瞬時(shí)無(wú)功理論在快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用研究

龔 亮

（中海石油深圳天然氣有限公司，廣東 深圳 518120）

在當(dāng)今的配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，晶閘管投切電容器，是一種常見(jiàn)的無(wú)功率補(bǔ)償裝置。這種裝置技術(shù)可以進(jìn)行比較精準(zhǔn)的信號(hào)檢測(cè)，提高無(wú)功分量制定的精確化程度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤性能，從而提高整個(gè)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч?。瞬時(shí)無(wú)功理論在現(xiàn)代化的裝置設(shè)計(jì)中，有著非常廣泛的應(yīng)用。

1 瞬時(shí)無(wú)功理論

瞬時(shí)無(wú)功理論可以對(duì)三相電路的無(wú)功信號(hào)進(jìn)行相關(guān)探測(cè)，并結(jié)合具體的檢測(cè)原理和分析仿真模型，搭建有效的仿真組件工具。通過(guò)這種瞬時(shí)無(wú)功判斷方式，可以對(duì)快速動(dòng)態(tài)下運(yùn)行的裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償信號(hào)檢測(cè)精準(zhǔn)性研究，探討全面提高裝置運(yùn)行的有效性。

1.1 晶閘管投切電容器電路結(jié)構(gòu)

電容器在低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功裝置當(dāng)中的基本結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 晶閘管投切電容器觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)

整個(gè)電路包含補(bǔ)償電容器、限流電抗器、反并聯(lián)晶閘管，以及相應(yīng)的觸發(fā)裝置。電路中的雙向開關(guān)是一個(gè)關(guān)鍵的部件，它可以通過(guò)這種并聯(lián)的閘管裝置起到雙向配合的作用，能通過(guò)開通和關(guān)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路支路的投退控制。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用傳統(tǒng)的并聯(lián)補(bǔ)償裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的投切功能，前期運(yùn)行成本也比較少，因此很多簡(jiǎn)單的機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)，都喜歡采用這種方式來(lái)進(jìn)行功率的調(diào)節(jié)與控制。

1.2 控制精準(zhǔn)度問(wèn)題

傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式無(wú)法精準(zhǔn)地控制電容器具體運(yùn)行，在投切過(guò)程時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一些短暫的過(guò)渡時(shí)段，造成電壓超過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象，這不僅會(huì)影響整個(gè)功率裝置運(yùn)行的可靠性與連續(xù)性，還會(huì)造成開關(guān)壽命的降低。

2 快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置

2.1 動(dòng)態(tài)投切電容器

動(dòng)態(tài)投切電容器主要采用晶閘管作為關(guān)鍵部件，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂颇芰?。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，晶閘管不僅比一般機(jī)械開關(guān)的使用壽命長(zhǎng)，還在投切功能上的控制程度更高、安全可靠性更強(qiáng)，可以顯著提高整個(gè)管理的精細(xì)化水平，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備投切的“零失誤”。此外，可以大大減少系統(tǒng)中浪涌電流的產(chǎn)生，保障系統(tǒng)的安全。

將電容器并入組網(wǎng)中，可以減少設(shè)備運(yùn)行對(duì)組網(wǎng)造成的沖擊；通過(guò)快速運(yùn)行的方式，應(yīng)用GDF-234 電容器對(duì)其運(yùn)行電路進(jìn)行仿真模擬；通過(guò)開關(guān)控制以及補(bǔ)償電容器的三相平衡方式，了解到不同電流仿真的具體結(jié)果。

2.2 仿真波形控制

在模擬機(jī)械開關(guān)的運(yùn)行中，通過(guò)這種隨機(jī)性的判斷，對(duì)三相電流組件的具體運(yùn)行波形進(jìn)行仿真分析。尤其是在電容器并入組網(wǎng)中，對(duì)瞬間產(chǎn)生的浪涌電流進(jìn)行模擬形態(tài)分析，通過(guò)電壓的跳變現(xiàn)象，探討晶閘管投切電容器的運(yùn)行實(shí)際狀態(tài)。預(yù)先將電容器組器并進(jìn)行充電控制，使得晶閘管的電壓和電流可以仿真配置，通過(guò)對(duì)于電流峰值的系統(tǒng)性分析，在時(shí)間等于0.006s 時(shí)，展現(xiàn)觸發(fā)裝置的控制效果，從而分析在時(shí)間為1/3、2/3 時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，提高整個(gè)晶閘管電容器兩端電壓與電流的配合時(shí)刻一致性程度。通過(guò)這種仿真波形的相關(guān)涌動(dòng)，判斷整個(gè)電路當(dāng)中是否存在涌流現(xiàn)象。

