电力自动化中智能无功补偿技术的应用

陈兴华

（大连职业技术学院，辽宁 大连 116035）

0 引 言

改革开放以来，中国经济迅速发展，越来越多的电气设备和家用电器被用于各个行业的生产和日常生活中。从国家能源局发布的2018-2019年全社会用电量（见表1）可以看出，整个社会对电能的需求与日俱增。

表1 2018-2019年社会用电量（单位：亿千万时）

为了保证供电的及时性和有效性，电力企业开始利用电力自动化系统来提高电能输送能力。电力自动化系统是基于先进的网络通信、自动化控制、微机继电保护技术以及可靠产品，为用户提供现代化的设备监视控制管理和远程在线监测，确保电力系统稳定可靠供应以及最优化的电力负荷管理灵活多样的系统结构[1]。在电力自动化过程中，单相牵引负荷的变化非常复杂，会增加整个电力系统的无功功率。在电网运行期间，功率损耗一般不超过负荷的10%，而无功损耗则是占无功负荷的30%～50%。可以看出，无功功率是一个重要的影响电压稳定性的因素，会造成电能的损耗，关系到整个电力系统的安全稳定运行。为了解决稳定性不足、电力无功消耗的问题，电力企业开始将智能无功补偿技术应用在电力自动化。

1 电力自动化中智能无功补偿概述

1.1 电力自动化

电力自动化技术对电力系统运行起着至关重要的作用。在电力系统的实际运行中，电力自动化技术能得以实现主要是依靠计算机网络。也就是说，要想实现电力自动化，就需要掌握先进的计算机网络技术。从电厂到电网和区域电网再到街道电网最后到用户，这个过程是电力系统整个的运行过程。在电力运输的过程中会涉及到配电网、输电网以及多级变压等很多种类的电力设备。电力自动化就是将这些电力设备连接在一起，更加便利地使用计算机技术检测来控制电力系统的运转。此外，还可以选用部分的可控电子原件用到实现电力自动化过程中。当前所使用的电力自动化是由电力信息自动化、配电系统自动化、发电站自动化及电力故障处理自动化等构成。

1.2 智能无功补偿技术

1.2.1 无功补偿的基本原理

电力系统中的无功补偿就是把感性阻抗特性的装置和容性阻抗特性的装置连接到电力系统中，这种连接方式可以是串联的也可以是并联的[2]。容性阻抗特性的装置和感性阻抗特性的装置的充放电特性是相反的。当感性阻抗装置在吸收能量时，容性装置是在释放能量，相反亦然。也就是说，在电力系统中，要想保证负荷能运行正常，容性补偿装置为感性负荷提供了所需的无功。

由于在配电网中很大一部分负载都是具有感性阻抗性的，所以电容在电力系统中负责提供无功功率。在电力系统的无功补偿研究中，为了避免由于补偿导致电压超限，且对负载和变压器造成影响，要充分考虑到并联电容器的配置是否是最优化。此外，还要考虑无功补偿的电压约束等因素，这样才能降低配电网电压波动对负载损耗的影响和无功功率对变压器损耗的影响。

1.2.2 无功补偿方式选择

配电网无功补偿根据补偿装置安装位置的不同分为3种，具体为集中补偿、就地补偿以及分散补偿。在进行补偿方式的选择时要遵循两方面的原则，一是在配电线路中要降低无功功率的应用，在进行补偿方式选择时优先考虑就地补偿，二是为了避免在低电压的情况下发生过补偿的现象，要把集中、就地以及分散补偿3种方式统一起来进行考虑，在此基础上以分散补偿为主。在这3种补偿方式中最合理的补偿方式就是就地补偿，因为这种补偿方式可以减少线路的损耗，但是这种补偿方式由于用电负载、变压器以及线路都需要无功，在实际电网中是最不经济和最不安全的一种方式。此外，集中补偿方式的补偿装置是在变电站的低压母线上，这种补偿方式在遇到配电网中线路末端负荷容量较大、较稳定、较集中且占比较大的时候比较适用。分散补偿方式是将无功补偿装置装设在相对应的母线上，这种对应关系是以无功负荷的分布情况为依据的形成多组分散补偿，获得更多的经济效益。就地补偿如图1所示，这种方式的装备是装设在负荷周围，根据负荷运行的具体情况进行补偿，这样可以有效减少线路的损耗。

