电气工程及其自动化无功补偿技术的应用研究

摘要：目前，电力系统自动控制系统中，无功功率补偿技术得到了越来越多的应用。本论文旨在改善电力系统的稳定性与安全性，从电气工程和自动化专业的角度，简要地介绍了电气工程及其自动化的有关内容，对无功补偿技术的重要性和功能进行了分析，并结合实际对其应用的具体内容进行了讨论，希望通过本文的分析能够为下一步的研究提供了借鉴。

关键词：电气工程及其自动化；无功补偿技术；配电网管理

0引言

在“中国制造2025”战略的推动下，电气工程及其自动化获得了新的发展机遇。随着电气系统中电力设备数量与种类的不断增加，无功功率带来的线路中电能损失及对电气设备带来的危害等问题不容忽视，探究无功补偿技术在电气工程及其自动化中的应用策略成为当下的热门研究课题。在应用无功补偿技术时，除了要合理选择无功补偿设备的容量与数量外，还要同步做好电气系统的检测与一线人员的培训，从技术层面与管理层面上提供双重保障，以达到理想的无功补偿效果。

1电气工程及其自动化概述

电气工程及其自动化是一门以提高电能转化效率，提高电能利用率，保障电网安全运行为目标，对电气设备、电气技术、电能等领域进行综合研究的一门学科。电子工程及其自动化专业主要研究的是强电，而弱电则是指电力产业的用电内容，弱电以传输信息为主，对电压要求不高。可以说，这关系到各个行业。例如，与机械制造行业结合，就有了机器的设计、制造和自动化；随着电气工业的发展，电子工程与自动化技术也随之产生。近几年来，随着电气系统的不断发展，电气系统的研究也日益深入。在工业自动化方面，采用了电子工程和自动控制理论，使工控系统达到了自动控制的目的。以继电器、电感等为代表的各种机械装置的自动起动与运转，是电力工程与自动化领域中的一个重要代表。电力工程与自动装置中的无功补偿技术在以下几个方面的功能：（1）减小了系统功耗。在电网中，若有电感、电容负荷，则会产生相应的无功，从而使电网的功率因数下降。无功补偿是一种能够改善电网可靠性、降低电网网损的新方法。（2）提高传输质量。在电网传输过程中，通过对无功进行补偿，能够降低电网的电压畸变、降低电网的谐波含量，提高电网的稳定性和可靠性。（3）减少了网损。电网中的无功损耗是造成输电线路损失的主要原因。为此，本项目拟研究一种能够降低电网功率因数、降低电网负载、降低线路损耗、提高电网经济效益的新方法。（4）提高功率装置的功率。在此基础上，提出了一种基于无功补偿的新方法。

2无功补偿技术在电气工程自动化中的应用

2.1电气线路中无功补偿技术的应用

当电气系统中无功功率过大时，除了增加电压波动外，还会增大电气设备与线路的损耗，从而使电气系统的运行成本升高。将无功补偿技术应用到电气系统中，在线路中加装无功补偿装置实现就地平衡，从而解决无功功率的危害。考虑到电气工程及其自动化中线路分布错综复杂，因此，在应用无功补偿技术时，应把握以下两个基本原则。一是从简原则。线路上设置的补偿点不能太多，并且控制方式尽量简单，通常不会选择分组投切控制的补偿方案。在保护装置上，可以选择结构简单、性能可靠的熔断器作为过流和过压保护。二是适度原则。根据电气系统中电气设备的型号、数量等合理确定无功补偿设备的容量，既要达到预期的补偿效果，使电气系统的功率损耗保持在较低水平，同时又要避免出现过度补偿情况。在无功补偿技术的实际应用中，可能会因为线路负载过大而出现补偿不足的现象，此时，可以采取电阻抗和电容组合的无功补偿方案［1］。

2.2变电站中无功补偿技术的应用

变电站作为电气工程及其自动化中的核心设备之一，通过实行无功补偿，可以达到提高终端变压所母线电压、改善电网功率因数的效果。变电站的无功补偿系统主要包含并联电容器、同步调相机、静止补偿器等设备。一般来说，变电站所用无功补偿设备的容量至少要达到主变容量的30%，实际应用时，还要综合考虑安装环境、设备价格等因素。例如：某变电站的主变压器容量为40MVA，要想达到理想的无功补偿效果，选用的无功补偿设备容量至少要达到12MVA，才能保证变电站在空载运行状态下的电力损耗最低。需要注意的是，由于用户端的电力消耗表现为明显的时间变化和季节变化，因此对无功补偿技术的应用也提出了严格要求。以季节变化为例，夏季和冬季的电力消耗明显高于春、秋两季，由于变电设备的负荷较大、电压明显降低，因此，变电站必须要及时调整无功补偿方案，选择合适的补偿容量，才能提高供电质量、满足用户的用电需求［2］。

2.3回路电流平衡中无功补偿技术的应用

在电气工程及其自动化中，由于电源输出电压或者系统负载的波动较大，因此，会出现同步发电机定子绕组输出的三相电流的幅值与相位不一致的情况。输出的电流即为不平衡电流，这种电流除了会损害电气系统中的电力设备外，还会降低电能利用率、增加电气系统的运行成本。为避免此类问题，需要对回路中的不平衡电流采取补偿措施。基于无功补偿技术的回路电流平衡通常是加装分相补偿设备，简单来说，就是在电气系统的相与相之间，以及相与零线之间加入一定数量的电容器，通过灵活控制电容器的投入数量达到补偿有功电流的目的。负荷电感也是回路电流平衡中的重要参数，投入电容器的数量越多，负荷功率因数越低，此时，电气系统中可以利用的电感越多，相应的调整不平衡电流的能力越强。理论上来说，当负荷功率因数为0.7时，三相电流中最大相电流至少要达到最小相电流的2倍才能恢复平衡。因此，在应用无功补偿技术时，要合理确定投入电容器的数量，才能使回路三相电流保持平衡。

2.4做好无功补偿设备的选型

在电气工程中应用无功补偿技术时，如何选型与配置无功补偿设备是关键点。除了要遵循“就地平衡、分级补偿”的基本原则外，还要做到设备的合理选型。目前，常用的无功补偿设备按照分类标准的不同可以分成若干类型。例如：按照补偿方式的不同，可以分为集中补偿设备、分组补偿设备、就地补偿设备等；按照应用场景的不同，可以分为随机补偿设备、跟踪补偿设备等。

结语

无功补偿技术的应用在改善电气系统运行效率、延长电力设备使用寿命、帮助电力用户节约电费等方面均发挥了重要作用。在电气工程及其自动化中应用无功补偿技术时，应围绕电气系统的运行情况和无功补偿需要制订合理的补偿方案，并确定无功补偿设备的最佳容量和最佳数量，以较低的投资取得理想的补偿效果，确保电气工程的可靠、稳定运行。

参考文献

[1]沈韦俊，谢伟，侯金彪.浅谈变压器试验过程应用高压无功补偿技术改造[J].中国设备工程，2023（S1）：3-4.

[2]毛彦伟，陈晓宇，吴佩莹.考虑无功补偿的中/高压配电网双层协调控制方法[J].自动化技术与应用，2022（1）：51-52.

[3]陈振业，林利明，雷嘉敏.智能无功补偿技术在电力自动化中的应用[J].电力设备管理，2023（11）：123-125.