3 瞬時(shí)無(wú)功理論在快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置中的具體應(yīng)用

通過(guò)上述的流程控制可以看出，晶閘管投切電容器的應(yīng)用可以減少整個(gè)浪涌電流在電網(wǎng)中存在的現(xiàn)象，通過(guò)“零投切”等相關(guān)的三項(xiàng)電壓控制方式，減少整個(gè)電流的過(guò)渡端現(xiàn)象，提高整個(gè)投切響應(yīng)的反應(yīng)速度。應(yīng)用這種先進(jìn)的無(wú)功率檢測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于整流電路的模擬信號(hào)控制。

3.1 缺陷分析

這種晶閘管投切電容器組的設(shè)計(jì)也并不是完美的。采用這種投切方式，電網(wǎng)中依舊會(huì)存在一些諧波成分，如果不對(duì)這些成分進(jìn)行過(guò)濾，就可能影響整個(gè)晶閘管控制裝置反應(yīng)的快速性。如果不對(duì)這些諧波成分進(jìn)行控制，可能會(huì)造成整個(gè)電流、電壓分析的檢測(cè)誤差大于實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行誤差。因此，在設(shè)計(jì)升級(jí)的過(guò)程中，還要應(yīng)用瞬時(shí)無(wú)功理論的檢測(cè)辦法，通過(guò)算法的優(yōu)化，不斷提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

3.2 三相電路瞬時(shí)無(wú)功理論

瞬時(shí)無(wú)功理論與三相電路的結(jié)合應(yīng)用，主要是分析瞬時(shí)實(shí)際時(shí)功率以及瞬時(shí)虛功率。應(yīng)用這種兩項(xiàng)交變電流，對(duì)于瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流進(jìn)行差異化的分析。通過(guò)建立一個(gè)模型矩陣，對(duì)不同的電流矢量進(jìn)行轉(zhuǎn)化與合成，以及旋轉(zhuǎn)電流矢量進(jìn)行相關(guān)的死角控制。在這個(gè)過(guò)程中，擬合是最基本的預(yù)測(cè)方法，matlab 中提供了polyfit/fit函數(shù)。

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）%。對(duì)x、y 進(jìn)行1 階擬合，返回y=ax+b 的兩個(gè)系數(shù)xi=1:0.1:3；yi=polyval（a，xi）%；將xi 帶入y=ax+b 得到y(tǒng)iplot（x，y，'o'，xi，yi）。

計(jì)算得出統(tǒng)計(jì)之后的電流運(yùn)算數(shù)值：

p=fittype（'a×x+b×sin（x）+c'）%，以ax+bsin（x）+c 形式擬合f=fit（x，y，p）%，求出a、b、c 系數(shù)。

3.3 判斷電流的通入狀態(tài)

判斷瞬時(shí)無(wú)功功率在三相電路中的電流狀態(tài)，可通過(guò)電壓的緩釋分析模型，建立起無(wú)功電流矩陣，并通過(guò)功率矩陣的相關(guān)組合與并注，對(duì)于三相電流的瞬時(shí)無(wú)功進(jìn)行探討，分析不同電流中存在的諧波現(xiàn)象，以及無(wú)功功率電流的差異化法則進(jìn)行運(yùn)作。指令矩陣如下。

該種運(yùn)算方法是通過(guò)把控整個(gè)三相電流運(yùn)行的原理，進(jìn)行相關(guān)的濾波器放置，并且通過(guò)節(jié)點(diǎn)選擇與位置判斷方法，對(duì)電網(wǎng)電壓波形的無(wú)畸變狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化判斷與分析。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通路中，對(duì)基波運(yùn)行功能以及電壓判斷狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)化反應(yīng)，可以計(jì)算出整個(gè)檢測(cè)電流的基波分量情況。

3.4 仿真模型建設(shè)

