引 言燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。一 燃料电池发电的技术特点和应用形式技术特点燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点：(1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50一60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。(3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20一120)。(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。(8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。(9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。(10)自动化程度高，可实现无人操作。总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。燃料电池的应用形式(1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。(2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2—20)MW。(3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100—300MW)。(4)燃料电池还可用于100W—100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。二 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60—75(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。燃料电池发电可有效地降低火力发电的污染物和温室气体排放量燃料电池发电中几乎没有燃烧过程，NOx排放量很小，一般可达到(O．139一0．236)kg／MW?h以下，远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg／MW?h一3kg/MW．h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理，碳氢化合物也必须重整成氢气和CO，因此，尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比，C02的排放量可减少40％一60．在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下，通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。采用燃料电池发电可提高供电的灵活性和可靠性燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比，燃料电池的发电效率更高、污染更低。在250KW—lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高，而且启动快、变负荷能力强，是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电，给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟，使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考：提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量，虽然主要依靠电网的改造和技 术革新，但如果在电网中有许多分布式电源在运转，供电的可靠性将会大大提高。 对于象军事基地、指挥中心、医院、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业等部门，对电力供应的可靠性和质量要求很高。目前采用的备用电源效率低、污染严重、电压波动大。而采用燃料电池作为分布式电源向这些部门提供电力，会使供电的可靠性和电力质量大大提高。他们将是燃料电池发电技术的第一批用户。对于边远地区，负荷小且分散，若建设完善的电网，不仅投资大，线损大，且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源，更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大，因此，它也是理想的移动电源，适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。发展燃料电池发电技术是提高国家能源和电力安全的战略需要美国已将燃料电池发电列为国家安全关键技术之一。美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，高技术的垄断日趋严重，掌握清洁高效发电的高新技术对未来国家的能源和电力安全具有重要的战略意义，而燃料电池发电技术，正是这种高效清洁的高新发电技术之一。燃料电池突出的优点，以及发达国家竟相投入巨资研究开发的行动，足以说明燃料电池发电技术在21世纪会起到越来越重要的作用。发展燃料电池发电技术是国电公司“加强技术创新，发展高科技，形成高新技术产业”的需要燃料电池发电技术是电力工业中的高新技术，己受到普遍重视。美国燃料电池发电技术的研究开发主要由美国能源部组织实施，其中一个重要的目的就是形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力。日本的东京电力公司、关西电力公司及其它公用事业单位是日本燃料电池开发及商业化的主要承担者和推动者，其目的也是为电力公司注入新的经济增长点以获得巨大的经济效益和社会效益。国家电力公司处在完成“两型”、“两化”、“进入世界500强”的历史时刻，恰逢党中央国务院号召全国各行业“加强技术创新，发展高科技，实现产业化”的有利时机，在国家电力公司内不失时机地进行燃料电池发电技术的研究开发是非常必要的。采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在尽可能短的时间内初步形成自主产权的燃料电池发电关键技术，不仅可以使我国在燃料电池发电技术领域与国外的差距大大缩小，而且，对国家电力公司进行发电系统的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实现跨越式发、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。燃料电池发电技术在我国有广阔的发展前景未来二十年，随着我国“西气东送”，全国天然气管网的不断完善及液化天然气(LNG)的广泛应用，燃用天然气的燃料电池发电将会有很大市场。煤层气也是燃料电池的理想燃料。我国丰富的煤层气资源也将是燃料电池发电的巨大潜在能源之一。燃料电池可与常规燃气一蒸汽联合循环结合，形成更高效率的发电方式。与煤气化联合循环(IGCC)结合，形成数百兆瓦级的大型、高效、低污染的中心发电站，比IGCC效率更高，污染更小。燃料电池可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，通过燃料电池发电，提高能源转换效率，并降低污染物排放量。对一些经济欠发达但有丰富的沼气资源的地区，利用燃料电池发电技术有可能更有有效地解决这些地区的电力供应问题。与国外有较大的差距在燃料电池发电技术方面，我国与国际先进水平有较大的差距。在MCFC和SOFC技术方面，国外已分别示范成功了2MW和100KW的燃料电池发电机组，而我国在这方面才刚刚起步，2000年才可望研制出2KW左右的试验装置。在PAFC和PEFC技术方面，国内与国外的差距更大。倘若我们现在不开始研究开发燃料电池发电技术，等到燃料电池完全成熟后再引进，不但会受制于人，还将付出更大的经济代价，更谈不上尽快形成燃料电池发电的产业化。若不能形成燃料电池的产业化并在电力系统广泛应用，那么，也谈不上提高发电效率和降低污染物的排放。只有从现在开始，在国外的基础上，高起点研究，经过10—20年的努力，有可能在国电公司形成燃料电池的产业和广泛的商业应用。在我国电力系统发展燃料电池发电技术是市场经济条件下的迫切要求分散式电源作为大电网的有效补充己得到许多国家的重视，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电网的容量大、技术水平和可靠性还较低、抵御各种灾害的能力较差，在这种情况下，小型高效的燃料电池分布式电源随着技术的商业化市场潜力巨大。倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。三 国外燃料电池发展计划及商业化的预测美国燃料电池发电技术研究开发状况美国燃料电池发电技术的研究开发计划1997年，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”，燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000／KW的优惠。结果，仅在1998年，就有42台200kwPAFC发电机组投入运行。美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。美国DOE的燃料电池发展计划如下：PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40％一45(LHV)，热电联产的热效率为80％(LHV)。已完成250KW和2MWMCFC的现场示范，预计2002年进行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化；2010年，燃用天然气的250KW一20MWMCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化;2020年，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60％(LHV)，组成联合循环的发电效率为70(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上。目前，己完成25kw和100kwSOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右，进行MW级SOFC示范；2003年左右，100kw一1MWSOFC进行商业化：2010年，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化；2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62％(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72％(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65％(LHV)，这一目标预计2010完成。美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。PlugPower公司与GE合作，计划2001年使10kwPEFC进入商业化，价格达到S750—1000／kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到$350／kw。市场预测美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在2005年一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为$2000一$3000／kw，若年生产能力达到100MW／a，商业化的价格则可达到$l000—$1500/Kw。若能达到(2000—4000)MW／a的生产能力，燃料电池的原材料费仅$200一$300／kw。那么燃料电池的价格则有可能达到$900—$l100／kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测发展进程日本在PAFC研究方面，走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组，大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”，燃料电池发电是其中一项重要内容。此后，日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发，并与美国IFC合作，使日本的PAFC得到更大的发展。目前，日本的PAFC技术已赶上了美国，商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC合制)均在日本投运，日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。日本有关MCFC的研究是从1981年开始的，通过自主开发并与美国合作。1987年10kwMCFC开发成功，1993年100kw加压型MCFC开发成功，1997年开发出1MW先导型MCFC发电厂，并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点，目标是2000年一2010年，实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化，并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范，2010年后，实现煤气化MCFC联合循环发电，并逐步替代常规火电厂。日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的，立足于自主开发。1989年一1991年，开发出l00W一400WSOFC电池堆，1992年一1997年开发出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。“新阳光计划”中预计2000年一2010年，使SOFC达到MW级，并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”，目前开发的容量为(1—2)kw。政府采取的措施日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中，先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC；1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。在通产省和NEDO的统一组织和管理下，使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合，实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司，过去十年来安装了约80多台燃料电池机组，装机容量达到，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10的免税额，并获有30％的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40％的低息贷款。市场预测1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW；2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是MCFC和SOFC高温型燃料电池；2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化；发电效率达到50％一60％。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW；2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为735MW，工业用热电联产型为1465MW。其它国家和地区的发展进程目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kwMCFC电厂，1996年投运。德国正在开发250kwMCFC。德国西门子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。 加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kwPEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kwSOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kwPAFC进行示范运行。国外发展燃料电池发电技术的经验总结回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发；二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发；三是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发；四是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10—20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。 燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了—个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。四 各种燃料电池发电技术综合比较 AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高，性能可靠。