图1 就地补偿

2 电力自动化中智能无功补偿技术的应用现状

现如今，无功补偿技术已经普遍运用到电力系统中，进一步提升了电力系统的稳定性和可靠性。

2.1 固定滤波器

在电力运行的过程中，结合电力系统的电容器和电抗器，在依附电压母线的基础上，对电压进行调节，降低无功功率或者彻底抵消，这样能够很好地起到滤波的效果。需要注意的是，在使用之前要断开电源安装晶闸管。

2.2 可控饱和电抗器

在电力运行的过程中，通过对电抗器的饱和程度进行调节来控制电流的大小，然后加速感性电流功率和并联滤波器中的无功功率的抵消进度，从而达到动态平衡[3]。需要注意的是，可控饱和电抗器技术在使用的过程中会产生噪音，这将会降低设备的使用期限。

2.3 静止无功补偿装置

在电力运行的过程中，静止无功补偿装置技术是运用比较广泛的技术，是对负载无功功率的补偿。静止无功补偿装置是由多个静止原件组成的，通过并联元件从而达到无功补偿的目的，最终进一步提升工作效率。需要注意的是，在这一技术的运用过程中，对于电网效率比较难控制。

3 电力自动化中智能无功补偿技术的应用策略

3.1 选用合适的智能无功补偿技术

智能无功补偿技术是影响配电无功补偿效果的直接因素。现如今，随着科学信息技术的日新月异，我国电力行业不管是硬件设备还是软件设备都在进行不断的革新，这就要求人们在实际的电力运用中，把智能动态补偿技术和固定补偿技术有机的结合起来，将稳定态补偿和快速跟踪补偿有机的结合起来，促进电力自动化的发展。

3.2 选用合适的投切开关

投切开关这一设备在无功补偿技术中是非常核心的，如何选择合适的投切开关是非常重要的。常见的投切开关有机电一体化的智能真空开关、机电一体复合智能开关以及过零触发固态继电器3种。其中，机电一体化的智能真空开关是操作性比较强、使用寿命比较长且安全性比较高的一款投切开关，被广泛运用在串联电抗回路中。机电一体复合智能开关是一款运行比较快、耗电比较低的开关，但是这一款开关的运行成本比较高。过零触发固态继电器是一款运行速度较快、使用寿命也长的开关，但这一款开关在运行的过程中会产生谐波。在实际的运行过程中，可以根据具体的需求来选择适合的投切开关。

3.3 重视选择智能无功补偿控制器

智能无功补偿器在智能无功补偿中是非常重要的一部分，隶属于指挥系统。不管是元件保护还是参数设定都需要借助无偿控制器来完成，因此在实际运行过程中，要足够重视智能无功补偿控制器。无功功率控制器、动态补偿控制器以及功率因数控制器是目前被普遍运用的控制器[4]。其中，无功功率控制器的优势是稳定性强，功率因数控制器的优势是使用时间长且方法便捷，动态补偿控制器的优势是拥有较强的抗干扰力。

3.4 加强智能补偿无功控制

提高对智能无功补偿技术的控制能力，有利于高效发挥无功补偿作用，改善无功补偿效率，从而实现智能无功补偿技术的进一步推广和应用[5]。可以利用计算机加强对智能补偿无功控制，通过自动采集系统对电力系统的电压、电流、有功功率以及无功功率等相关信息进行采集并录入参考量，来提升电力系统无功补偿的精确度，减少电力系统运行中的能耗。具体操作内容有两方面：一是由管理系统科学控制电压限制条件，并通过设置系统过压保护、欠压保护等措施来加强投切电压值，以防投切设备电压值发生无功功率设定情况；二是对投切时间进行科学合理的设置，投切开关可以选择延时投切。需要注意的是，要确保同一组电容的投切时间是一致的[5]。

4 结 论

本文概述了电力自动化中智能无功补偿，介绍了电力自动化中智能无功补偿技术的应用现状，阐述了其应用策略，以供参考。