电气自动化中的无功补偿技术分析

摘要：随着我国经济水平的不断提高以及电子电气技术的快速发展，随之推进了电气自动化行业的发展速度。然而，由于电气自动化设备中单相电力牵引负荷变化十分复杂以及非线性因素也在不断增强，因此，对其进行无功补偿就显得尤为重要。本文就电气自动化中的无功补偿技术进行浅谈。

关键词：自动化,无功补偿,技术

中图分类号：TU855文献标识码：A 文章编号：

Abstract: with the improvement of our country economy and the rapid development of electronic electrical technology and then promote the development of the electric automation industry speed. However, due to electrical automation equipment single-phase electric traction in load change very complex and nonlinear factors and the strengthening, therefore, the reactive power compensation are particularly important. This paper the electrical automation of reactive power compensation on technology.

Keywords: automation, the reactive power compensation, technology

一.无功补偿技术概述

(一)无功功率

无功功率从本质上讲较为抽象，其主要是用于各电路中电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立及维持磁场的功率。无功功率本身对外是不进行作功的，而是转化为其他的能量形式。一般情况下，只要电气设备中带有电磁线圈，并且要建立磁场的，就必然会消耗无功功率，通常用符号Q来表示无功功率，其单位是乏和千乏。所谓的无功功率并非无用的功率。以电动机为例：电动机工作过程中，需要建立及维持旋转磁场，以此来使转子转动，进而带动电动机内的机械运动，其中电动机的转子磁场主要是靠从电源中取得的无功功率而建立的；再如变压器，它在工作过程中也需要无功功率，从而使一次线圈产生磁场，并在二次线圈感应出电压。所以，如果没有无功功率，那么电动机不会转动，变压器则也无法变压。因此，在正常的情况下，用电设备不仅需要从电源中获得有功功率，而且还需要从中获得无功功率。一旦电网中的无功功率出现供不应求时，便会导致用电设备因为缺少无功功率而无法建立正常的电磁场，换言之，这些设备将无法维持在额定情况下的工作，此时便会造成设备端电压下降，从而影响正常运行。

(二)无功补偿工作原理

将具有感性功率负荷的装置与容性功率负荷的装置并联接于同一电路中，能量会在这两种负荷之间相互交换。在这样的前提下，感性负荷所需的无功功率便可由容性符合输出的无功功率来补偿。这一过程实质上就是将原本应该由变压器或电网提供的无功功率，改为由交流电力电容器来进行提供。

二、无功补偿的基本类型

按照无功补偿装置所处的位置情况，可大致将其分为以下几种类型

集中补偿

集中补偿是目前较为常用的一种无功补偿方式，它是通过将并联的电容器组安装于变电站的母线上，以此来改善功率因数，从而提高变电站的终端电压，并对主变压器中的无功损耗进行补偿。正常情况下，补偿装置可按照负荷情况的大小来进行自动投切，借此来提高功率因数。该方式最主要的优点就是补偿效率高，并且还易于维护和管理。

(二)就地补偿

就地补偿顾名思义就是指将补偿装置直接安装在电气设备上对其进行无功补偿，补偿装置通常采用的都是并联电容器。电容器可以就近供给电气设备负载时所需的无功功率，进而消除设备中的无功电流，降低线路损耗。此外就地补偿还能够有效地改善电压质量，降低电压损失，以此来改善用电设备的启动以及运行条件。该补偿方式的优点是成本低、装置小易于安装在空间狭小的位置上、节能效果较好。

分散补偿

分散补偿主要是就供配电线路而言的，电容器组一般多安装在线路的具体用电点上或是距离供电设备位置较近的地方，在进行实际安装时可按照分级补偿原则来确定具置。分散补偿又分为以下三种方式，每种方式分别具有各自的特点：

