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[摘 要]随着我国电气自动化技术的飞速发展，并在诸多领域广泛应用、 发挥重要作用，电气设备中的非线性因素、单相电力牵引复合变化等日趋复杂，而随着无功功率的不断加大，在电力系统中的谐波、负率等有所增加，该问题越来越不容忽视。为了进一步解决国民经济生产过程中存在的电力资源消耗问题，以电气自动化技术的负荷特点、系统特点等角度来看，通过应用无功补偿策略，寻找综合补偿方法，可确保我国能力系统的安全、稳定运行。本文阐述了无功补偿技术在电气自动化发展中的存在意义和电气自动化中应用无功补偿技术的现状，介绍了一些在无功在电气自动化中合理采用无功补偿技术的策略。
[关键词]无功补偿技术；电气自动化；应用分析
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0397-02
1.无功补偿概述
有关无功补偿技术的探究，应优先了解无功功率问题。所谓无功功率，实际上是一个较为抽象的概念，一般应用在电路电场和磁场中的交换作用，并可在电气设备中应用，形成可维持磁场的有效功率。实际上，无功功率并不对外做功，而是转变为另外一种能量形式。一般情况下，如果电气设备中具有电磁线圈，并且涉及到磁场的作用，就会消耗部分无功功率。从表面意思来理解，无功功率并不是片面的没有用处的功率，以变压器运行为例，在工作中应用无功功率，在一次线圈中形成磁场，并且通过二次线圈的感应产生电压，促进变压器的“变压”作用。
有关无功补偿技术的工作原理，将容性功率负荷装置和感性功率负荷装置在同一组电路中并联，则可实现两种负荷之间的能量交换。在这种情况下，感性负荷运转需要的无功功率就可以通过容性负荷输出的无功功率实现补偿作用。在这一过程中，就是将原本通过电网或者变压器产生的无功功率，改变为通过交流电力电容器提供。
2.电气自动化发展中应用无功补偿技术的意义
在我国科技与经济同时得到了很大的进步，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，在变电站，高铁牵引系统中都应用了电气自动化技术。然而高速电气自动化技术的应用中存在着关于单相电力牵引的负荷复杂变化的问题，这些问题不仅会会导致无功功率的提升，还会增加注入电力系统的谐波和负序。这样一来，影响了电气自动化系统的资源利用率、降低了电力系统的安全性和系统的总体效益。根据，现有的电气自动化系统研究，我们可以知道，其中较为明显的主要有三个问题，谐波、负序和无功。虽然目前，国外已经有了不少对这些问题的研究结果，但是，对于我国这个人口大国来说，电气自动化在供电所应用的压力非常大，其中非线性因素带来的不可控问题更为严重了。近年来，出现的一些较为严重的大型电机厂组事故等，给企业和社会带来了巨大的经济损失，通过引入无功补偿技术，能够达到解决电气自动化系统非线性等问题。
3.电气自动化中应用无功补偿的现状
近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，为了构成有效的滤波通路、滤除谐波、降低负荷，提高电气的功率因数，其中很多无功补偿技术的引用目的都是在基波下牵引负荷的感性无功功率。这些无功补偿技术主要有以下种：
3.1 真空断路投切电容器
此设备简单且投资小，但是在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备发生损坏，而且对于这个设备，不能有过于频繁的投切，因为它受到开关寿命的限制。
3.2 可控饱和电抗器
这个设备是通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的電流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消从而达到平衡点。此设备的特点是可以再电气自动化系统中长期投入，但是，它会产生谐波，噪声较大，对设备来说也会产生一定的损耗。
3.3 有源滤波器
此设备是的使用目的是让电力电子装置负产生与负序电流和谐波电流相反的电流，使得其满足电源的要求，互相抵消。这种方案的有着调节速度快、补偿灵活、不会和系统产生谐振现象等优点，但是其设备的价格比较昂贵。
3.4 固定滤波器、电容器和电抗器的调压