但它要以纯氢做燃料，纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。 PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40％一45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整：而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)一2(200℃)，否则会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。 MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直接用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环，使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统；要求燃料气中H2S和CO小于；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发；与SOFC相比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MCFC的缺点是启动时间较长，不适合作备用电源。MCFC己接近商业化，示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看，MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。 SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了电解质蒸发和电池材料的腐蚀问题，电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料，使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右，燃料可以在电池内进行重整。由于运行温度很高，要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比，SOFC的启动时间较长，不适合作应急电源。与MCFC相比，SOFC组成联合循环的效率更高，寿命更长(可大于40000小时)；但SOFC面临技术难度较大，价格可能比MCFC高。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一，既可用作中小容量的分布式电源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心电站(＞l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范，将使SOFC的优越性进一步得到体现。 PEFC：PEPC的运行温度较低(约80℃)，它的启动时间很短，在几分钟内可达到满负荷。与PAFC相比，电流密度和比功率都较高，发电效率也较高(45％一50(LHV))，对CO的容许值较高(＜10ppm)。PEFC的余热温度较低，热利用率较低。与PAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比，它具有寿命长，运行可靠的特点。PEFC是理想的可移动电源，是电动汽车、潜艇、航天器等移动工具电源的理想选择之一。目前，在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场，不适合做大容量中心电站。结 论选择适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，应综合考虑以下几点：较高的发电效率；环保性能好；既能作为高效、清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站的发展潜力；既能以天然气为燃料，又具有以煤为燃料的可能性；技术的先进性及商业化进程；运行的可靠性和寿命；降低造价的潜力；国内的基础。综合考虑以上几点，对适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，提出以下几点选择意见：(1)优先发展高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向，这两种燃料电池既能以天然气为燃料作为高效清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站(以天然气或煤为燃料)的发展潜力。(2)MCFC和SOFC各有特点，都存在许多问题，尚未商业化。若考虑技术难度和成熟程度以及商业化的进程，对于MCFC，应走引进、消化吸收、研究创新，实现国产化的技术路线，并尽快投入商业应用：对于SOFC，应立足于自主开发，走创新和跨越式发展的技术发展路线。(3)随着氢能技术的发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和的市场潜力，国家电力公司应密切跟踪研究。(4)AFC不适合于民用发电。PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC、SOFC和PEFC比较，已相对落后。因此，AFC和PAFC不应做为国家电力公司研究开发的方向。参考文献[1] 许世森，朱宝田等，在我国电力系统发展的燃料电池发电的技术路线和实施方案研究，国家电力公司热工研究院，1999．12
电力系统模糊稳定器的设计与仿真基于整个输电网的电压行波故障定位算法研究面向对象的发电机保护整定计算程序设计高压输电线故障测距算法仿真研究基于matlab编程的短路电流计算方法基于matlab编程的电力系统潮流计算方法研究电力系统无功补偿点的确定及补偿方法的研究．．．．．
变电所的无功补偿
其中这些有开题报告 1. 用单片机进行温度的控制及LCD显示系统的设计 2. 基于MultiSim 8的高频电路仿真技术 3. 简易数字电压表的设计 4. 虚拟信号发生器设计及远程实现 5. 智能物业管理器的设计 6. 信号高精度测频方法设计 7. 三相电机的保护控制系统的分析与研究 8. 温度监控系统设计 9. 数字式温度计的设计 10. 全自动节水灌溉系统--硬件部分 11. 电子时钟的设计 12. 全自动电压表的设计 13. 脉冲调宽型伺服放大器的设计 14. 基于虚拟仪器技术的数字滤波及频率测试 15. 基于无线传输技术的室温控制系统设计——温度控制器硬件设计 16. 温度箱模拟控制系统 17. 基于无线传输技术的室温控制系统设计——温度控制器软件设计 18. 基于微控制器的电容器储能放电系统设计 19. 基于机器视觉的构件表面缺陷特征提取 20. 基于单片机的语音提示测温系统的研究 21. 基于单片机的步进电机的控制 22. 单片机的数字钟设计 23. 基于单片机的数字电压表的设计 24. 基于单片机的交流调功器设计 25. 基于SPI通信方式的多通道信号采集器设计 26. 基于LabVIEW虚拟频谱分析仪的设计 27. 功率因数校正器的设计 28. 高精度电容电感测量系统设计 29. 电表智能管理装置的设计 30. 基于Labview的虚拟数字钟设计 31. 超声波测距语音提示系统的研究 32. 斩控式交流电子调压器设计 33. 基于单片机的脉象信号采集系统设计 34. 基于单片机的简易智能小车设计 35. 基于FPGA的18路智力竞赛电子抢答器设计 36. 基于EDA技术的智力竞赛抢答器的设计 37. 基于EDA技术的数字电子钟设计 38. 基于EDA的计算器的设计 39. 基于DDS的频率特性测试仪设计 40. 基于CPLD直流电机控制系统的设计 41. 单色显示屏的设计 42. 扩音电话机的设计 43. 基于单片机的低频信号发生器设计 44. 35KV变电所及配电线路的设计 45. 10kV变电所及低压配电系统的设计 46. 6Kv变电所及低压配电系统的设计 47. 多功能充电器的硬件开发 48. 镍镉电池智能充电器的设计 49. 基于MCS-51单片机的变色灯控制系统设计与实现 50. 智能住宅的功能设计与实现原理研究 51. 用IC卡实现门禁管理系统 52. 变电站综合自动化系统研究 53. 单片机步进电机转速控制器的设计 54. 无刷直流电机数字控制系统的研究与设计 55. 液位控制系统研究与设计 56. 智能红外遥控暖风机设计 57. 基于单片机的多点无线温度监控系统 58. 蔬菜公司恒温库微机监控系统 59. 数字触发提升机控制系统 60. 仓储用多点温湿度测量系统 61. 矿井提升机装置的设计 62. 中频电源的设计 63. 数字PWM直流调速系统的设计 64. 基于ARM的嵌入式温度控制系统的设计 65. 锅炉控制系统的研究与设计 66. 动力电池充电系统设计 67. 多电量采集系统的设计与实现 68. PWM及单片机在按摩机中的应用 69. IC卡预付费煤气表的设计 70. 基于单片机的电子音乐门铃的设计 71. 新型出租车计价器控制电路的设计 72. 单片机太阳能热水器测控仪的设计 73. LED点阵显示屏-软件设计 74. 双容液位串级控制系统的设计与研究 75. 三电平Buck直流变换器主电路的研究 76. 基于PROTEUS软件的实验板仿真 77. 基于16位单片机的串口数据采集 78. 电机学课程CAI课件开发 79. 单片机教学实验板——软件设计 80. 63A三极交流接触器设计 81. 总线式智能PID控制仪 82. 自动售报机的设计 83. 断路器的设计 84. 基于MATLAB的水轮发电机调速系统仿真 85. 数控缠绕机树脂含量自控系统的设计 86. 软胶囊的单片机温度控制（硬件设计） 87. 空调温度控制单元的设计 88. 基于人工神经网络对谐波鉴幅 89. 基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计 90. 锅炉汽包水位控制系统 91. 基于单片机的玻璃管加热控制系统设计 92. 基于AT89C51单片机的号音自动播放器设计 93. 基于单片机的普通铣床数控化设计 94. 基于AT89C51单片机的电源切换控制器的设计 95. 基于51单片机的液晶显示器设计 96. 超声波测距仪的设计及其在倒车技术上的应用 97. 智能多路数据采集系统设计 98. 公交车报站系统的设计 99. 基于RS485总线的远程双向数据通信系统的设计 100. 宾馆客房环境检测系统 101. 智能充电器的设计与制作 102. 基于单片机的户式中央空调器温度测控系统设计 103. 基于单片机的乳粉包装称重控制系统设计 104. 基于单片机的定量物料自动配比系统 105. 基于单片机的液位检测 106. 基于单片机的水位控制系统设计 107. 基于VDMOS调速实验系统主电路模板的设计与开发 108. 基于IGBT-IPM的调速实验系统驱动模板的设计与开发 109. HEF4752为核心的交流调速系统控制电路模板的设计与开发 110. 基于87C196MC交流调速实验系统软件的设计与开发 111. 87C196MC单片机最小系统单板电路模板的设计与开发 112. 电子密码锁控制电路设计 113. 基于单片机的数字式温度计设计 114. 列车测速报警系统 115. 基于单片机的步进电机控制系统 116. 语音控制小汽车控制系统设计 117. 智能型客车超载检测系统的设计 118. 直流机组电动机设计 119. 单片机控制交通灯设计 120. 中型电弧炉单片机控制系统设计 121. 中频淬火电气控制系统设计 122. 新型洗浴器设计 123. 新型电磁开水炉设计 124. 基于电流型逆变器的中频冶炼电气设计 125. 6KW电磁采暖炉电气设计 126. 基于CD4017电平显示器 127. 多路智力抢答器设计 128. 智能型充电器的电源和显示的设计 129. 基于单片机的温度测量系统的设计 130. 龙门刨床的可逆直流调速系统的设计 131. 音频信号分析仪 132. 基于单片机的机械通风控制器设计 133. 论电气设计中低压交流接触器的使用 134. 论人工智能的现状与发展方向 135. 浅论配电系统的保护与选择 136. 浅论扬州帝一电器的供电系统 137. 浅谈光纤光缆和通信电缆 138. 浅谈数据通信及其应用前景 139. 浅谈塑料光纤传光原理 140. 浅析数字信号的载波传输 141. 浅析通信原理中的增量控制 142. 太阳能热水器水温水位测控仪分析 143. 电气设备的漏电保护及接地 144. 论“人工智能”中的知识获取技术 145. 论PLC应用及使用中应注意的问题 146. 论传感器使用中的抗干扰技术 147. 论电测技术中的抗干扰问题 148. 论高频电路的频谱线性搬移 149. 论高频反馈控制电路 150. 论工厂导线和电缆截面的选择 151. 论工厂供电系统的运行及管理 152. 论供电系统的防雷、接地保护及电气安全 153. 论交流变频调速系统 154. 论人工智能中的知识表示技术 155. 论双闭环无静差调速系统 156. 论特殊应用类型的传感器 157. 论无损探伤的特点 158. 论在线检测 159. 论专家系统 160. 论自动测试系统设计的几个问题 161. 浅析时分复用的基本原理 162. 试论配电系统设计方案的比较 163. 试论特殊条件下交流接触器的选用 164. 自动选台立体声调频收音机 165. 基于立体声调频收音机的研究 166. 基于环绕立体声转接器的设计 167. 基于红外线报警系统的研究 168. 多种变化彩灯 169. 单片机音乐演奏控制器设计 170. 单目视觉车道偏离报警系统 171. 基于单片机的波形发生器设计 172. 智能毫伏表的设计 173. 微机型高压电网继电保护系统的设计 174. 基于单片机mega16L的煤气报警器的设计 175. 串行显示的步进电机单片机控制系统 176. 编码发射与接收报警系统设计：看护机 177. 编码发射接收报警设计：爱情鸟 178. 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 179. 用单片机控制的多功能门铃 180. 电气控制线路的设计原则 181. 电气设备的选择与校验 182. 浅论10KV供电系统的继电保护的设计方案 183. 智能编码电控锁设计 184. 自行车里程,速度计的设计 185. 等精度频率计的设计 186. 基于嵌入式系统的原油含水分析仪的硬件与人机界面设计 187. 数字电子钟的设计与制作 188. 温度报警器的电路设计与制作 189. 数字电子钟的电路设计 190. 鸡舍电子智能补光器的设计 191. 电子密码锁的电路设计与制作 192. 单片机控制电梯系统的设计 193. 常用电器维修方法综述 194. 控制式智能计热表的设计 195. 无线射频识别系统发射接收硬件电路的设计 196. 基于单片机PIC16F877的环境监测系统的设计 197. 基于ADE7758的电能监测系统的设计 198. 基于单片机的水温控制系统 199. 基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计 200. 自动存包柜的设计 201. 空调器微电脑控制系统 202. 全自动洗衣机控制器 203. 小功率不间断电源(UPS)中变换器的原理与设计 204. 智能温度巡检仪的研制 205. 保险箱遥控密码锁 206. 基于蓝牙技术的心电动态监护系统的研究 207. 低成本智能住宅监控系统的设计 208. 大型发电厂的继电保护配置 209. 直流操作电源监控系统的研究 210. 悬挂运动控制系统 211. 气体泄漏超声检测系统的设计 212. FC-TCR型无功补偿装置控制器的设计 213. 150MHz频段窄带调频无线接收机 214. 数字显示式电子体温计 215. 基于单片机的病床呼叫控制系统 216. 基于单片微型计算机的多路室内火灾报警器 217. 基于单片微型计算机的语音播出的作息时间控制器 218. 交通信号灯控制电路的设计 219. 单片机控制的全自动洗衣机毕业设计论文 220. 单片机脉搏测量仪 221. 红外报警器设计与实现
根据计算算出电网需要补偿的无功量，然后设计出一个在低电压时切入，高电压时切出的装置，应该不会太难，有信心一定成功。
