瞬时无功理论在快速动态无功补偿装置中的应用研究

龚 亮

（中海石油深圳天然气有限公司，广东 深圳 518120）

在当今的配网系统设计中，晶闸管投切电容器，是一种常见的无功率补偿装置。这种装置技术可以进行比较精准的信号检测，提高无功分量制定的精确化程度，实现动态跟踪性能，从而提高整个无功补偿的效果。瞬时无功理论在现代化的装置设计中，有着非常广泛的应用。

1 瞬时无功理论

瞬时无功理论可以对三相电路的无功信号进行相关探测，并结合具体的检测原理和分析仿真模型，搭建有效的仿真组件工具。通过这种瞬时无功判断方式，可以对快速动态下运行的装置进行无功补偿信号检测精准性研究，探讨全面提高装置运行的有效性。

1.1 晶闸管投切电容器电路结构

电容器在低压动态无功装置当中的基本结构，如图1 所示。

图1 晶闸管投切电容器触发电路结构

整个电路包含补偿电容器、限流电抗器、反并联晶闸管，以及相应的触发装置。电路中的双向开关是一个关键的部件，它可以通过这种并联的闸管装置起到双向配合的作用，能通过开通和关联来实现整个电路支路的投退控制。一般来说，应用传统的并联补偿装置，不仅可以实现简单的投切功能，前期运行成本也比较少，因此很多简单的机械在设计时，都喜欢采用这种方式来进行功率的调节与控制。

1.2 控制精准度问题

传统的补偿方式无法精准地控制电容器具体运行，在投切过程时，可能会产生一些短暂的过渡时段，造成电压超过负荷的现象，这不仅会影响整个功率装置运行的可靠性与连续性，还会造成开关寿命的降低。

2 快速动态无功补偿装置

2.1 动态投切电容器

动态投切电容器主要采用晶闸管作为关键部件，来实现无功补偿的控制能力。在设计过程中，晶闸管不仅比一般机械开关的使用寿命长，还在投切功能上的控制程度更高、安全可靠性更强，可以显著提高整个管理的精细化水平，实现整个设备投切的“零失误”。此外，可以大大减少系统中浪涌电流的产生，保障系统的安全。

将电容器并入组网中，可以减少设备运行对组网造成的冲击；通过快速运行的方式，应用GDF-234 电容器对其运行电路进行仿真模拟；通过开关控制以及补偿电容器的三相平衡方式，了解到不同电流仿真的具体结果。

2.2 仿真波形控制

在模拟机械开关的运行中，通过这种随机性的判断，对三相电流组件的具体运行波形进行仿真分析。尤其是在电容器并入组网中，对瞬间产生的浪涌电流进行模拟形态分析，通过电压的跳变现象，探讨晶闸管投切电容器的运行实际状态。预先将电容器组器并进行充电控制，使得晶闸管的电压和电流可以仿真配置，通过对于电流峰值的系统性分析，在时间等于0.006s 时，展现触发装置的控制效果，从而分析在时间为1/3、2/3 时系统的运行状况，提高整个晶闸管电容器两端电压与电流的配合时刻一致性程度。通过这种仿真波形的相关涌动，判断整个电路当中是否存在涌流现象。

3 瞬时无功理论在快速动态无功补偿装置中的具体应用

通过上述的流程控制可以看出，晶闸管投切电容器的应用可以减少整个浪涌电流在电网中存在的现象，通过“零投切”等相关的三项电压控制方式，减少整个电流的过渡端现象，提高整个投切响应的反应速度。应用这种先进的无功率检测方法，可以实现对于整流电路的模拟信号控制。

3.1 缺陷分析

这种晶闸管投切电容器组的设计也并不是完美的。采用这种投切方式，电网中依旧会存在一些谐波成分，如果不对这些成分进行过滤，就可能影响整个晶闸管控制装置反应的快速性。如果不对这些谐波成分进行控制，可能会造成整个电流、电压分析的检测误差大于实际设备的运行误差。因此，在设计升级的过程中，还要应用瞬时无功理论的检测办法，通过算法的优化，不断提高整个系统的动态响应能力。

3.2 三相电路瞬时无功理论

瞬时无功理论与三相电路的结合应用，主要是分析瞬时实际时功率以及瞬时虚功率。应用这种两项交变电流，对于瞬时电压和瞬时电流进行差异化的分析。通过建立一个模型矩阵，对不同的电流矢量进行转化与合成，以及旋转电流矢量进行相关的死角控制。在这个过程中，拟合是最基本的预测方法，matlab 中提供了polyfit/fit函数。

