运行的过程中，其主要是借助调节降压变压器的低压侧母线电压来调整滤波器和电抗器的电压，从而使得无功出力成为可能，在对其进行调节的时候，采用晶匣管通段的分解开关无载调节的方式，从电气寿命理论的角度来说，它是不会受到某些因素的限制的，但是在应用的过程中，它能够借助加装来提供一个更加稳定的无功功率，从而体现出其滤波的效果。
三、无功补偿技术在电气自动化中的具体应用
1.同步调相机
同步调相机是指当同步电动机不带负荷空载运行时，并专门向电网输送无功功率的装置，也是一种动态运动无功补偿装置。同步调相机在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起到无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸收感性无功功率而起到无功负荷的作用，可降低系统电压。
自上世纪50年代左右，同步调相机已初步应用于电力系统的电压和无功功率的控制当中，并主要装设在变电所，和变压器相连接。该装置的主要优点是可根据电压平滑的调节输入或输出功率，但是存在着运行维护复杂、响应速度慢、有功损耗量大等明显缺陷，因此近年来应用率已逐步降低。
2.静止无功功率补偿器（SVC）
静止无功功率补偿器是指其输出随电力系统特定的控制参数，而变化的并联连接的静止无功功率发生装置或无功功率吸收装置，主要包括了饱和电抗器、晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。和同步调相机相比，SVC是一种完全静止的设备，但是其无功补偿的过程是动态的，即可根据系统无功功率的需求或者电压的变化，来实现自动跟踪补偿。SVC的一个最主要的特点是依靠晶闸管等电力电子元件来完成调节或投切功能，从而可实现频繁的调节和投切，其动作速度是毫秒级的，远比机械设备的动作速度更快。
目前，SVC已被广泛应用于电气自动化的各个领域中。在输电系统中，SVC可有效控制因长距离输电线路甩负荷、空载效应等引起的过电压；可明显改善暂态稳定抑制系统的无功功率和电压振荡；可维持输电线路的电压，提高线路输送有用功的能力。
3.统一潮流控制器（UPFC）
统一潮流控制器是在一台SVG和一台静止同步串联补偿器（SSSC）复合而成的，具有一个共同统一控制系统的新型潮流控制器。通过UPFC，不仅可以连续改变输出电压的幅值和相位，而且可以实现对电气设备及线路无功功率、有功功率潮流的控制。UPFC的功能，主要包括了以下几个方面：
（1）可分别或者同时对电力系统的有功功率、无功功率及电压进行调节和控制，可以对交流输电系统进行实时控制和动态补偿，并提供了多种补偿功能，从而极大的优化了系统运行效率，提高了系统的暂态稳定性和运行质量。
（2）可实现对线路潮流的准确调节，提高线路电力的输送能力，保障系统的暂态稳定性。
（3）可以独立的控制电气设备及线路中的有功功率和无功功率，并可作为并联或串联的无功功率补偿器。
4.有源电力滤波器（APF）
有源电力滤波器是由全控电力电子器件组成的变流器，提供与补偿电流（电压）大小相等、极性相反的电流（电压），以抑制负载所产生的有害电流（电压）的主动式综合补偿装置。APF在电气自动化中的应用，可利用适当的电路结构和控制技术，实现高次谐波补偿、三相不对称补偿、补偿点电压稳定、电压差补偿、功率因素补偿等多种补偿方式。与其它补偿装置相比，APF在电气自动化中应用，主要有以下几方面优点：
（1）能对频率和大小都变化的谐波实现动态补偿，并能跟踪补偿多次谐波，对补偿对象的变化也有极快的响应。
（2）不仅可補偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功功率。在运行过程中装置基本不消耗功率，因此运行效率远高于串联LC滤波器。
（3）补偿方式灵活，既可对一个谐波和无功单独补偿，也可对多个谐波和无功集中补偿。
结语
在谐波综合治理技术和无功补偿技术方面，一些电气自动的变电站已经提出的更多的无功补偿技术的应用方案，由于无功补偿技术的设计实现方案充分利用可控性及有源补偿灵活性和无源补偿大容量等特点，所以无功补偿技术具有其可行性，尤其是混合有源滤波器的并谐波注入式的无功补偿技术，无功补偿技术具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]张建平.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].机电信息，2012（02）
[2]金永旺.对无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].科技致富向导，2012（05）
[3]李竟达.浅谈电气自动化中无功补偿技术的应用[J].山东工业技术，2016，06：130+173.