（临汾临能电力工程勘察设计有限公司 山西省临汾市 041000）
摘要：在高新科技的带动下，电力行业为了能够不断提升自身的核心竞争力，提高企业的经济效益，开始不断引用先进的电力设备与技术。目前，大型可控硅装置已走上应用轨道，而大量存在的冲击性负荷功率又极大，这就导致了电力系统的因数降低，同时电压变得不稳定。因此，为了确保电力系统电压质量、降低电网损耗，在电力系统中必须采用大量的无功补偿装置。基于此，文章就电力设计中无功补偿自控方案的应用进行分析。
关键词：电力设计；无功补偿；自控方案
1 无功功率及无功补偿的概念
在电力系统中，变压器、电动机等一些电气设备都是根据电磁感应原理工作的 当设备线圈流过交流电流时，在铁芯中会产生交变磁通，在交变磁场的作用下这些电气设备才能进行能量的转换和传递，建立磁场所需要的电流是电感性的，相位滞后电压90度，属于无功电流。因此为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，无功功率并不会直接转化为热能或者机械能，它们并不是“无用”的电功率，相反它们是电气设备能够正常运转的一个必备条件。无功功率在电网中不会被消耗，它只是与电能一直进行着周期性转换，并没有真正消耗能量，因此这类功率通常称之为无功功率，为保证电力系统能够正常运行，电力系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。电流在电感元件中做功时，电压超前于电流90度，而电容器接入电力系统后，其电压滞后电流90度，在同一电路中，流过电容设备的电流与流过电感设备的电流方向正好相反，相差 180 度，所以流过电容器的电流与用电设备建立磁场所需要的无功电流相位相反，可以互相抵消（补偿），从而使总电流减小，因此，在电力系统中，常把具有容性功率的装置与感性负荷连接在同一电路中，通过容性设备与感性负荷之间的能量相互转化，从而使感性负荷所需要的无功功率得到补偿，也就是电力系统所说的无功补偿。
2 无功补偿自控方案设计的分类
2.1 电子式
电子式自动补偿控制方案设计是由多个分立元件构成的，而由分 立元件所构成的自动控制系统主要涉及到以下几部分，如：相位、电流检测单元、无功运算、电容器、投切单元等。但是，此种补偿控制方案存在着很多的缺点，如：元件多、体积大、线路维修十分复杂、使用周期短等。
2.2 单片机控制技术
通常而言，该系统的构成涉及到诸多模块，比如键盘控制模块、信号调理模块、显示模块以及控制补偿模块等。由于其具备单时周期执行指令时间和先进指令集，因而 AT-mega16 为1MIPS/MHz 的数据吞吐率，这样便可以将系统在处理速度与功率消耗等方面的矛盾解决。另外，在单片机 AT-mega16 的内核中，有着非常丰富的指令，而且还有着 32 个工作寄存器，同时这些逻辑运算单元以及寄存器相互连接，进而使得指令可以在一个时钟周期同时访问两个不同的寄存器。AVR 的信号处理过程主要为：①由 A/D 转换器对所属出的信号予以采样；② 在把所采集的信号通过 FFT 算法予以有效处理；③检查与判断电压为过压还是为欠压，电流是否为负值等；④结合结果判定是否需要把电容器予以切除。该系统的设计基本上均是模块化的设计，具体涉及到四大变成模块，也就是显示及键盘模块、数据采集模块、电容器投切模块以及电网参数计算模块。借助于修改程序，来实现系统的连接与调试。现阶段，我们经常所采取的矿用 WBB 隔爆型自动补充武功装置是核心为单片机的控制器，用来检测整个电力系统的电流、电压以及无功功率等，以有助于补偿无功功率。装置中所配备的显示模块则能够将电容器投切状态、无功功率、负载电流和功率因数显示出来。此系统的结构具有很多的优势，如：结构设计简单、造价比较低、稳定性较好等。
而最为常用的芯片包含以下几种，如：ADμc812、8255、ADM202。投切控制元件一般常使用大功率过零型固态继电器 SSR，因此元器件封装具有零触发模块，因此， 在工作时，并不需要由 CUP 进行控制，这样一来，不仅可以更好的满足补偿电容无冲击电流的投切要求，而且又可以克服以往的执行元器件带来控制十分复杂且极易出现误动作的问题，进而可以从根本上提高系统运行的稳定性。而此系统的主要工作原理为：当控制器在进行上电初始化之后，便会将 INTO 中断予以打开，而在相电压过零后，其过零检测模块会出现中断触发脉冲下降沿，这样系统变开始进入到中断系统当中。
2.3 基于 PLC 控制的无功补偿自控方案
PLC 控制技术是一种新兴的以微机技术为依托的电力控制设备。这一设备的传统的续电器及触器自控系统为基础框架，其技术核心在于 PLC 控制技术。这一技术支持下的无功补偿自控方案沿袭了原系统的主回路、相角检测回路、输出电路及供应电源，而采用 PLC 控制技术的部分则主要包括加减法电平转换、延时电路、时钟脉冲发生器、可逆计数器、清零电路以及译码器等硬件设备。相角检测电路的输出信号不强，因而难以成功驱动 PLC 的输入。因此要对此信号进行放大处理，使其成为 PLC 能够识别的信号。按照系统指示，使用 PLC 软件进行自动化控制。应注意的是，原有电路中的三极管开关电路会受到输出点容量的制约，因此应将其置于中间做为输出电路使用。
3 无功补偿自控方案比较
经过上述的一系列分析，可以看出，各类自动补偿方案都有其各自的局限性。其中，传统电子式自动补偿控制方案具有较复杂的电路线路，响应速度较差，运行可靠性不够；而单片机控制下的无功补偿方案在面对外界干扰时的防控能力不足，用于中高压无用功补偿领域时缺乏安全保障。另外，变电站的辐射区域与电压等级息息相关，等级越高，辐射的范围越大，故障的严重程度也就越大；最后是基于 PLC控制技术的补偿方案，不但组态快捷便利，又极易扩展，运行中会更加可靠，同时又能最大程度地防止干扰。由于其线路比较简单，因此在进行检修时也更加便于操作。因此可以说，基于 PLC 控制技术的无功自动补偿方案是目前所有补偿技术中的最佳方案。
4 无功补偿技术的发展趋势
近年来，随着电力电子技术的发展，动态无功补偿装置越来越广泛地应用于电力系统中，用于提高电网电压稳定性、提高功率因数以及改善用户电能质量。众所周知，风能是一种清洁能源，但由于风资源的不确定性和风力发电机本身的运行特性，使风力发电机组的输出功率是波动的，导致并网功率因数不合格、电压偏差等问题。为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题，各个风电场都采取了各种方式来提高风电场并网运行稳定性，但静止无功发生器（SVG）是目前最先进的无功补偿技术，它在风电场的应用极大地补偿了风电的无功功率以及对谐波的动态补偿，提高了风电场电压的稳定性。
5 结束语
总体来说，只有在选择更优化的无功补偿设计方案，才有可能大大降低电网功率因数、减少电能损耗，可以说，这对今后电网建设有着十分重要的现实意义。在对这一系列方案进行分析之后，指出基于 PLC 控制技术的无功自动补偿方案具有最为明显的优势，理应成为电力企业的首选方案。
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