用法示例：

x=[1.0，1.5，2.0，2.5，3.0]' ；y=[0.9，1.7，2.2，2.6，3.0]'；a=polyfit（x，y，1）%。对x、y 进行1 阶拟合，返回y=ax+b 的两个系数xi=1:0.1:3；yi=polyval（a，xi）%；将xi 带入y=ax+b 得到yiplot（x，y，'o'，xi，yi）。

计算得出统计之后的电流运算数值：

p=fittype（'a×x+b×sin（x）+c'）%，以ax+bsin（x）+c 形式拟合f=fit（x，y，p）%，求出a、b、c 系数。

3.3 判断电流的通入状态

判断瞬时无功功率在三相电路中的电流状态，可通过电压的缓释分析模型，建立起无功电流矩阵，并通过功率矩阵的相关组合与并注，对于三相电流的瞬时无功进行探讨，分析不同电流中存在的谐波现象，以及无功功率电流的差异化法则进行运作。指令矩阵如下。

该种运算方法是通过把控整个三相电流运行的原理，进行相关的滤波器放置，并且通过节点选择与位置判断方法，对电网电压波形的无畸变状态进行优化判断与分析。在整个网络通路中，对基波运行功能以及电压判断状态进行协调化反应，可以计算出整个检测电流的基波分量情况。

3.4 仿真模型建设

采用晶闸管控制投切器可以实现整个无功率补偿器的仿真模型搭建，通过这种三项互补的方式，可对不相容的相关功率容量进行差异化的分析。一般来说，目前常用的判断标准为k2、k4 这几种容量的不同组合方式，可以实现容量投入的切入点配合，从而通过组合定制的相关分析，确定每一种组合量的具体投切情况，判断定值无功率量的实际运行效率，分析实际缺额在于10 ～15k 之间的运行实际结果。

3.5 时间控制模型分析

在时间等于0.06s 时，投入晶闸管控制投切模型进行仿真波形的模拟，对被补偿之后三相电流的电压电流运行情况，进行相关的无功缺额波形分析。通过这种优化拟合对比，运用位置判断器进行补偿前后的波形差异分析，尤其是通过晶闸补偿控制装置的具体运行，对过度反应数据以及电容器组的正常运行数值进行比对，判断在何种情况下功率因数会明显提高。

如公式（2）所示，当运营的约束条件xk1t1等于0，或xk2t2等于1 时，T1t2分别代表不可投入晶闸管控制投切模型的运营时段。也就意味着，如果在这一时段安排运营资源，那么资源的有效利用率将达不到原本的人力需求约束条件以及物力需求约束条件。在公式（2）中，k2 表示路线k 在最佳投切时段的运营状态，用于描述该线路运行过程中，用电信息采集需要的最大资源量。系统可以通过该数据的优化把控对于整个线路运营的调整，需要的最大人力资源数量以及最大物力资源数量进行系统计算，从而建立整个信息分析模型的上限。

3.6 无功率缺额分析

从上述对比分析可以看出，投入晶闸管无功率差别补偿设置之后，整个电网系统的无功率缺额从76k 下降到6k，实现整个无功缺额的补偿功能。显著降低谐波对于整个系统的影响，从而全面提高晶闸管投切控制装置运行的精准化程度，避免错误的数据以及检测误差，对系统运行的稳定性与连续性造成负面影响。

在现代化的网络结构调整中，技术人员还要应用人工智能的学习方式，对于这种瞬时无功补偿理论，进行方式方法上面的拓展。尤其是建立矩阵模型、无功率检测分析，以及遗传粒子群算法，对动态运行状态下的晶闸管投切控制模型进行连续动作的判断；还要在动态补偿的情况下，分析无功率补偿理论的具体应用范围，探求系统无功缺额，是否满足目前的运行效率。电网管理人员要通过数据库系统的建设等，不断提高瞬时无功理论在整个组网建设当中运行的有效性。

4 结束语

综上所述，瞬时无功率理论在目前的电网组建中有着非常广泛的应用，通过这种快速动态无功补偿装置的升级，能够提高整个装置运行的精准化程度。从本文的分析可知，研究瞬时无功理论在快速动态无功补偿装置的应用，有利于人们从问题的角度了解目前装置设计与优化的不足。对此，还应不断加强系统性研究，进行差异化的设计与分析，以提高无功率补偿装置的优化程度。