第一讲：基础知识一、为什么要进行无功补偿？交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为“无功补偿”。无功功率的定义 国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。 QC=U×IC 其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能,电容元件建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电压超前于电流90℃.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90℃.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,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的原理。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系， ，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）矢量图： 我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图a)，同样的，将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图b)。 如图(a)所示，功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸收的能量转化为磁场能量；而在第一和第三个1/4周期内电感就放出功率，储存在磁场中的能量将全部放出。这时电感好象一个电源，把能量送回电网。磁场能量和外部能量的转化反复进行，电感的平均功率为零，所以电感是不消耗功率的。 如图(b)所示，在电容中，在第一个1/4周期内，电容在吸收功率进行充电，把能量储存在电场中。在第二个1/4周期内电容则放出功率，原来储存在电场中的能量将全部送回给外部电路。第三和第四个1/4周期内各重复一次。 电容的充电和放电过程，实际上就是外部电路的能量和电容的电场能量之间的交换过程。在一个周期内，其平均功率为零，所以电容也是不消耗功率的。 我们注意到：在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。 因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。 二、功率因数1、功率因数的定义：功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义： （1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ= ＝ 其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX = 从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U= 功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系： P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。 综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。（插入讲解功率因数的目标及力率收费）1、对功率因数的要求除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费 我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝ 如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15 备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则 P1＝Scosφ1＝3150×（kW) Q=P( - ) =( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波) TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只 2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台 3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台 4 熔断器 BRW-12/60P 6 5 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只 6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只 7 带电显示器 DXN-12T 1 只 8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只 9 电磁锁 DSN3 3 只 10 铝母线、绝缘子等附件 1 套 11 电容器柜体骨架 1 套 按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用： Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为： P=3I2R×10－3= R×10－3 当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%下图表示一个主变容量为15000kVA的35kV变电所，单回路供电的电力网，单回35kV供电线路至35 kV变电所，期间T接一个电力排灌站，根据有关负荷数据如下： Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整款×8760×(万元)补偿后 A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于规定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则 全面规划、合理布局、 分级补偿、就地平衡无功补偿方法 集中补偿与分散补偿相结合 高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合 配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； P－最大负荷月的平均有功功率kW; cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿； 在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即： QC1≤ UeI0 其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； Ue－电动机额定电压kV; Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。 第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器 电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器： BAM11/ —200—1WR 内置放电电阻 户外 单相 额定容量 额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器： BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意： (1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。 (2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。 箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。
【摘 要】随着科学技术的发展，能源节约越来越受到人们的重视。在电机、电力系统用电设备中无功功率消耗和有功功率相比超出很多电能，造成了不必要的极大浪费。从这一角度出发，如果采用无功补偿，来提高功率因数，则可以很有效地节约电能、减少运行费用。本文对无功补偿的作用、选择方式进行了论述，最后引用相关实例进一步说明可无功补偿的重要性及其实用价值和现实意义。 【关键词】无功功率补偿；经济效益 引言 在电机、电力系统用电设备中无功功率消耗和有功功率相比超出很多电能，造成了不必要的极大浪费。从这一角度出发，如果采用无功补偿，来提高功率因数，则可以很有效地节约电能、减少运行费用。电容补偿又叫做无功补偿或者功率因数补偿。电感性的无功功率通常存在于电力系统的中正在运行的用电设备，极大地造成了电源容量使用效率微弱，能够改良的方式是在系统中添加电容。当前无功补偿大致分为以下几类（1）集中补偿（2）组合就地补偿(分散就地补偿)（3）单独就地补偿。这几种补偿方式都有各自的特点，如何运用要因地制宜，具体情况具体分析，否则反而会带来不必要的浪费。 1 无功功率补偿的作用 降低系统的能耗 功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。当功率因数从提高至时，可知有功损耗降低21％左右。在输送功率P= 3UIcosφ不变情况下，cosφ提高，I相对降低，功率因数从提高至时，铜耗相当于原来的80％。 减少了线路的压降 由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高)，有利于大电机起动。 增加了供电功率，减少了用电贴费 对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。 2 电容补偿在技术上应注意的问题 应注意以下问题： (1)防止产生自励 采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容QC= (2)防止过电压 当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过倍额定电压。”因此必须符合QC< 的条件。 (3)防止产生谐振。 (4)防止受到系统谐波影响。 对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。 3 电容补偿控制及安装方式的选择 电容补偿方式的选择 采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。 电容器组投切方式的选择 电容器组投切方式分手动和自动两种。 对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。 无功自动补偿的调节方式 以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。 4 电动机就地补偿电容器容量确定 就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。 5 电容补偿的工程实例应用 以某大型项目中能源中心为例，该项目设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。供电电源的电压等级为10kV。本着“节能、高效”的方针，初次尝试了采用燃汽轮机发电机组自发电，冷、热、电三联供，做到汽电共生，实现能源综合利用。经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，同时亦减少变电环节，也就减少了故障点。根据负荷计算，共采用六路10kV电源，分别对高压电动机直配。 在这个项目中，高压电动机主要用于空调系统中的中央空调机组，以及主机的外部设备——冷冻水循环泵和冷却水循环泵多台设备。这些设备单机容量很大，离心机组单机最大达2810kW(共5台)，小的870kW(共4台)，冷冻水循环泵单机560kW(共9台)，冷冻水循环泵单机亦有380kW(共3台)，自然功率因数在左右。如果在10kV配电室集中补偿电容，不采用高压无功自动补偿的话，如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定，有可能造成过补偿，引起系统电压升高。同时，从配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m，最远140m，线路损耗相当可观，综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求高，因此采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近。这些电动机采用自耦降压起动方式，高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样做，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。 对于低压设备，由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出，低压电机布置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小，就地补偿的经济效益亦有，但这些设备主要用于锅炉房和给排水设备，锅炉房的设备不如冷冻机房集中，环境较差，管理不便，因此，在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的。 6 总结 对无功功率进行补偿的节能效果是有目共睹的，在应用的过程中，还应该在技术经济上综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用集中补偿还是就地补偿，还是两者综合采用，从而达到使电气设备经济运行的目的。 参考文献 [1]卓乐友．电力工程电气设计手册［M］.北京: 水利电力出版社，1991． [2]中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京: 中国电力出版社，2005．
无功补偿器是一种补偿装置，
原理：在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
结构电路参考下图：
电气化铁道电能质量综合控制研究摘 要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制1 前言中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里,跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经济发展中起着举足轻重的作用。但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力设备的安全经济运行具有重大意义。2 电气化铁道牵引供电系统2·1 概述我国的动力供电电网电压一般为110kV或者220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有效措施加以治理[1]。2·2 单相变压器牵引供电网采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图1所示[2]。单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图2所示[2]。三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。3 SVC静止型动态无功补偿装置3·1 SVC的发展静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有较快的响应速度,它能够维持端电压恒定3·2 SVC的工作原理及在电网中应用TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通,导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180°之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提供的补偿电流中含有谐波分量[3]。TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里,晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切除所有电容器组,只留有TCR运行。4 电网电能质量综合控制与治理4·1 谐波抑止与无功补偿利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按照式(1)、(2)来计算。QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1)式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2)式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤波器构成。当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后,如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设备安全运行造成影响。一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]:如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3)式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih为供电臂第h次谐波电流。BBC电气公司按照式(4)分配无功功率Qc(h)=QSVC∑Ih(4)AEG电气公司则按照式(5)分配无功Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5)式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、13次滤波支路分配的补偿容量。4·2 负序电流补偿牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷上都安装SVC[5]。在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步:(1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每相负荷都为电阻性。(2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA相的电感性负荷G/ 3互相对称。电流环路图和相位图分别如图4、5所示:从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补偿而消除。现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感参数可以被快速、精确计算得到。5 结论与展望本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电网安全、经济运行。参考文献[1] 李群湛.电气化铁道并联综合补偿及其应用[M].北京:中国铁道出版社, 1993.[2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].[3] 王兆安.谐波抑止和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1999.[4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社, 1988.[5] 安鹏,张雷,刘玉田.电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对策[J].山东电力技术, 2005, (4): 16-19.[6] 马千里.动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J].电气化铁道, 2008(4).
