无功补偿技术在电气自动化中的应用
摘 要：无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，有助于达到节能减排的目标。本文概述了无功补偿的原理并对无功补偿技术在电气自动化中的应用进行了分析。
关键词：无功补偿；电气自动化
引言
在我国科技与经济快速进步的同时，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，供电、高铁等领域中都应用了电气自动化技术。所谓无功功率，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。所谓无功功率补偿，就是在用户变电所或在用电设备等处装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和降低配电线路的成本节约电能，保证电网安全稳定和经济地运行。
1.无功补偿技术在电器自动化中的发展类型
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，这些无功补偿技术主要有：
1.1 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。
1.2 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电流，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。
1.3 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。
1.4 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。
1.5 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。
2.无功补偿的应用策略趋势
无功补偿技术在电气自动化中的应用电能的稳定性和安全性是评价电能质量的重要指标，是评价供电设备系统质量优劣的重要指标。而电压又是影响电能稳定性的重要内容，因此说电能稳定性通常就是说电压的稳定性。铁路交通用电由于都是滑动接触进行电力的传输的。在设备的接触处经常会出火花等，影响电力使用的安全性。消除火花解决这种安全威胁问题也与要用到电力系统的无功补偿技术。众所周知影响电力机动车辆的功率因数的因素来自于电力接触网、牵引机动车的电网的无功功率因数以及变电所对电力的瞬间稳定性能的调控能力这三方面的因素。同时变压器的阻抗和接触网的大小不同，也严重影响着电力系统的稳定性和安全性。例如在电力机车上安装过滤电磁波的装置可有效的减小外来电磁干扰，对机车的功率因数和机车稳定性的提高会起到很大的作用。
2.1 电气自动化中无功补偿技术的应用存在的问题：
当前电气自动化中无功补偿技术的应用存在的问题主要包括以下三个方面：一是无功向配电网倒送，这在很大程度上增加了早期的无功补偿装置为静电电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。并联电容器补偿至今仍是一种主要的补偿方式，应用范围很广。同步补偿器实质是同步电动机，当励磁电流变化时，电动机可随之平滑地改变输出无功电流的大小、方向，对电力系统的稳定运行很有好处。但同步补偿器成本高、安装复杂、维护困难，使其应用受到限制。目前广泛应用的是结合了电力电子技术的静止型无功补偿装置。
2.2 无功补偿与电力电子技术结合的方式：
一是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短（Ls 级），所以能够准确地选择电容投切的角度，实现零电压导通，避免了涌流的产生，提高了电容器使用可靠性和电力系统的稳定性。二是作为无功输出的调节开关.正是由于电力电子器件的高开关频率，可以方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。三是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来补偿无功，如静止调相机（STATCON）和有源滤波（APF）。
2.3 无功補偿技术在电气自动化中的应用过程中主要要考虑设计和装置两个方面：
无功补偿设计过程中，首先要选择合适的电动机、变压器数量与容量来降低线路感抗 t 同时可采用同步或空歇式设备来提高自然功率系数，再使用低压部分低压补偿，高压部分高压补偿方式并联电力电容器装置达到无功补偿的标准要求。常用的无功补偿装置有 MSC（机械型投切电容器），TSC（新型电子信息装置）或 MSC+TSC（交流接触器与晶闸管装置）等。在选用专职是尤其要注意分析用户用电负荷及其特性，如用电负荷小而平稳时，适用 MSC 装置；用电容量大且含有大量冲击性负荷时，适用 TSC 装置；而含有动力负荷的区域最好使用 MSC+TSC 装置。
2.4 无功补偿的优化：
无功补偿容量的优化法则是从网损最小、年运行费最小、年支出费用最小的观点，求出最佳补偿容量的算法，以及在考虑负荷沿线分布情况下，求得最佳补偿容量和补偿位置的算法。这些算法的共同特点是：当求得所要求的量值的数学表达式以后，采用求函数极值的方法，来求得补偿容量和位置的数学表达式。从数学的观点来看，是一些古典的算法，故将其称为经典优化法。时至今日，这种方法仍被用在确定网络补偿容量和位置的实践中。
结束语
无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，提高电力网络的功率因数，应用合理的补偿装置，减少电网电压波动和限制电网谐波的产生。将无功补偿技术应用到电气自动化当中时，应当时刻结合电气自动化系统的具体情况，对不同的系统进行对号人座，根据系统自身的特点和系统功能的要求选择恰当的无功补偿技术。
参考文献
[1]刘玉杰，周博.浅述我对无功补偿的认识Ⅱ.科技信息（科学教研）.2016（23）.
[2]谢常华.电气自动化的发展[J].企业导报，2016（11）.
（作者身份证：1.轲斌身份证号210922198203260017；2.赵乾身份证号211402199101222610）