这个设备通过连接低压母线上的电抗器或者滤波器、调节降压变压器的低压侧母线电压来调节，以达到改变无功出力的目的。这个过程的实现是通过加装晶闸管分接和通断开关来调节，实现提供稳定的无功功率并实现滤波作用的。
3.5 有源滤波器和无源滤波器
这个设备是以有源滤波器产生的电流和负荷中谐波电流进行中和，相互抵消，最终达到满足电源要求。其特点是充分利用了有源补偿和无源补偿的可控性和灵活性。虽然，无功补偿技术在我国已经得到了比较广泛的应用，但是电气自动化设备中的问道使得我们队无功补偿技术的研究必须有更深的研究。
4 优化无功补偿的容量以及安装位置
优化无功补偿的容量主要表为在达到年运行费用值最小、电网的损坏值最小、每年总的支出费用值最小的前提下找出最佳的容量补偿算法；通过对负荷周围以及沿线分布情况的考虑，找出最佳的补偿位置以及补偿容量的算法。这些算法有一个共同点，就是在得出所求量值的数学表达方程式之后，都会用函数求极值的算法来算出补偿的位置、补偿容量的数学方程式。函数计算的方式在数学的发展史中是一种比较古典的算法，因此，用这种方式来计算最优补偿位置和容量的方法经常被称为经典优化法。
4.1 利用计算机对配电网的补偿电容器进行监控
控制补偿电容器最基本方式是电流控制以及时控方式，利用计算机可以根SCADA系统采集到的实际出口时间、电流以及其他有效数据，从而控制投切的时间。采用这种方式不仅科学性强、精确度高；而且它调节方式也比较灵活、可靠，同时还可以对其电容器的运行状况进行监视。
4.2 系统硬件的配置
在硬件配置的过程中，中央控制系统最好是选用新型计算机，把SCADA主机与无线通讯监控系统连接在一起，便于监控安装在配电网补偿点上的投切装置。每个补偿点上要安装一台无线接收器，将其与自锁式的继电器连在一起，用作补偿电容器的开关，另外还要配有计数器。 4.3 系统软件的配置
设置好控制电容器系统的软件，它主要是用于调整以SCADA系统以及设定其周期性数据，使其转入暂存区。系统的数据库根据馈出线、配电网以及变电所中电容器的排序依次设定。数据库中的各组补偿电容器不仅有冬季和夏季的负荷电流、时间相对应的投切关系表。而且还有各补偿点负荷电流的范围限制值。
5 电气自动化中合理应用无功补偿的策略
5.1 深入分析无功补偿在电气自动化中应用无的基本方式和方向
在供电系统中，一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。常见的很多关于电气自动化系统出现无功状况，多是受到阻抗问题和功率因素问题的影响，从而导致电网受到无功效果的。我国的电气化铁路对无功补偿的应用主要方式是AT供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切。这个策略在我国铁路的现状上看来，能够很大程度上的降低较长辐射路线上存在的负序问题。
5.2 电气自动化系统中应用无功补偿的共性问题
无功补偿技术不仅降低了资源浪费的可能性，也提高了电气自动化系统的安全性。从这两个方面考虑，其全面的提升了应用的经济效用，降低了事故处理预算。目前国内的无功补偿技术较多的应用在多变电站等方面，来自发电厂的无功电流流入变电站，经过线路传向低压线路的时候形成了无功电流的远距离传输。在这种情况下，我们可以分区对变电站进行无功补偿，一般的220KV变电站有较多的武功调节功能，其调节的容量根据地区的不同而有所不同，负荷功率因素在最高峰时可以达到0.98左右。因此，变电站的无功补偿应用需要针对每一个分区的不同的实际情况来确定，要根据实际情况来对变压器合理的进行调整和补偿，还需要有具体细化的应用方案来提升无功补偿技术的应用效果。
5.3 采用并联混合有缘滤波器等先进技术和管理方式
目前国内较为先进的混合式解决方案主要是并联混合式有缘滤波的无功补偿方案，此方案能够解决由电力牵引负荷的不可控制的变化带来的电力滤波器补偿量过大的问题。这个方案同时也是对大型电气自动化系统的补偿技术的协调调整方案，其主要通过LC和APF的混合。对谐波进行注入式的无功补偿。这种方案的成本相对比较低，效益与投资性价比高，适用于低压电网。
在电网的电力线路分散安装电容器组就是为了实现无功分散补偿。无功分散补偿为了有效解决农村电网中普遍存在的无功补偿问题，部分地区先后进行了对配电变压器进行无功分散补偿的试点尝试。经过近几年的实际运行，表明了这种分散补偿具有安装和维护比较方便、所需投资较小，运营安全可靠等优点，尤其在提高农网力率方面，效果十分明显。这种分散补偿与在变电站和高压线路上采用集中补偿的方式相比，更接近于负荷末端。