“静止无功补偿器”中的静止指的是什么？电力电子系统中的“静止元件”指“静止无功补偿器”中的静止指的是非旋转即“不动”。电力电子系统中的“
1、多机电力系统非线性励磁控制的计算机仿真研究，清华大学学报，，（EI收录号：95072777117）。2、非线性励磁控制对发电机进相运行稳定性的改善，清华大学学报，，（EI收录号：97073737538）。3、微机非线性励磁控制器的理论研究，青岛大学学报，，（EI收录号：97123976944）。4、微机非线性励磁控制器的应用研究，青岛大学学报，，（EI收录号：97123978876）。5、非线性励磁控制器对电力系统稳定性的影响，电工技术学报，，（EI收录号：98064262284）。6、复杂系统非线性励磁控制的数字仿真研究，中国电机工程学报，，（EI收录号：04538760087）。7、故障限流装置的发展和应用，电工技术学报，，（EI收录号：05098867228）。8、基于直接反馈线性化理论的微机非线性励磁控制器,控制理论与应用,,（EI收录号：98034141981）。9、直接反馈线性化理论的归纳与拓展，青岛大学学报，，（EI收录号：98104409322）。10、静止无功补偿器非线性控制对系统功角稳定的影响，中国电机工程学报，，（EI收录号：04148103186）。11、SVC综合非线性控制器在交直流混合系统中的应用，中国电机工程学报，，（EI收录号：04468459391）。12、微机励磁控制系统冗余模块的可靠性设计，青岛大学学报，，（EI收录号：98104409323）。13、动态电压恢复器检测方法与补偿策略的研究，电力电子技术（重要核心刊物），。14、现代励磁控制装置辅助功能的研究及发展趋势，水利水电技术（重要核心刊物），。15、超导故障限流器对继电保护的影响，中国电力（重要核心刊物），（，，P36-P39）。16、级联动态电压恢复器的研究，电网技术（重要核心刊物），（，，P74-P77）。17、动态电压恢复器双闭环控制策略的研究，电力电子技术（重要核心刊物），（，，P34-P36）。18、几种无功补偿装置的性能比较分析，电网技术（重要核心刊物），。19、超导故障限流器的基本原理及在电力系统中的应用，电网技术（重要核心刊物），。20、过电流保护误动作分析，农村电气化（重要核心刊物），，排名第三。21、发电机外部短路与失磁故障的仿真研究，水利水电技术（重要核心刊物），。22、基于微分几何理论和自抗扰控制技术的励磁控制器设计，电工电能新技术（重要核心刊物），。23、USB在基于新型DSP的励磁控制系统中的应用，电气传动（核心刊物），。24、电气工程虚拟实验技术的研究，电测与仪表（核心刊物），。25、混杂动态系统的理论及其应用，天津师范大学学报（核心刊物），。26、自动励磁控制器移相触发电路的研究，电气传动（核心刊物），。27、智能功率模块驱动保护电路的研究与应用，电测与仪表（核心刊物），（，，P60-P63）。28、TMS320F2812在电力系统多通道同步交流采样中的应用，电子技术应用，。29、配电系统电压稳定性概念的分析，天津理工大学学报，。30、基于DSP的励磁控制器USB通讯系统设计，天津理工大学学报（已录用），。31、基于TMS320F2812的励磁控制器数据采集与处理系统，天津理工大学学报（已录用），。32、多机系统中SVC与发电机励磁协调非线性控制器的设计，青岛大学学报，。33、直接反馈线性化理论在平度热电厂的应用,控制会议论文集,1996,9。34、计算机实时控制系统的可靠性研究，青岛大学学报，。35、直接反馈线性化（DFL）的理论体系研究，青岛大学学报，。36、控制理论的应用-从自动调节到综合智能化，控制工程，。37、控制理论研究的现状分析及发展动态，天津理工大学学报，。38、PID励磁控制对比例式励磁调节效果的改善，天津理工大学学报，。39、电力系统短路故障分析及其快速诊断，天津理工大学学报，。40、风电场的稳定问题，可再生能源，。41、企业电网在外部系统故障时的安全稳定性分析，天津理工大学学报，。42、桥式超导故障限流器的数字仿真研究，继电器，。43、基于DSP的励磁控制器数据采集系统设计，天津理工大学学报，。44、桥式超导故障限流器的数字仿真研究，天津理工大学学报（已录用），。45、STATCOM在配电系统中的数字仿真研究，天津理工大学学报（已录用），。
《无功补偿及补偿装置的选择》论文如下：
第一讲：基础知识
第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择
第一讲：基础知识：
交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。
无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。
“无功补偿”做法：
在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。
无功功率的定义：国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。QC=U×IC其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能，电容元件建立电场所占的电能。
无功补偿的原理：
电流在电感元件中作功时，电压超前于电流90℃。而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90℃。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，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。二、功率因数1、功率因数的定义：
功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义：（1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ=其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失：电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX=
从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U=功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失：据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力：视在功率与有功功率成下述关系：P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。1、对功率因数的要求：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费：我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则P1＝Scosφ1＝3150×（kW)Q=P( - )=( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波)TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台4 熔断器 BRW-12/60P 65 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只7 带电显示器 DXN-12T 1 只8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只9 电磁锁 DSN3 3 只10 铝母线、绝缘子等附件 1 套11 电容器柜体骨架 1 套按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用：Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为：P=3I2R×10－3= R×10－3当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整×8760×(万元)补偿后A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡无功补偿方法集中补偿与分散补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；P－最大负荷月的平均有功功率kW;cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿；在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即：QC1≤ UeI0其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；Ue－电动机额定电压kV;Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器：BAM11/ —200—1WR内置放电电阻户外单相额定容量额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器：BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意：(1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。(2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。
第一讲：基础知识一、为什么要进行无功补偿？交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为“无功补偿”。无功功率的定义 国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。 QC=U×IC 其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能,电容元件建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电压超前于电流90℃.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90℃.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,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的原理。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系， ，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）矢量图： 我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图a)，同样的，将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图b)。 如图(a)所示，功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸收的能量转化为磁场能量；而在第一和第三个1/4周期内电感就放出功率，储存在磁场中的能量将全部放出。这时电感好象一个电源，把能量送回电网。磁场能量和外部能量的转化反复进行，电感的平均功率为零，所以电感是不消耗功率的。 如图(b)所示，在电容中，在第一个1/4周期内，电容在吸收功率进行充电，把能量储存在电场中。在第二个1/4周期内电容则放出功率，原来储存在电场中的能量将全部送回给外部电路。第三和第四个1/4周期内各重复一次。 电容的充电和放电过程，实际上就是外部电路的能量和电容的电场能量之间的交换过程。在一个周期内，其平均功率为零，所以电容也是不消耗功率的。 我们注意到：在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。 因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。 二、功率因数1、功率因数的定义：功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义： （1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ= ＝ 其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX = 从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U= 功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系： P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。 综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。