1.跟踪补偿。主要是以无功补偿投切装置为保护装置，母线与电容器之间采取并接的方式。其优点是补偿效果较好、运行方式安全、可靠；缺点是前期投入成本较大。

2.随机补偿。是将电容器组经过熔断器与电动机并接，再利用相应的控制装置与电动机同时投切。其优点是易于安装、便于维护、可控性高、故障率低。

3.随器补偿。是一种补偿配电变压器空载无功的补偿方式。其优点是经济适用性较高。缺点是局限性较大。

三、无功补偿技术在电气自动化中的应用

近年来，我国的电气自动化方面对于无功补偿技术和谐波综合治理方法进行了多种深入研究，其中大部分都是力求在基波下补偿牵引负荷的感性无功功率，对于提高电气的功率因数、降低负荷以及构成有效的滤波通路、滤除、抵消指定谐波有着重要作用

(一)无功补偿技术应用特点分析

1．真空断路器投切电容器。这个设备的主要特点是简单并且投资较小，但是却具有一定的缺点，那就是在合闸时，电容器上会产生很高的过电压，可能会导致设备的损坏，此外还由于开关寿命的限制，所以不能对其进行频繁的投切，最终影响了动态补偿的效果。

2．固定滤波器和晶闸管调节电抗器。反并联晶闸管与电抗器串联，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流相抵消，最终达到平衡，以满足其对功率因数的要求，其特点是固定滤波器可以长期投入使用，而所需要的晶闸管数量却比较少，响应的速度也较快，其缺点是会产生谐波现象。

3．固定滤波器、可控饱和电抗器 主要通过调节饱和电抗器的磁饱和程度来改变流入回路的感性电流，然后让感性电流与并联滤波器中的多余容性无功功率相抵消，最终达到一个平衡点，其特点是固定滤波器的并联滤波支路可以长期投入，但是会产生谐波，对于设备来说有一定的损耗，噪声也相对较大。

4．有源滤波器。有源滤波器是使用电力电子装置产生与负荷中的谐波电流以及和负序电流相位相反的电流，让其得到相互抵消，最终满足电源对总谐波和无功电流的要求，其方案特点：补偿比较灵活，调节速度较快，而且不会和系统发生谐振现象，不过有一点要注意，那就是电力电子设备的价格比较昂贵。

5．固定滤波器、电容器和电抗器的调压。其主要是通过调节降压变压器的低压侧母线电压来调节、连接低压母线上的滤波器或者电抗器电压的，以最终而改变其无功出力为根本II的，在调节的过程中，利用品闸管通断和分接开关的无载调节，从电气寿命理论上来说是不受限制的，但是在实际的应用过程中，可以通过加装来提供稳定的无功功率以及实现滤波作用。

6．有源滤波器和无源滤波器。对于这一无功补偿技术的应用而言，不得不承认尚处于研究阶段，在采用有源滤波器产生和负荷中谐波电流相反的谐波电流的基础上，使得其相互抵消，最终满足电源对总谐波电流的要求，其特点是充分利用了无源补偿大容量和有源补偿的灵活性、可控性的特性。尽管，就我国的当前形势分析，已经有很多无功补偿技术得到了广泛的应用，但是伴随着我国电气自动化设备中单相电力牵引负荷变化的不断复杂化和非线性因素的不断增强，迫切要求人们对无功补偿技术应用方面有更加深入的发展与应用。

(二)无功补偿技术应用前景

1．无功补偿技术是随着电气自动化设备中的单相电力牵引负荷变化复杂和非线性因素增强而迫切需要被深入研究的。

2．新阶段，为了提高电气的功率因数、降低负序以及构成有效的滤波通路，或者滤除、抵消指定的谐波，一些电气自动的变电站已经在无功补偿技术和谐波综合治理方面提出了更多的无功补偿技术应用方案。

3．基于谐波注入式并联混合有源滤波器的无功补偿技术具有很强的可行性，因为其设计的实现方案充分的利用了无源补偿大容量、有源补偿灵活性和可控性两个优点。

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