要实施无功分散补偿，要分以下几步进行：
首先，确定补偿方案。配电变压器作为配网无功分散补偿的补偿对象，安装在配电变压器低压引线处。鉴于其电容器容量比较小小，不必考虑合闸涌流、过电压所产生的影响，也不需要配置保护装置，和配电變压器一起投，撤，经由变压器低压绕组进行放电；相应的无功补偿数值的计算。针对配电变压器的小型分散补偿电容器的配备，主要参考数值是变压器空载时无功功率Q0，尽可能使电容器容量QC≈Q0；用户补偿由电动机等设备产生的无功。
其次，安装。一般情况下，在配电变压器低压出线杆的横担位置安装低压电容器，但如果电容器比较大，也可以在低压出线杆上另外安装一个小支架来固定低压电容器。低压电容器安装完成后，将配电变压器低压引线和电容器出线头连接。在搜集被补偿线路的相关数据资料的基础上，确定电容器的数量、规格以及相关的辅助材料的数量及型号，作并作出最终预算，确保低压电容器的安装实现。
6 实际运行中无功补偿装置的维护
6.1 现阶段我国所使用的低压无功补偿装置，一般都为智能化装置，在无人值守的情况下，只需要将其设定好，就能够自动运行。在对无功补偿装置进行维护时，只需要定期检查无功补偿的各项指标，对于装置中出现的故障问题，应该及时解决，对已经破损的元器件进行及时更换。
6.2 低压无功补偿装置一般都采用自愈式低压并联电容器进行无功补偿，但这种装置可能会受到电网谐波或者其他因素的影响，这就有可能导致电容器中的内部介质不断自愈，从而导致电容量快速下降，或者电容器的损耗增加，从而导致电容器的破损。有些用户由于长期没有对装置进行检查或者维护，这就导致已经破损严重的电容器仍然运行，从而使产生的损耗高于正常值。因此在对无功补偿装置进行维护时，应该及时发现装置中的异常情况，有条件的企业可以定期做好监测耗损的工作。
总而言之，由于电气自动化设备中的单相电力牵引力负荷的复杂变化以及其非线性因素增强，使得无功补偿技术的研究成为必要。基于谐波注入式并联混合有源滤波器的无功补偿技术的可行性很强，其设计充分实现了有源补偿可控性和灵活性、充分利用了无源补偿大容量的特点。在电气自动化中应用无功补偿技术，能够使得电气自动化系统得到更好的优化。
参考文献
[1] 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，2011（06）.
[2] 谢常华.电气自动化的发展[J].企业导报，2010（11）.
[关键词]无功补偿技术；电气自动化；应用分析
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0397-02
1.无功补偿概述
有关无功补偿技术的探究，应优先了解无功功率问题。所谓无功功率，实际上是一个较为抽象的概念，一般应用在电路电场和磁场中的交换作用，并可在电气设备中应用，形成可维持磁场的有效功率。实际上，无功功率并不对外做功，而是转变为另外一种能量形式。一般情况下，如果电气设备中具有电磁线圈，并且涉及到磁场的作用，就会消耗部分无功功率。从表面意思来理解，无功功率并不是片面的没有用处的功率，以变压器运行为例，在工作中应用无功功率，在一次线圈中形成磁场，并且通过二次线圈的感应产生电压，促进变压器的“变压”作用。
有关无功补偿技术的工作原理，将容性功率负荷装置和感性功率负荷装置在同一组电路中并联，则可实现两种负荷之间的能量交换。在这种情况下，感性负荷运转需要的无功功率就可以通过容性负荷输出的无功功率实现补偿作用。在这一过程中，就是将原本通过电网或者变压器产生的无功功率，改变为通过交流电力电容器提供。
2.电气自动化发展中应用无功补偿技术的意义
在我国科技与经济同时得到了很大的进步，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，在变电站，高铁牵引系统中都应用了电气自动化技术。然而高速电气自动化技术的应用中存在着关于单相电力牵引的负荷复杂变化的问题，这些问题不仅会会导致无功功率的提升，还会增加注入电力系统的谐波和负序。这样一来，影响了电气自动化系统的资源利用率、降低了电力系统的安全性和系统的总体效益。根据，现有的电气自动化系统研究，我们可以知道，其中较为明显的主要有三个问题，谐波、负序和无功。虽然目前，国外已经有了不少对这些问题的研究结果，但是，对于我国这个人口大国来说，电气自动化在供电所应用的压力非常大，其中非线性因素带来的不可控问题更为严重了。近年来，出现的一些较为严重的大型电机厂组事故等，给企业和社会带来了巨大的经济损失，通过引入无功补偿技术，能够达到解决电气自动化系统非线性等问题。
