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电工电子技术在无功补偿自动控制中的运用


无功功率会导致输变电设备的供电能力受到制约,增加电能损耗,不仅给电力企业带来了直接的经济损失,同时严重影响电网运行安全。无功功率补偿是电力企业采取的有效应对措施,在改善供电环境、保障电网安全和提高供电质量等方面发挥着重要作用。
1 电网系统中无功补偿的原理及作用
1.1 无功补偿的原理
电网输出的功率包括两部分,一是有功功率,二是无功功率。像白炽灯、电热器类的电气设备,电路上电压与电流同相位,获得的有功功率P 等于电压U 和电流I 的乘积。但是,用电设备中会有许多电感性设备,如电动机和变压器等。在运行时需要建立磁场,因此所消耗的能量不能转化为有功功率,被称为无功功率Q。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S,是有功功率和无功功率的矢量和,即:S= ,无功功率Q= ,有功功率与视在功率的比值为功率因数:cosφ=P/S。无功功率的传输加重了电网负荷,使电网损耗增加,系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。电流在电感和电容元件中作功时,在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,就可以使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。因此在感性电路上并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。
1.2 无功补偿的作用
电网在实际工作过程中,正是因为许多设备的电力负荷是感性负荷,在电网中有许多设备都会吸收无功功率。针对这样的情况,无功补偿装置便显得非常重要,它能够有效控制电网的感性负荷,进而在具体的无功补偿过程中控制设备的能源损耗。电网无功补偿的位置大多数都是在低压、高压并联的电容器电路之中,并联电容器的安装位置主要在变电站的总体线路之中,安装并联补偿电容器是最为重要并且无法替代的方式。由此可见,在具体的无功补偿过程中,并联无功补偿电容器普遍是在变压器的低压位置或者是配电屏低压位置上,必要时,也可以安装在单台发动机中。在安装过程中,需要关注电力负荷是否有较低的状况,杜绝无功补偿过度的情况。
2 电工电子技术在电力系统中的应用
2.1 自动启动中的应用
随着电工电子技术中的功率管、功率开关管等元件的广泛应用,以及SP、单片机等微处理器的应用也在不断普及。这些新技术、新设备的投入使用,为实现无功补偿的自动控制提供了基础条件。例如,可以使用补偿电容代替传统的电容器,以实现对电路中涌流的控制和消解,还可以安装控制补偿器,以保证整个自动控制系统的功能更加完善。除此之外,电工电子技术的应用,还使得自动启动相关设备、元件的体积变小、功率升高,这样就进一步缩短了自启动时间,电力系统的运行效率也会进一步提升。
2.2 发电环节中的应用
许多设备与电力系统的发电环节都有紧密的联系。对此,这些设备的工作状态对于整个电力系统的发电也有明显的影响。作为非线性控制理论,可控硅静止励磁是一种无功补偿中的全新理念,由于采用了信息化控制系统,在整个发电环节可以保证系统运行稳定性,避免电压波动带来的负面影响,对提升电能质量有明显作用。发电环节的电工电子技术,主要应用于主电路和调节电路两方面,其中主电路系统与常规电力系统一致,调节电路一般是由采样、对比、放大和触发四个结构构成。
3 电网系统中无功补偿自动控制技术的应用
3.1 机械式接触设备
利用电工电子技术实现无功补偿设备开关的自动化控制,有多种实现方法。本文介绍的基于并联电容器的开关完成无功补偿控制方式,具有两方面的应用优势:其一是在输入补偿阶段,电路中电压初始值不高,这样就方便进行低压操作,减少无功功率;其二是电容器很少出现涌流现象,无形中延长了设备使用寿命,经济效益明显提升。但是当电力系统中电压出现异常波动时,会出现涌流激增现象,可能会影响供电质量。为了解决这一问题,需要引入机械式接触设备,同时采用并联方式,在机械式接触设备之后增加电容组。这样通过组合控制,既可以达到控制涌流的目的,又能够减少电压波动影响,对提升无功补偿自动控制水平有积极作用[1]。
3.2 无触点晶闸管
在以往无功补偿控制中,主要的措施是控制并联电容器组的涌流现象。但是在实际工作中,容易受到多种因素的影响,导致实际控制效果并不理想。一旦控制措施不到位,出现涌流问题,轻则导致电路中相关设备和线路烧毁,严重时还会造成局部电网瘫痪。基于电工电子技术的无功补偿自动控制,使用无触点晶闸管代替继电器,将无功补偿自动控制风险降到最低。通过实际观察,无触点晶闸管的优势在电路电压突降为0 时,能够控制可控硅开关自动断开,这样就切断了电压突降对其他线路及设备的破坏影响,避免了拉弧问题。但是无触点晶闸管在应用中还存在一些不足之处,需要在无功补偿自动控制运用中加以改进。
3.3 复合开关
通常情况下,可控硅开关与交流接触器并不直接相连,在无功补偿自动控制中,复合开关则发挥了连接作用,实现了可控硅开关与交流接触器的并联。其作用是在电流过零时,能够确保可控硅开关可以第一时间断开,这样就达到了保护电网系统的目的,同时也间接了减少了无功损耗。但是大量的实验证明,复合开关在实际应用中,由于电网中涌流的存在,经常会出现无法有效或及时开关的情况,为了保证复合开关在无功补偿自动控制中发挥实际作用,需要对复合开关进行优化。首先,根据电力系统组成和无功补偿自动控制需要,科学选择复合开关。目前主流的复合开关有两种,分别是单相分补复合开关和三相共补复合开关。对于多数低压无功补偿来说,使用三相共补复合开关即可符合要求。但是对于三相负载不平衡的情况,就必须考虑使用单相分补复合开关。其次,无论使用哪种复合开关,都需要考虑经济成本问题,既要确保电路无功补偿达到预期效果,又要维护电力企业自身经济利益,实现两者的平衡。
3.4 电路仿真
电路设计是电工电子技术在电力系统中的一项重要应用,但在以往的电路设计中,电工电子技术只是发挥了辅助作用,完成设计任务后还是要按照设计图搭建实际电路。如果设计存在问题,仍需要完成电力系统安装后才能发现,无形中就造成了资源的浪费。随着电工电子技术的不断革新,电路仿真成为电力系统设计与检验的重要技术。在计算机虚拟环境下搭建电路,然后仿真运行,就可以提前发现电力系统中存在的问题,进而进行修改和完善,在确定不存在问题后,再进行电力系统的建设。电路仿真也可以应用到无功补偿自动控制中,对提升自动控制效果和降低线网损耗有显著作用。
4 结语
无功功率广泛出现在电力生产和运输过程中,为了降低无功功率带来的损害,电力企业在无功补偿方面的研究从未停止。当前无功补偿自动控制技术尚有一定缺陷,这就需要在今后的技术发展中,要不断进行技术与设备的创新,更好地发挥无功补偿自动控制的应用优势。

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