（插入讲解功率因数的目标及力率收费）1、对功率因数的要求除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费 我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝ 如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15 备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则 P1＝Scosφ1＝3150×（kW) Q=P( - ) =( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波) TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只 2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台 3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台 4 熔断器 BRW-12/60P 6 5 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只 6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只 7 带电显示器 DXN-12T 1 只 8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只 9 电磁锁 DSN3 3 只 10 铝母线、绝缘子等附件 1 套 11 电容器柜体骨架 1 套 按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用： Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为： P=3I2R×10－3= R×10－3 当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%下图表示一个主变容量为15000kVA的35kV变电所，单回路供电的电力网，单回35kV供电线路至35 kV变电所，期间T接一个电力排灌站，根据有关负荷数据如下： Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整款×8760×(万元)补偿后 A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于规定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则 全面规划、合理布局、 分级补偿、就地平衡无功补偿方法 集中补偿与分散补偿相结合 高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合 配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； P－最大负荷月的平均有功功率kW; cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿； 在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即： QC1≤ UeI0 其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； Ue－电动机额定电压kV; Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。 第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器 电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器： BAM11/ —200—1WR 内置放电电阻 户外 单相 额定容量 额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器： BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意： (1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。 (2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。 箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。
将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。
1.谐波谐波会对电容器的使用寿命产生很大的影响。电容器本身具有一定程度的抗谐波水平，同时会产生扩大谐波的副作用。如果谐波饱和，它会损坏电容器。此外，电容器在扩大谐波水平的过程中会增加系统的谐波干扰。因此，为了全面权衡谐波的控制，在有严重的谐波干扰的同时，也需要补偿失败的地方，必要时安装滤波设备。2.无功倒送这个问题对配电网造成了很大的损耗，增加了线路的压力。特别是通过补偿方式属于固定电容器的用户，在一定程度上形成了低负荷阶段的无功反转问题，应足够重视无功功率反转的危害。3.测量问题10kv配电线路中的负荷点通常没有电能表统计，员工的专业能力，管理水平，专业素质存在差异，统计电能表缺乏一定的准确性，不仅造成了公众与电力系统的矛盾，而且阻碍了配电网的无功优化。终端用户往往只使用有功电能表装置，无法测量功率因数，这也是低压无功补偿无法普及的重要因素。
随着科学技术的快速发展,作为一门新兴的技术,电气工程及其自动化已被广泛应用到各个行业。下面是我为大家整理的电气工程及其自动化设计 毕业 论文，供大家参考。
摘要：当今世界的科学技术突飞猛进，信息技术也得到了跨越式发展;电力系统为了不落伍于时代，满足社会发展变革的需要，从未停止过发展的步伐，不仅逐渐提高了自动化程度，还将以节能设计为发展的方向。本章就电气自动化的节能设计技术进行深入的探讨，来促进节能技术在电气系统中的运用。
关键词：电气节能;自动化工程;设计应用
中图分类号：TE08文献标识码： A
引言
随着我国经济建设的飞速发展，全球能源危机的爆发，使能源节约成为现代社会、经济以及文明发展的重要课题。无论是供配电系统或用电设备，不同配件的选择，不一样的设计线路方式等，在能源的节约或浪费上都存在一定的差异，在这里，本文主要就电气节能设计的应用谈谈自己粗浅的认识。
一、电气自动化节能设计的重要性
在世界经济高速发展的今天，各领域的生产能力都发生了很大的变化，同时能源的问题也在不断的出现。我国在工业和农业的生产过程中对能源的利用情况并好，对环境缺乏保护的意识。而在总的能源损耗中，工业以及建筑业的占比相对较大，而且还不断成上升的趋势。
目前节能减排已经成为了可持续发展战略中至关重要的环节，今天人们对电气能源的需求在明显增加，电能在很多领域都出现了超出供应，限电以及节电的情况。可见，电气节能已经成为重中之重，国家也在不断出台政策来控制电气能源的浪费和损耗。
二、电气自动化节能设计的 方法
1、将电能在线路中传输的消耗降到最低
电能使用电缆作为传输工具，电缆作为一种电阻，在传输的过程中会有电能消耗掉，而电线中的电流却没有变化。要使得电线中电能在传输的过程中尽量的少损耗，就应该将改变电线的电阻，尽量使电线的电阻降到最低。导线的电阻与与导线的长度有关，线路越长线路的电阻就越大。那么如何来有效降低线路的电阻，将电能的消耗降到最低?可以采用以下几种 措施 ：在电缆的选择上应该选择那些电阻率较小的材质的电缆;优化线路的布局，线路尽量采用最短线路，如能够直线布局最好;在有条件的情况下，供电源与用电源尽量缩到最短;尽量选用横截面较大的导线，导线的横截面与导线电阻成反比，采用较大横截面的导线，将能够有效的降低线路电阻，降低电能在传输中的损耗。
2、合理配置变压器
在电气节能技术的工程设计中，合理配置变压器可有效达到节能目的。对于变压器来说，负载损耗和空载损耗是其主要的有功损耗。在选择变压器时，须从多个方面综合考虑，如产品型号、产品负荷、变压器容量等。从型号上来看，主要以选择空载损耗或者是负载损耗较低的新型产品为主;从容量上来看，变压器的容量不能过大，条件允许的话，尽量选用单台容量低于1000kVA的变压器;从负荷率方面来看，合理的负荷率一般在75%-85%之间。若负荷率低于50%，空载的消耗比重载会增加，使整个系统的电能增加，若负荷率高于85%，会降低变压器使用寿命，也不利于电器的节能设计。
3、无功补偿
在配电设备中，无功功率所占有的容量相当大。这就导致了线路在传输电能过程中损耗变大，也将使电网中电压变低，影响用户的使用。无功率补偿所占容量过大，加大了电网的运行负担，使电力公司蒙受一定的经济损失。功率因数偏低，是无功功率对对用户的直观体现。如果功率因数小于，则用户需要缴纳罚金，这将损害用户经济利益，与此同时，也不利于电力公司长远的经济利益。因此解决此问题需要科学合理选用无功补偿设备，至少是功率因素在1以上，才能维持电压网电压的稳定，保证用户稳定使用电能，实现企业的社会效益与经济效益双佳。
4、有源滤波器的应用
电气设备在正常运行的过程中，出现谐波是没有办法避免的，该谐波不但会降低电气设备的使用性，还会给电气设备的整体质量造成很大程度的损坏，从而导致非常严重的电气能源损耗和浪费。另外，由于谐波会经常的作用于电网上，还会引起电网电压不稳，这样就容易会出现失误操作，从而影响电气设备的健康运行。同时，谐波还会缩短电动机的使用寿命，还会打扰 其它 设备的工作等等。然而，有源滤波器的运行速度很快，可以彻底的滤波，当然价格也要比无源滤波器要高，可是它在工作的过程中不会产生任何副作用，因此，应用有源滤波器可以更加有效的对谐波进行过滤，减少谐波的出现，降低失误率，进一步提高供电的可靠性，还可以保证电气设备的正常运行，对电气设备起到了更好的保护。
5、照明节能灯的选择
在电气节能设计中，“照明”是必不可少的环节，因此照明节能灯的选择，就显得尤为重要。在选择照明灯的时候，我们要根据照明场所的特点、照明空间的大小、照明灯的控制方式等多方面综合考虑，在保证照明充足的前提下，多选用新型的节能灯、太阳能灯、高效荧光灯以及气体放电灯等这一类高效的光源。如普通室内的照明，应避免使用白炽灯，可采用小功率的LED光源灯;阳光充足的南方地区，可以选用太阳能灯作为街道或工业企业厂区的路灯等。从照明灯的控制方法上说，室内的照明灯应注意尽量做到一灯一开关、多灯多开关，避免多灯、多路共用一个开关，使用过程中造成能源的浪费;多层建筑楼梯间、除电梯间的公共区域等尽量采用声控自熄灯，以有效节约能源。
6、电动机的选择
工业用电过程中的节能措施，除上面提到的三种外，另一个关键措施就是电动机的选择。工业用电负荷中，电动机负荷占很大比例，因此当电动机的功率因数和效率提高时，就可以将工业用电的功率损耗降低。在选择电动机时，应该选择高效率的电动机，以提高电动机的功率和效率，减少电动机的电能的损耗，如采用Y、YZ、YZR等高效率的电动机。但需要考虑的是，新型的高效率的电动机，其价格也相对昂贵，高于普通电机很多，因此，在选择电动机前，除考虑电动机的功率与效率，也要同时考虑经济效益。电动机的经济效益可以通过最大使用年限来衡量。即任何电动机都是有使用寿命的，在到达使用寿命时就需要回收，而高效率的新型电动机由于其较普通电机效率高，电能损耗少，使用寿命就长，回收年限就较高，而这部分“回收年限”可以用“新型电动机价格高于普通电机的价格”除以“使用新型电机降低损耗所减少的费用”来计算，当“回收年限”在可接受的范围之内时，即可采用新型电机。经过很多专业人士多年的实验数据得知，一般当负载率高于、电动机年持续运行时间超过3000小时以及电机单机容量较大时，选用新型电动机可以满足经济要求。
三、电气自动化的节能的设计应用
1、优化配电设计
电力系统服务的目标是为电气系统的工程设备提供充足的动力。因此，必须充分考虑电力系统的适用性，以符合配电设计的标准。关于电力系统的适用性，首先应当达到用电设备负荷容量与可靠性的要求，严格控制电气设备的质量，在进行配电时，不但要保障用电设备的基本要求，还应当确保电力系统的灵活性、可靠性，保证其稳定、高效地运作。其次是要保障电力系统的安全性，要选择绝缘性能较好的导线，在布线的过程中要注意导线之间的绝缘应保持适度距离。再次是要保障导线的热稳定、动态稳定以及负荷能力，在电力系统运作时，要保证配电与用电设备的安全性。最后是选择良好的接地和防雷设施。
2、提高电气系统的运作效率
电力系统首先要做的就是对节能设备进行选择，选择一个好的节能设备可以为其本身的节能提供条件，并且还能够采用无功补偿、降低电路损耗，以及均衡负荷的方式来保障电力系统的在运作时的节能效果，比如，在进行配电设计的过程中，可以采用合理选择设计系数与合理调整负荷来实现。通过采用上述办法，在电力系统的安装与运作过程中，能够有效地提高设备的运作效率和电源的利用率，如此一来就能够最大限度地降低电能的损耗。
结束语
进入新世纪以来，节能经济己在我国广泛普及，我国的节能经济战略已全面推广，并为企业节能经济的开展制定了更优惠的政策，我国政府对节能经济的研发提供了积极的扶持。我国正不断地提高企业在节能领域的自主创新能力，使得各种先进的节能技术不断被研发出来。因此，我国电力自动化企业应当抓住机遇，迎接挑战，强化节能意识，积极研发电气自动化技术与产品，推动我国节能经济的快速发展。
参考文献
[1]伍廷熙.谈电气节能在工程设计中的应用[J].城市建设，2010年.
[2]张欣.建筑电气设计中的节能措施[J].工程建设与设计，2011年.