采用晶閘管控制投切器可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)無(wú)功率補(bǔ)償器的仿真模型搭建，通過(guò)這種三項(xiàng)互補(bǔ)的方式，可對(duì)不相容的相關(guān)功率容量進(jìn)行差異化的分析。一般來(lái)說(shuō)，目前常用的判斷標(biāo)準(zhǔn)為k2、k4 這幾種容量的不同組合方式，可以實(shí)現(xiàn)容量投入的切入點(diǎn)配合，從而通過(guò)組合定制的相關(guān)分析，確定每一種組合量的具體投切情況，判斷定值無(wú)功率量的實(shí)際運(yùn)行效率，分析實(shí)際缺額在于10 ～15k 之間的運(yùn)行實(shí)際結(jié)果。

3.5 時(shí)間控制模型分析

在時(shí)間等于0.06s 時(shí)，投入晶閘管控制投切模型進(jìn)行仿真波形的模擬，對(duì)被補(bǔ)償之后三相電流的電壓電流運(yùn)行情況，進(jìn)行相關(guān)的無(wú)功缺額波形分析。通過(guò)這種優(yōu)化擬合對(duì)比，運(yùn)用位置判斷器進(jìn)行補(bǔ)償前后的波形差異分析，尤其是通過(guò)晶閘補(bǔ)償控制裝置的具體運(yùn)行，對(duì)過(guò)度反應(yīng)數(shù)據(jù)以及電容器組的正常運(yùn)行數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，判斷在何種情況下功率因數(shù)會(huì)明顯提高。

如公式（2）所示，當(dāng)運(yùn)營(yíng)的約束條件xk1t1等于0，或xk2t2等于1 時(shí)，T1t2分別代表不可投入晶閘管控制投切模型的運(yùn)營(yíng)時(shí)段。也就意味著，如果在這一時(shí)段安排運(yùn)營(yíng)資源，那么資源的有效利用率將達(dá)不到原本的人力需求約束條件以及物力需求約束條件。在公式（2）中，k2 表示路線k 在最佳投切時(shí)段的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，用于描述該線路運(yùn)行過(guò)程中，用電信息采集需要的最大資源量。系統(tǒng)可以通過(guò)該數(shù)據(jù)的優(yōu)化把控對(duì)于整個(gè)線路運(yùn)營(yíng)的調(diào)整，需要的最大人力資源數(shù)量以及最大物力資源數(shù)量進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，從而建立整個(gè)信息分析模型的上限。

3.6 無(wú)功率缺額分析

從上述對(duì)比分析可以看出，投入晶閘管無(wú)功率差別補(bǔ)償設(shè)置之后，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功率缺額從76k 下降到6k，實(shí)現(xiàn)整個(gè)無(wú)功缺額的補(bǔ)償功能。顯著降低諧波對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的影響，從而全面提高晶閘管投切控制裝置運(yùn)行的精準(zhǔn)化程度，避免錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)以及檢測(cè)誤差，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與連續(xù)性造成負(fù)面影響。

在現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，技術(shù)人員還要應(yīng)用人工智能的學(xué)習(xí)方式，對(duì)于這種瞬時(shí)無(wú)功補(bǔ)償理論，進(jìn)行方式方法上面的拓展。尤其是建立矩陣模型、無(wú)功率檢測(cè)分析，以及遺傳粒子群算法，對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的晶閘管投切控制模型進(jìn)行連續(xù)動(dòng)作的判斷；還要在動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)那闆r下，分析無(wú)功率補(bǔ)償理論的具體應(yīng)用范圍，探求系統(tǒng)無(wú)功缺額，是否滿足目前的運(yùn)行效率。電網(wǎng)管理人員要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)等，不斷提高瞬時(shí)無(wú)功理論在整個(gè)組網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中運(yùn)行的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，瞬時(shí)無(wú)功率理論在目前的電網(wǎng)組建中有著非常廣泛的應(yīng)用，通過(guò)這種快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的升級(jí)，能夠提高整個(gè)裝置運(yùn)行的精準(zhǔn)化程度。從本文的分析可知，研究瞬時(shí)無(wú)功理論在快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用，有利于人們從問(wèn)題的角度了解目前裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化的不足。對(duì)此，還應(yīng)不斷加強(qiáng)系統(tǒng)性研究，進(jìn)行差異化的設(shè)計(jì)與分析，以提高無(wú)功率補(bǔ)償裝置的優(yōu)化程度。