智能无功补偿技术在电气工程自动化中的应用初探

随着感性负荷在城乡低压电网中的普及，低压无功补偿技术也得到广泛应用。然而，现有的无功补偿装置存在体积大、维护困难和可靠性低等问题，因此开发新型智能低压无功补偿装置显得尤为重要。这就需要在明确无功补偿起因、原理以及常用补偿方式的基础上，深入分析探讨新型智能无功补偿技术的具体应用。

1 无功补偿起因与原理

1.1 无功补偿起因

（1）电动机负载因素

作为典型的电感性负载类型，三相电机需消耗电能建立电磁场以运行。由于部分能量会转变成无功功率，进而产生相应的分量，在进入到电力系统之后将被系统消纳。由无功功率直接产生的电流，其分量将在电力系统当中传输，最终以热能形式消耗。过多无功功率会使电压的压降以及损耗均大幅增加，所以对用户而言有必要通过无功补偿装置的合理配置保证功率因数。若没有进入到电力系统当中的无功功率过多，则会对功率因数以及电压质量都造成很大影响，使设备损耗大幅增加，影响运行效率。

（2）变频装置因素

如今，变频技术已经得到了广泛应用与快速发展，对于变频电器，无论是性能、功能还是节能效果，都有明显价值。然而，这样也会给电网的运行带来不利影响，尤其是电能质量方面的影响。作为一种典型的非线性负荷，变频电器除了会吸收大量无功功率，还会产生谐波分量，形成无功吸收。

（3）电力电缆因素

电力电缆适合城市应用，安装于地下，减少土地需求，不仅输电性能相对稳定，而且对运维的要求低，基本不会受到外界环境因素的影响。然而，电缆的大规模应用会使电网产生较大的对地功率，进而产生大量无功。对电缆导线而言，除了可视作负载无功，还具有电源性质。在中压电网当中，电缆导线的应用是导致无功不平衡的关键原因。

1.2 无功补偿原理

电网中感性负荷多时，需感性无功功率。电容性负载运行时，吸收无功。感性负荷下，电压超前电流 90 度；容性负荷下，电压滞后电流 90 度。电容器组发出的无功功率与感性负载吸收的无功功率互补平衡。用电设备效率由功率因数表示，范围[0,1]，趋近 1 表示效率高。电力系统在吸收大量无功之后，其视在功率减小，功率因数角也发生一定变化。

1.3 无功补偿形式

无功功率补偿能迅速补充无功缺口。对配电系统而言，可考虑采取以下补偿方式：1）低压侧集中补偿：将并联电容器安装于低压配电变压器母线的出线侧，以此通过对电路的控制进行电容器组投切，进而进行无功调节。目的是局部无功补偿，提升功率因数，保障电能质量。此模式配置简单，但调节能力有限，易产生过补偿或欠补偿问题，实际功效低于分散式补偿。2）柱上无功补偿：主要在 10kV 配电网线路中使用，直接在柱上进行设备配置，只需要建议控制即可使电容器组完成自动操作。该模式的应用能显著提高电压水平以及功率因数，降低线损，且设备安装成本相对较低，适合用电负载相对较大与功率因数相对较低的情况。但存在设备配置位置和变电站之间的距离较远，运维成本相对较高与控制困难等缺点，此外，若线路负载过重，则并不能显著提升功率因数。3）负荷终端分散式补偿：即在负载终端进行并联电容器组的配置，以此对无功潮流进行有效调节，在保证电压质量的同时降低电能损耗，该模式适合负载较大且输电距离相对较远的情况。

3 电气工程自动化中智能无功补偿技术应用

3.1 系统主要功能

3.1.1 主机功能

1）主机顺序发送状态信息，确保无竞争运行。2）依次发送读取指令给从机，接收电容数值、补偿类型等参量信息。3）采样电压电流量，计算实时潮流量、功率因数等，并按保护条件运行。4）对比线路参量，选择补偿器并发送控制指令，主机控制时可取消指令。5）监测供电，失电时切除

运行中的补偿器。

3.1.2 从机功能

1）未收到主机信息时，开启竞争操作，代替主机。2）接收主机参量读取指令，传回电容数值等信息。3）采样电压值，并严格按照相关保护条件运行运行。4）执行主机的各项控制信息，在投切补偿器的同时将设备的状态信息实时传回。5）待电容补偿器退出之后，启动时延保护功能，120s内接收到投入指令则不操作。6）监测供电，失电时切除运行中的补偿器。

3.2 功能运行环境

智能无功补偿设备控制电容补偿器组，对系统的无功需求进行有效调节。通过对系统实际运行状态的实时监测，适应过零投切等方面的要求。通过借助 C 语言进行编程，直接对设备元器件实施操控，以此提高效率。在智能设备中，微处理单元通过借助专门的编程工具进行功能设计，保证软件运行稳定性与易读性，并为后期升级改造创造良好条件。除此之外，对于独立模块，其设计方便调试，能省去不必要工作。

3.3 软件功能模块

3.3.1 初始化运行模块

该模块的主要功能包括：对数据进行临时存储与检验、完成初始设置、选择通信模式、完成展示形式选择、事件检测运行模式选择以及内部时钟和中断设定。

3.3.2 信息采样分析模块

软件设计中 DMA 采样独立于 CPU 后台数据输送。利用 PDB 控制模数信号采集频率，设定参数后触发中断执行操作，进行采样。采样成功后，直接内存访问信息采集传送，进行 Fourier 计算，包括频率数值、电压向量值和电压谐波数值。系统运行频率变化时，调整采样区间，保证模数转换单元采样符合实际频率要求。

3.3.3 可视化模块

可视化单元展示电力系统运行信息。系统运行状态异常时，可视化模块显示异常信息，便于运行操作人员及时处理。主界面显示电网运行状态数值，如电压、电流、功率等，以便于相关工作人员明确具体工况信息。对于查询定值功能，可对包含系统与控制参量以及保护系数等在内的数据进行查看。而修改定值则是对各项参量实施更正或修改。

3.3.4 按键分析功能

按键分析功能包括确认、取消、加减按键，具备点击和长按对应功能。当主界面处于正常状态时，若经监测发现确认案件被操作，则以按键的时长为依据进行判别，具体为若为短按，则开启定值设置显示，而若为长按，则开启选择调试状态显示。

3.3.5 温升分析功能

温升分析是设备自身保护控制的基本功能之一，监测温升情况，根据设定阈值执行判别，温升高于阈值时，执行补偿器投入闭锁指令，退出所有在运补偿器。

4 结语

综上所述，无功功率补偿是确保电力系统稳定、可靠运行的基础与关键，因此必须引起相关人员的重视。为适应当前的电气自动化需求，需要在保留原无功补偿方式优势的基础上，引入新型智能无功补偿技术，以切实提高无功补偿水平，为电力系统稳定可靠运行助力。

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