摘要：随着我国社会经济发展脚步的不断加快，社会各领域对建筑电气工程自动化设计的要求也必然会越来越高，对建筑电气工程自动化设计质量进行严格控制，最大限度发挥其优势也成为了相关部门所面临的一项重大课题。鉴于此，文中笔者根据多年工作 经验 对建筑电气工程自动化设计存在的问题及自动化技术的完善策略进行简要阐述。
关键词：建筑电气;电气工程;自动化;设计;
中图分类号：F407文献标识码： A
在科学技术不断进步的时代，社会各领域逐渐实现了自动化和智能化，建筑电气工程也不例外。随着人们生活水平的不断提高，对电气工程自动化设计质量也有了较高的要求，为了充分满足人们的诸多要求，在分析目前建筑电气工程自动化设计中存在问题的基础上，对电气工程自动化设计进行不断完善具有重要意义。
一、电气工程及其自动化的发展史
按照使用的电子电力器件不同，电气工程及其自动化的发展主要经历了四个阶段，第一阶段所使用的电子电力器件为晶闸管，由于其自身具有硅整流器件的特征，能够在高电压、大电流的条件下工作，因此，对其应用一直延续至今。第二阶段所使用的电子电力器件为全控制式器件，这种器件不仅能够通过信号控制其导通，而且还能够控制其关断，又被称之为自关断器件。第三阶段所使用的电子电力器件为复合型电力电子器件IGBI和MGT，最后，第四代电力电子器件是功率集成电路PIC。经历这四个阶段的电气工程自动化已经逐步趋于完善，被广泛应用到社会各个领域的发展中。
二、目前建筑电气工程自动化设计中存在的问题
随着社会发展对建筑电气工程自动化要求的不断提高，传统建筑电气工程设计中存在的问题也越来越多，不仅不能有效满足人们的根本需求，而且还在很大程度上制约了建筑电气工程的可持续发展，这些问题主要体现在以下几个方面：
1.设计的深度不够
就我国目前建筑电气工程使用的情况来看，经常会出现各种各样的问题，对整个项目的使用功能造成了很多不必要的影响。究其原因，主要是因为设计人员在对工程进行具体设计的时候，忽略了设计内容的可实施性，从而导致整体设计缺乏一定的深度，造成在某些施工安装的环节中存在很大不必要的麻烦，甚至还会出现一些设计上的缺陷问题，导致安装的可操作性大大降低。由此可见，如果设计人员在对工程进行设计的时候，没有按照必要的深度去对工程的各个环节进行计算和标注，那么势必会导致设计内容缺乏科学性和合理性，从而影响到工程的整体质量。
2.设计的标准不够规范
设计的标准不够规范也是目前建筑电气工程自动化设计中存在的一个重要问题，而由于此项问题引起的后果也是不容忽视的。比如说，在对一栋大楼进行设计的时候，设计人员如果没有严格按照设计的标准来进行规范和设计，那么就很有可能将一些重要的设计环节遗漏，在工程投入使用之后，必然也就无法满足人们的日常需求。由此可见，设计标准对于一项工程的整体设计具有不可或缺的作用，如果不能达到设计标准，那么势必会造成较多的安全隐患。
3.设计配合不科学
在目前建筑电气工程设计中，涉及了多个专业的工程设计和安装环节，如果想要从根本上确保工程的顺利施工，那么就必须对各个专业和安装环节进行合理协调，确保彼此之间达到有效配合。但就我国目前建筑电气工程自动化设计的现状来看，很多环节的施工图都没有完善，或多或少都会忽略到一些东西，正是由于这些问题的存在，不仅会给施工人员的施工作业带来麻烦，而且还会给监理人员的工作带来阻碍，甚至还会引起意外事故。
三、建筑电气工程自动化设计的策略分析
就我国目前社会发展对建筑电气工程自动化设计的要求来看，不仅要满足家电用电、照明、安全用电等需求，而且还要保证工程设计的实用性、美观性和便捷性，结合以上几种需求，工作人员在对建筑电气工程进行自动化设计的时候，可以从以下几个方面进行考虑：
1.强电系统网络设计
强电系统主要指的是交流电电压在24V以上的电力系统，比如说电灯、插座等。在建筑电力工程自动化设计中，强电系统的网络设计内容主要包括照明线路、用电弦线路以及消防系统中的控制线路等。由于强电系中涉及到的电压最高，对线路的设计要求也有所增加，相关的制约机制和合计更加复杂，对于难度和精度的要求也越来越严格。因此，为了能够确保强电系统的网络设计达到工程的需求，设计人员在对其进行设计的时候，要将所有的设计内容一次性纳入到设计当中，反复检查，必须确保没有遗漏的项目之后，才能够将工程设计交予施工人员。
2.弱电系统网络设计
一般来说，建筑中的弱点主要可以分为两种类型，一种是国家规定的安全电压等级及控制电压等低电压电能，有交流和直流之分，交流36V以下，直流24V以下，另一类是载有语音、图像以及数据等信息的信息源，比如说电话、电视以及计算机的信息等。而建筑电气工程自动化设计中所涉及到的弱电系统，通常指的是后者。然而，随着计算机技术的飞速发展，在原有弱电系统的基础上，又加入了计算机终端系统线路、网络终端系统线路以及电化 教育 系统线路的设计等。由于这类系统的网络设计涉及到要对电场、磁场或电磁场屏蔽直接地线路，因此，设计人员在对其进行设计的时候，必须要首先将防雷接地装置线路和屏蔽保护接地线路进行事先考虑和安排。
3.电气工程设计中的对策分析
为了确保建筑电气工程自动化设计的顺利实施，在对工程进行设计的时候，设计人员首先要严格按照工程的设计标准来进行工程设计，对于工程中涉及到的设备型号和参数，都要有明确的标准。其次，在对设计图进行审查的时候，一定要认真对待，仔细的核对图纸中的任何一个环节和数据，一旦发现问题，应及时予以改正，只有这样，才能够有效避免由于设计不科学而引起的质量问题，确保设计达到相关标准，使施工顺利展开。
4.建筑中电气工程及其自动化技术的完善
建筑中必须有一套自动化系统框架。这是为了保证建筑的正常运行的同时能够适应多种 外接设备 和用电系统，在建立自动化系统的同时要使其具备能够处理功能，发现问题的能力，这就需要在设计中加入适当的管理模块。并且根据需要，将设备的使用功能加载到管理模块中。
每个建筑都要有一套的自动化框架系统，它要作为后续建设的基本依据，并且在发生功能改变的同事能够发挥系统的指导性作用，在数据管理、监控、设备养护等方面发挥自身的作用。在自动化设备的选择上要符合建筑的使用功能，因为电气自动化技术的基础就是通过自动化设备来提高和完善整个建筑功能的，并且通过合理的自动化技术使设备的运行环境更加的高效。在很多情况下。电气自动化被分为三种，首先是开关的自动化转变，这是对设备实现自动化的基础，自由在设备的开关问题上进行升级，才能体现自动化的有效性。
其次是对设备中信号、监控、网络传输的自动化转变，这通常是使用信号转换器和收集器进行完成的，一般情况下通过对信息的传送和收集能够体现出建筑用电环境的状态，对危险源能够进行及时的消除和预防。第三种是针对设备的运行环境进行控制，这种控制主要来自于环境监控的主要形式，可以通过监测过程对设备的温度、电压、功率等进行控制，并且建立最低容纳性，使外部的环境性能能够被正确的判断出来，当外部链接性较大时，控制中心就会通过数据变化所发出相关的动作指令。
结束语
总之，在未来的时间里，设计人员必须根据工程的实际需求，采取科学合理的设计方法，确保工程质量，从而促进我国建筑行业的可持续发展。
参考文献：
[1]赵光根.刘玉兰.建筑中电气工程及其自动化技术的完善策略分析[J].商场现代化，2013(11).