3.电气自动化中应用无功补偿的现状
近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，为了构成有效的滤波通路、滤除谐波、降低负荷，提高电气的功率因数，其中很多无功补偿技术的引用目的都是在基波下牵引负荷的感性无功功率。这些无功补偿技术主要有以下种：
3.1 真空断路投切电容器
此设备简单且投资小，但是在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备发生损坏，而且对于这个设备，不能有过于频繁的投切，因为它受到开关寿命的限制。
3.2 可控饱和电抗器
这个设备是通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的電流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消从而达到平衡点。此设备的特点是可以再电气自动化系统中长期投入，但是，它会产生谐波，噪声较大，对设备来说也会产生一定的损耗。
3.3 有源滤波器
此设备是的使用目的是让电力电子装置负产生与负序电流和谐波电流相反的电流，使得其满足电源的要求，互相抵消。这种方案的有着调节速度快、补偿灵活、不会和系统产生谐振现象等优点，但是其设备的价格比较昂贵。
3.4 固定滤波器、电容器和电抗器的调压
这个设备通过连接低压母线上的电抗器或者滤波器、调节降压变压器的低压侧母线电压来调节，以达到改变无功出力的目的。这个过程的实现是通过加装晶闸管分接和通断开关来调节，实现提供稳定的无功功率并实现滤波作用的。
3.5 有源滤波器和无源滤波器
这个设备是以有源滤波器产生的电流和负荷中谐波电流进行中和，相互抵消，最终达到满足电源要求。其特点是充分利用了有源补偿和无源补偿的可控性和灵活性。虽然，无功补偿技术在我国已经得到了比较广泛的应用，但是电气自动化设备中的问道使得我们队无功补偿技术的研究必须有更深的研究。
4 优化无功补偿的容量以及安装位置
优化无功补偿的容量主要表为在达到年运行费用值最小、电网的损坏值最小、每年总的支出费用值最小的前提下找出最佳的容量补偿算法；通过对负荷周围以及沿线分布情况的考虑，找出最佳的补偿位置以及补偿容量的算法。这些算法有一个共同点，就是在得出所求量值的数学表达方程式之后，都会用函数求极值的算法来算出补偿的位置、补偿容量的数学方程式。函数计算的方式在数学的发展史中是一种比较古典的算法，因此，用这种方式来计算最优补偿位置和容量的方法经常被称为经典优化法。
4.1 利用计算机对配电网的补偿电容器进行监控
控制补偿电容器最基本方式是电流控制以及时控方式，利用计算机可以根SCADA系统采集到的实际出口时间、电流以及其他有效数据，从而控制投切的时间。采用这种方式不仅科学性强、精确度高；而且它调节方式也比较灵活、可靠，同时还可以对其电容器的运行状况进行监视。
4.2 系统硬件的配置
在硬件配置的过程中，中央控制系统最好是选用新型计算机，把SCADA主机与无线通讯监控系统连接在一起，便于监控安装在配电网补偿点上的投切装置。每个补偿点上要安装一台无线接收器，将其与自锁式的继电器连在一起，用作补偿电容器的开关，另外还要配有计数器。 4.3 系统软件的配置
设置好控制电容器系统的软件，它主要是用于调整以SCADA系统以及设定其周期性数据，使其转入暂存区。系统的数据库根据馈出线、配电网以及变电所中电容器的排序依次设定。数据库中的各组补偿电容器不仅有冬季和夏季的负荷电流、时间相对应的投切关系表。而且还有各补偿点负荷电流的范围限制值。
5 电气自动化中合理应用无功补偿的策略
5.1 深入分析无功补偿在电气自动化中应用无的基本方式和方向
在供电系统中，一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。常见的很多关于电气自动化系统出现无功状况，多是受到阻抗问题和功率因素问题的影响，从而导致电网受到无功效果的。我国的电气化铁路对无功补偿的应用主要方式是AT供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切。这个策略在我国铁路的现状上看来，能够很大程度上的降低较长辐射路线上存在的负序问题。