[2]王喜玲，邱训和.浅谈建筑电气工程施工质量控制及安全管理[A].土木建筑学术文库(第11卷)[C].2009年
[3]赵文选.建筑电气工程主要节能技术分析[A].河南省土木建筑学会2010年学术大会论文集[C].2010年
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《无功补偿及补偿装置的选择》论文如下：
第一讲：基础知识
第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择
第一讲：基础知识：
交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。
无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。
“无功补偿”做法：
在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。
无功功率的定义：国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。QC=U×IC其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能，电容元件建立电场所占的电能。
无功补偿的原理：
电流在电感元件中作功时，电压超前于电流90℃。而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90℃。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，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。二、功率因数1、功率因数的定义：
功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义：（1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ=其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失：电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX=
从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U=功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失：据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力：视在功率与有功功率成下述关系：P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。1、对功率因数的要求：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费：我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则P1＝Scosφ1＝3150×（kW)Q=P( - )=( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波)TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台4 熔断器 BRW-12/60P 65 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只7 带电显示器 DXN-12T 1 只8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只9 电磁锁 DSN3 3 只10 铝母线、绝缘子等附件 1 套11 电容器柜体骨架 1 套按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用：Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为：P=3I2R×10－3= R×10－3当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整×8760×(万元)补偿后A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡无功补偿方法集中补偿与分散补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；P－最大负荷月的平均有功功率kW;cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿；在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即：QC1≤ UeI0其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；Ue－电动机额定电压kV;Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器：BAM11/ —200—1WR内置放电电阻户外单相额定容量额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器：BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意：(1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。(2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。
电气自动化应用逐渐深入人们日常的工作与生活之中,使人们的生活方式发生了巨大的变化,电气自动化就是电气信息及其自动化工程,常见的家用电器都与电气自动化息息相关。下面是我为大家整理的电气自动化专业 毕业 论文 范文 ，供大家参考。
《 电气自动化技术在电气工程的运用 》
【摘要】所谓电气工程内部自动化应用技术，就是希望透过不同类型自动检测途径，以及专属控制器具，进行远程性电力系统精准调试和监管，进一步确保对周边不同区域企业、居民的电力供应质量，同步处理好内部各项经济、安全类事务。尤其最近阶段，我国不管是经济或是高新技术研发实力，都产生本质性的变化结果，这对于后期一线技术人员专业技能、素质等，更提出较为严格的规范要求。笔者的核心任务，便是依据如今我国电气自动化控制系统设计规范要求和发展态势，进行后期各项全新应用方案筹备，希望能够为相关领域工作人员，提供些许指导性建议。
【关键词】电气工程;自动化;系统功能;应用 措施
电气工程，在当今高新科技领域中的支撑地位毋庸置疑，其主张时刻以计算机网络为主导媒介，透过本质层面上整改基层人员生活、工作模式。而电气自动化涉足行业类型繁多，如电气开关设计和航天科技研究等，毕竟电力才是全方位提升人民生活质量的物质基础，针对电气工程中自动化技术应用细节，加以充分论证解析，绝对是迎合时代发展步伐的必要途径。
1目前我国电气工程内部电气自动化技术设
计规划的核心原则论述(1)其主张利用有限地资源，进行不同产品工艺制备流程电气自动化改造诉求满足。(2)电气自动化应用方案切勿过于复杂，旨在清晰划分处置机械、电气之间的关联特性。截至至今，大多数民用或是高新科技产品，都主张借助电气自动化技术予以改造，不可避免地牵涉到工艺形式创新、制造成本缩减、维护便捷性控制等问题。归根结底，技术人员在进行电气自动化方案布置应用过程中，需要精准地控制不同类型电器部件，确保现场施工的安全可靠状况，以及人工智能操作维护的简单、人性特征。
2电气自动化技术在电气工程中灵活拓展沿
用的措施内容解析在电气工程领域内部改良延展自动化应用技术，其优势特征包括：①大幅度提升电气设备全程运行的安全、稳定水准。②全面深入地克制以往定期故障检修方式下遗留的诸多弊端，同步提升电力系统日常工作绩效，获取更多企业的广泛认知和大力推广沿用成就。尤其是透过技术应用层面观察，全新时代背景下的电气工程，有关内部状态检修技术，具体倾向于在电气工程中应用资产管理系统事务，将其在工程状态监测、故障诊断等方面的功能如数发挥，届时提供状态检修过程所需中的状态数据信息;同时，结合相应的数据，准确预测电气工程中各种电气设备的实际运行状态、存在的安全故障以及故障出现的因素等。有关诸多应用控制细节表现为：
电网调度层面
处理电气工程内部的电网调度自动化改造事务，需要快速集合调度中心内的 显示器 、打印装置、计算机网络、服务终端等，其核心动机在于针对电网运营质量加以经济化调度，使得电网运行细节，都能够得到细致地监控、验证解析，方便在任何时间范围内，快速搜集电力生产期间的数据，使得发电控制、电力系统状态科学评估、合理调度、电力负荷预测等工序，都能够自动交接。如若当中衍生任何事故，电气自动化系统会快速追踪发生源，辅助技术人员在当下制定实施合理对策，尽量防止事故扩散，节省合理数目的成本资金。
发电厂分散测控系统应用层面
此类系统主要包括以太网、工程师工作站等分层分布结构单元，可以直接接受热电阻、电气量、开关量，以及脉冲量等信号，经过自行处理过后，针对既有设备运行参数加以实时显示，稳定内部信号输出效率，并将最终结果予以打印，妥善的处理设备与设备，线路与设备，线路与线路之间的关联，长此以往，对于快速贯彻电气生产中各类细节的实时监、保护指标，辅助功效异常深刻。
变电站、配电工程层面
就是说在变电站透过不同类型自动化设备和计算机系统，替代过往复杂的人工作业，顺势提升变电站整体运作实效。透过此类角度观察验证，变电站内部自动化技术，主要是用以多层次、全方位地监控相关设备安全运行状况。技术人员需要全程利用微机设备，进行电磁式装置替代，顺势衔接自动测量、远程监控、事故信息自动记录等设备，完成操作监视图像、智能化改造指标，使得最终变电站能够顺利朝着综合自动化方向过渡扭转。
3结语
按照以上内容论述，电气自动化在电气工程中的应用结果，是一类国家综合式经济、科研实力的象征产物，特别是经过全球化、现代化科学技术发展过后，我国电气工程内部自动化应用功能获得全面新生，开始朝着不同学科领域内自由扩散。今后，相关工作人员要做的便是，主动联合不同实际状况进行思维创新，争取为我国电气自动化技术全面改造沿用，创设应有的支撑辅助贡献。
作者:张诗淋 赵新亚 单位:沈阳职业技术学院电气工程学院
参考文献
[1]王伟.浅谈电气自动化技术在电气工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2013，38(36)：123~130.
[2]牟佳媛.电气工程中自动化技术的运用[J].科技创新与应用，2013，14(01)：88~91.
[3]乔荣耀.电气自动化技术在电气工程中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2014，19(17)：123~138.
《 电气自动化技术在供电系统中的运用 》
1供电系统中电气自动化技术应用设计的原则
电气自动化技术在我国供电系统中的应用设计占据有重要的地位，极大的提高了我国供电系统技术的现代化水平，增强了其运行的稳定性和可靠性。因此，在对供电系统中电气自动化技术进行应用设计的过程中，要严格遵循以下原则，以提高供电系统中电气自动化技术应用设计的效果。
应用选型原则
选择恰当的自动化设备是确保电气自动化技术在供电系统中有效应用的重要物质性前提。因此，在供电系统电气自动化技术应用设计的过程中，首先要遵循相应的选型原则，即主要从远程调动及自动化系统监控的角度进行自动化设备功能选型，亦要注重自动化设备选型接线的简便性以及性能的稳定性、价格的合理性，以便于日常运行过程中的维护。
应用设计原则
在将自动化技术应用到供电系统的过程中，要遵循以下方面的应用设计原则：一是开关设计原则，即在供电系统中，对于需要远程操控的计算机监控系统开关，必须选用同时具有远程分闸和合闸功能的智能开关，以便于计算机监控系统远程操作功能的顺利实现;二是继电保护原则，即在供电系统规划设计中，要综合考虑变压保护和综合电气自动化技术在机电保护装置中的应用，以便于实现继电保护装置效用发挥的最大化。
2供电系统中电气自动化技术应用设计的重要性
供电系统中电气自动化技术应用设计的重要性主要体现在以下方面。
有利于供电系统电力管理目标的实现
将电气自动化技术应用到供电系统中，不仅可以有效提高供电系统的信息化技术水平，亦可以实现对供电系统运行的连续性、自动化和智能化监控，从而使得相关工作人员可以随时掌握供电系统的运行状态，使整个电力系统形成一个完整的有机整体，从而更好的实行对供电系统的管理控制工作，实现供电系统的电力管理目标。
有利于实现供电系统中设备运行的高效率、低成本
在供电系统规划设计中应用电气自动化技术，不仅可以将无功补偿技术、节能结束等相关技术与电气自动化技术进行有机结合，亦可通过节能机械设备的选用实现供电系统运行的低损耗，并有效对供电系统中的超负荷运行进行调整，实现供电系统中设备运行的高效率、低成本。
3电气自动化技术在供电系统中的应用设计方向
供电系统综合自动化技术与智能保护的应用设计方向
随着我国电气自动化技术以及供电系统自动化保护理论的不断发展，微机技术、综合自动控制技术以及网络通信技术等相关技术在供电系统中的电气自动化保护装置中得到了广泛的应用，不仅实现了供电系统电气自动化保护装置控制的智能化，亦有效提高了供电系统电气自动化保护装置运行的安全性和效用性，而基于综合自动化技术的综合自动化保护装置则在不同电压等级的变电站中得到了广泛应用。
供电系统自动化实时仿真系统的应用设计方向
供电系统自动化实时仿真系统是电气自动化技术在供电系统中应用的重要方向之一，其是在实时仿真建模以及负荷动态特性监测等相关研究的基础上发展起来的，并随着电气自动化技术在供电系统中应用的逐渐成熟而引入了实时数字模拟仿真系统，为供电系统的暂态试验、稳态实验等营造了良好的实验环境，并经过实验提供了更加接近供电系统真实运行状态的实验数据，为新装置的实验测试提供了安全、稳定以及可靠的实验条件。
供电系统人工智能的应用设计方向
专家系统、模糊逻辑等都是供电系统人工智能的应用设计方向，并随着电气自动化技术的逐步发展和完善，并广泛应用在供电系统及其相关元件中，主要包括供电系统的运行分析以及元件故障诊断等;与此同时，随着供电系统中相关智能控制理论研究的日益成熟和完善，人工智能逐渐与机械智能等结合在一起，不仅有效提高了供电系统的智能化和自动化水平，亦大大提高了供电系统的稳定性。
供电系统配电网电气自动化的应用设计方向
电气自动化技术在供电系统配电网中的应用设计相对而言，比较成熟，且截止到目前，已达到国际的标准规范。电气自动化技术是实现供电系统配电网电气自动化的关键性技术，该技术在配电网电气自动化中应用的最大创新之处在于，其将高级现代化软件、配电网信息一体化技术以及数字化技术等相关技术进行有机融合，克服了传统配电网系统技术路由以及载波消耗等技术的缺点，有效提高了供电系统载波接收的精准度。
4供电系统中电气自动化技术主要的应用设计
就目前我国电气自动化技术在供电系统中的应用设计主要体现在以下方面。
供电系统电气自动化集中监控的应用设计
电气自动化技术在供电系统中应用的最大优势在于其具有操作灵敏性、远程跨界操作方便等方面的特点，且以电气自动化技术为基础的供电系统电气自动化集中监控系统设计相对较为简单。但值得注意的是，电气自动化集中监控系统是由统一处理器对相关数据进行搜集和整理，这就导致处理器的功能处理任务较为繁重，且速度较为缓慢;与此同时，由于要对供电系统运行过程中的电气设备运行状态进行全面的监控，不仅会造成主机冗余下降，亦会导致电缆数量的增加，加大投资成本;此外，长距离电缆亦会影响影响到电气自动化集中监控效用的发挥。因此，在供电系统电气自动化集中监控系统设计的过程中，要考虑到相关因素对系统功能发挥的影响，以便于保障电气自动化集中监控系统运行的稳定性、可靠性以及安全性。基于此，电气自动化集中监控系统被常用在小型电气自动化监控中，并没有在全场供电系统中得到广泛的应用。
外电缆设计和电力监控器的选择
基于电气自动化技术在供电系统应用的逐渐成熟，变配电站中的外部电缆设计越来越简便，不仅能满足变配电站的功能需求，亦降低了设计成本。就目前我国变配电站外部电缆线的设计来讲，一般只有两部分构成：一是额定电源为220V的交流电源线;二是通信电缆，常用的主要有两种类型，即屏蔽电缆和双芯屏蔽双绞线。值得注意的是，在进行选型的过程中，一般每种类型的通信电缆都需要选用两对，其中一对正常使用，而另一对则用于备用，以备不时之需。而在对电力监控器进行选择的过程中，要着重考虑两方面的因素：一是电力监控器的抗干扰性;二是电力监控器运行的稳定性和可靠性;此外，在供电系统电力监控器具体选型的过程中，要根据供电系统的电源类型进行选型，具体表现在：一是当供电系统为220V的直流电源时，一般选择直流屏作为电力监控器，以便于供电系统进行集中供电;二是当供电系统为10kV以下时，在进行电力监控器选型的过程中，既要考虑到供电的集中性，亦要考虑到设备的监控功能。
变压电站综合电气自动化系统的选用
就目前电力市场的生产状况来看，存在众多变压电站综合电气自动化系统设备的生产商，且各生产商所设计和生产出的电气自动化系统设备标准、参数等各有不同，如国外比较好的西门子等。但是值得注意的是，在进行电气自动化系统设备选型的过程中，一定要考虑到我国供电系统的具体情况以及其对电气自动化系统设备的功能性需求以及相关参数要求，以便于所选用的设备能够正常应用在我国供电系统中，满足网络互联、数据库建设等方面的功能需求，以为供电系统中电气自动化技术的进一步应用提供相应的参考和支持。
5电气自动化技术在供电系统中应用设计的发展前景
随着电气自动化技术在我国供电系统中应用设计的逐渐成熟以及领域的不断扩大，其具有广阔的发展前景，体现出以下方面的发展趋势：一是电气自动化技术在我国供电系统中应用设计的国际标准化，如IED在我国供电系统中应用的兼容性和信息共享性等已达到国家标准;二是以太网技术的应用，该技术具有数据传播速度快、数据载量大等方面的特点，其在满足供电系统通信实时性方面具有较大的优势，在供电系统中的应用前景较为广阔;三是电气自动化技术与数字化、信息化等相关技术的有机结合，并在基于大量信息的基础之上，组合成由多维空间信息、动态变化信息以及高分率信息共同构成的电气自动化数字地球，创新了电气自动化技术在供电系统中的应用。
6结语
综合上述可知，电气自动化技术在供电系统中占据着重要地位，极大的提高了供电系统运行的智能化和自动化，推动我国供电系统技术与国际的接轨。因此，在进行供电系统规划设计的过程中，要 种植 电气自动化技术在其中的应用，并在遵循相关应用原则的前提下，将人工智能、仿真设计、实时监控等电气自动化技术应用在供电系统的配电网、变电站等中，提高供电系统运行的稳定性、可靠性和安全性。
《 电气自动化控制在建筑工程中的应用 》
1现代建筑中电气技术的应用特点
电气自动化应用于现代建筑的背景
改革开放以来，随着国民经济的发展，以及人们生活水平的不断提高,生活质量有了很大的飞跃，生活环境的舒适度、信息交流的简便性、服务设备的完善性等等，备受人们的关注和青睐。这就给建筑设施的健全性以及电气设备的功能带来了巨大的挑战。除此之外，随着建筑物高度的不断增加，给照明控制系统，供配电系统，以及消防控制系统等的管理和运行带来了严峻的考验。在这种情况下，以电气自动化技术为支撑的智能建筑设计是我国建筑行业发展的必经途径。
电气自动化控制的特点与技术优势
电气自动化控制系统是由电力、空调、防灾、防盗、运输设备等构成综合系统。智能楼宇自动化是自动化技术应用在现代化楼宇方面的技术，其子系统之间相辅相成，缺一不可，通过子系统之间的相互作用，可以对建筑整体的进行楼宇温度控制、湿度控制、电梯控制、照明电气控制等。随着全球智能化的发展，可以预见，楼宇建筑的自动化性将会越来越高。电气自动化技术主要包括电力电子技术和微机控制技术等高新技术，广泛用于供配电、各种电气设备、电气控制及自动化系统的安装调试、方案设计、设备维护、技术改进、产品的开发及管理中。主要具有以下几方面的优势：首先，联动性较高。电气自动化控制技术采用电子传感技术、计算机与现代通讯技术对包括采暖、通风、电梯、空调监控，给排水监控，配变电与自备电源监控，火灾自动报警与消防联动，安全保卫等系统实行全自动的综合管理，各个子系统之间可以通过信息进行沟通和互动。其次，有很强的安全性。由于电气系统本身就具有危险性，设备出现故障、操作不规范，以及环境突变等都可能是导致系统产生严重安全风险的原因。通过自动化控制可以使系统在发生危险时快速发现并解决，另外，在一定程度上通过远程遥控还可避免故障对维修工作人员产生直接的危害。最后，具有健全的数据以及精准的计算。自动化系统可以根据自身的操作流程、故障处理等数据建立完善健全的数据库以及精准的计算，为后期进行信息优化决策提供条件。
2现代智能建筑中自动化系统的组成及其功能的实现
现代智能建筑中自动化系统的工作原理如下：实时的数据采集;实时的控制决策;实时的控制输出。其系统包括自控给排水系统、照明控制系统、供配电系统以及消防安全系统等。其中，给排水系统包含生活给水系统、生活排水系统、市政给排水管网系统、市政水处理(包括给水处理以及废水处理)建筑给排水、 雨水 系统、消火栓系统、喷淋系统等。照明控制系统能够满足和实现不同的灯光效果，而且还能改善工作环境，提高工作效率，节约能源，延长灯具寿命，减少用户维护费用等等。供配电系统先从发电厂发出经过升压变压器(升压)到线路，中枢变电所这一部分为供电系统从中枢变电所经线路到用户变压器，开关柜这一部分完成大的配电系统从用户变电所到各个厂区或用电负荷，最后完成全部的配电。消防控制系统是指接到火警后，发出信号，相关设备自动转到到消防状态。例如电梯，在接到火警信号后，电梯自动关门转为下行至首层，由进入轿厢的消防员控制运行。除了以上所说的控制系统之外，为了满足不同人群对不同功能的需求，可以相应的根据建筑环境设置一些特定的子系统，如停车场管理系统、智能家居服务系统、物业管理应用系统等，实现个性化的自动管理。在现实生活中，为了实现现代智能建筑电气自动化系统功能的丰富性，必须建立一套完善健全的数字化控制体系，这是实现控制技术应用的基本条件，与此同时，建立远程控制管理中心，这样可以对本地控制台出现的故障及时进行处理，以此提高数字控制体系的安全性与可靠性。
3电气自动化控制在智能楼宇中的应用
随着我国综合国力以及经济实力的迅猛发展，建筑智能化在我国得到了全面的推广，它的出现为人们的生活和工作带来了极大的便利，这就加快了智能楼宇进程的日新月异。智能楼宇主要包括安防系统、计算机网络、通讯系统、楼宇自控系统等等，在很大程度上满足了人们的需求，电气自动化控制是智能楼宇功能发挥的技术保障，在智能楼宇中有着不可替代的地位。
建筑电气设备自动化系统安装前，制定科学的计划
建筑电气设备自动化系统质量的好坏直接不仅影响建筑物功能是否正常运行，而且还影响该建筑的环境效益与经济效益。因此，在施工前，相关工作人员不能盲目地按照图纸进行施工，全面了解设计方案，及时对设计图纸中的不足提出改进建议，避免工程返工的情况。此外，还要依照业主的需求及利益，制定出科学合理的安装计划，严格按照操作程序进行施工，以此满足建筑本身以及业主的相关需求。
电气设备的安装
电气设备的正常运行是保证建筑电气设备自动化系统功能充分发挥的前提。电气设备的安装调试是保证其正常运行的基本条件，需进行以下步骤：首先，一定要理解整个设备的工艺流程、控制流程，熟练掌握电气设备要用到的各种仪表。其次，仔细研究设计方案及施工图纸。最后，根据设计图纸对电气设备内部的接线了解清晰，接着就可以对设备进行实际的接线。在所有设备调试完毕后，再对其进行安装施工。在设备安装时，必须严格根据设备的安装要求与规范进行安装。这里需要注意的是，在接线前一定要先进行校线，在确定设备外观完好、接线正确、外来信号正常的基础上，方可让使用方开始带电调试，在送电之前，要将所有断路器保持断电状态。
4结束语
众所周知，世界经济一体化、全球化是当今世界经济发展的主流，要想增强我国的综合国力，就要大力发展作为支柱性产业之一的建筑行业。然而，由于人们对建筑设计的要求逐渐增加，以往的传统性建筑已经满足不了人们的需求，于是智能楼宇出现在人们的视野之中，其带来的高品质生活享受，令人们向往不已。而智能建筑的建立又离不开电气自动化控制技术的支持。换句话说，智能建筑的出现，给电气自动化工程的发展带来了很好的平台，被广泛应用于很多领域及专业，其技术具有更新速度快，复杂程度高等特点，因此，需要相关工作人员不断地学习及积累 经验 ，与时俱进。
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