5.2 电气自动化系统中应用无功补偿的共性问题
无功补偿技术不仅降低了资源浪费的可能性，也提高了电气自动化系统的安全性。从这两个方面考虑，其全面的提升了应用的经济效用，降低了事故处理预算。目前国内的无功补偿技术较多的应用在多变电站等方面，来自发电厂的无功电流流入变电站，经过线路传向低压线路的时候形成了无功电流的远距离传输。在这种情况下，我们可以分区对变电站进行无功补偿，一般的220KV变电站有较多的武功调节功能，其调节的容量根据地区的不同而有所不同，负荷功率因素在最高峰时可以达到0.98左右。因此，变电站的无功补偿应用需要针对每一个分区的不同的实际情况来确定，要根据实际情况来对变压器合理的进行调整和补偿，还需要有具体细化的应用方案来提升无功补偿技术的应用效果。
5.3 采用并联混合有缘滤波器等先进技术和管理方式
目前国内较为先进的混合式解决方案主要是并联混合式有缘滤波的无功补偿方案，此方案能够解决由电力牵引负荷的不可控制的变化带来的电力滤波器补偿量过大的问题。这个方案同时也是对大型电气自动化系统的补偿技术的协调调整方案，其主要通过LC和APF的混合。对谐波进行注入式的无功补偿。这种方案的成本相对比较低，效益与投资性价比高，适用于低压电网。
在电网的电力线路分散安装电容器组就是为了实现无功分散补偿。无功分散补偿为了有效解决农村电网中普遍存在的无功补偿问题，部分地区先后进行了对配电变压器进行无功分散补偿的试点尝试。经过近几年的实际运行，表明了这种分散补偿具有安装和维护比较方便、所需投资较小，运营安全可靠等优点，尤其在提高农网力率方面，效果十分明显。这种分散补偿与在变电站和高压线路上采用集中补偿的方式相比，更接近于负荷末端。
要实施无功分散补偿，要分以下几步进行：
首先，确定补偿方案。配电变压器作为配网无功分散补偿的补偿对象，安装在配电变压器低压引线处。鉴于其电容器容量比较小小，不必考虑合闸涌流、过电压所产生的影响，也不需要配置保护装置，和配电變压器一起投，撤，经由变压器低压绕组进行放电；相应的无功补偿数值的计算。针对配电变压器的小型分散补偿电容器的配备，主要参考数值是变压器空载时无功功率Q0，尽可能使电容器容量QC≈Q0；用户补偿由电动机等设备产生的无功。
其次，安装。一般情况下，在配电变压器低压出线杆的横担位置安装低压电容器，但如果电容器比较大，也可以在低压出线杆上另外安装一个小支架来固定低压电容器。低压电容器安装完成后，将配电变压器低压引线和电容器出线头连接。在搜集被补偿线路的相关数据资料的基础上，确定电容器的数量、规格以及相关的辅助材料的数量及型号，作并作出最终预算，确保低压电容器的安装实现。
6 实际运行中无功补偿装置的维护
6.1 现阶段我国所使用的低压无功补偿装置，一般都为智能化装置，在无人值守的情况下，只需要将其设定好，就能够自动运行。在对无功补偿装置进行维护时，只需要定期检查无功补偿的各项指标，对于装置中出现的故障问题，应该及时解决，对已经破损的元器件进行及时更换。
6.2 低压无功补偿装置一般都采用自愈式低压并联电容器进行无功补偿，但这种装置可能会受到电网谐波或者其他因素的影响，这就有可能导致电容器中的内部介质不断自愈，从而导致电容量快速下降，或者电容器的损耗增加，从而导致电容器的破损。有些用户由于长期没有对装置进行检查或者维护，这就导致已经破损严重的电容器仍然运行，从而使产生的损耗高于正常值。因此在对无功补偿装置进行维护时，应该及时发现装置中的异常情况，有条件的企业可以定期做好监测耗损的工作。
总而言之，由于电气自动化设备中的单相电力牵引力负荷的复杂变化以及其非线性因素增强，使得无功补偿技术的研究成为必要。基于谐波注入式并联混合有源滤波器的无功补偿技术的可行性很强，其设计充分实现了有源补偿可控性和灵活性、充分利用了无源补偿大容量的特点。在电气自动化中应用无功补偿技术，能够使得电气自动化系统得到更好的优化。
参考文献
[1] 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，2011（06）.
[2] 谢常华.电气自动化的发展[J].企业导报，2010（11）.