SVG+FC混合型无功补偿装置的设计与优化策略 摘要：介绍了SVG+FC混合型无功补偿装置的设计方案，包括投切型电容器组FC的组成及原理、静止无功发生器SVG的组成及原理等，提出了SVG+FC混合型无功补偿装置的优化策略实践表明，该补偿装置有效克服了FC不能连续无功补偿以及大容量SVG成本高的问题，值得进一步推广和应用关键词：SVG;FC;无功补偿装置;优化策略1 研究背景目前，配电网中最普遍的无功补偿方式是采用直接并联式电容器、接触器复合开关、晶闸管等裝置进行无功补偿然而该方法已无法满足快速变化的负荷对无功功率的需求此外，每个电容器组的容量是固定的，不能进行连续的无功补偿，补偿效果不显著若仅采用单一的投切FC装置的方式进行无功补偿，极易造成无功欠补偿或过补偿，电容器的使用寿命与投切频率相关，频繁的开关操作使电容器的使用寿命大幅缩短若采用晶闸管控制FC装置的投切，会产生较为严重的低次谐波，为了减少谐波污染，还需增设额外的滤波器基于此，本文提出一种SVG+FC混合型无功补偿装置，其中SVG装置用于实现快速连续的无功功率调节，FC装置实现无功功率的大容量分级调节，两者协同工作，克服了FC装置不能连续无功补偿以及大容量SVG装置成本高的问题。
2 SVG装置及技术特点2.1 SVG装置SVG装置由VSC逆变器及直流电容器、连接变压器、断路器等组成其在工作过程中将自换相桥式电路通过电抗器并联，对桥式电路交流侧输出电压、相位及幅值进行调整，或者直接对交流侧电流进行控制，使电路吸收或者发出无功电流，达到快速动态无功补偿的目的直流电控制过程中，SVG装置不能利用LC回路滤波，需采用PWM电流技术进行滤波处理若将电力系统看作一个电压源，SVG装置则可看作可控电压源，连接电抗器则可看作线性阻抗元件2.2 技术特点SVG装置利用空间失量脉宽调制方法及瞬时无功功率理论的检测方法，解决了电力系统在扰动因素的影响下产生的各种问题，完成无功补偿目标从技术层面看，SVG装置具有以下特点：（1）动态补偿，SVG装置能同时对无功功率及谐波进行补偿，实现连续、平滑地功率补偿，满足功率变化需求2）响应时间短，整机响应时间在5 ms以内，能对额定容性及感性输出进行随意切换，满足冲击性负载补偿需求3）优化谐波输出，SVG装置既能输出近似于正弦波的无功电流，对电网进行补偿，又能输出设定次数的谐波，满足无功无偿及谐波综合治理的需求4）可靠性高，SVG装置具有电流源特性，系统参数的敏感性不足，输出无功不会受电压影响，利用链式结构模块的设计方法，一个模块在出现故障的情况下仍能继续运行。
5）控制灵活，SVG装置能单独补偿电压及无功、功率因数，实现综合控制、AVC控制以及各种模式的无缝切换3 SVG+FC混合型无功补偿装置设计方案在实际工程应用中，感性和容性无功的需求不同，所需配备的设备也不同，静止无功补偿SVG和固定电容器组FC并联应用，可以达到非常好的配合效果SVG动态特性好，而FC可有效补偿容性无功，成本低当系统无功瞬间发生缺失突变时，通过SVG自启，进行瞬态快速补偿，而后再投入FC，最终完成无功的精确化补偿混合型SVG无功补偿装置包括有源无功发生模块、多组晶闸管或接触器投切电容器模块，即SVG+投切型电容器组（FC）3.1 FC的组成及原理投切型电容器组（FC）由三相相同的拓扑结构构成，每相包含4个分支，每条支路都是由电容器小电感器和反并联晶闸管串联而成，电容值比为8：4：2：1通过控制每条支路上的晶闸管的开关状态来控制所对应支路的通断，以此改变整个电容器组的电容值4个支路共有16种通断组合，则单相投切型FC能够实现16级无功功率的“粗”补偿以电网的某一相位为例，每个FC支路的电容值依次排列为8C、4C、2C及1C，忽略FC支路小电感的存在，那么FC产生的感应无功功率为：3.2 SVG的组成及原理静止无功发生器SVG主要由三相逆变器直流侧储能电容器和交流侧电感构成，直流侧电容为逆变器提供直流电压。
在不同开关状态下，通过控制三相逆变器的导通角的方式，改变系统注入的补偿电流，对系统无功进行调整，实现各相无功功率的精确补偿式中，R为SVG的等效电阻，是SVG输出端电压与电网电压的差值;U为SVG输出端电压与电网电压的差值;δ为电压和电流的相位差只有选择合适的FC和SVG器件参数，才能在保证较大补偿容量的基础上，实现连续、精确动态补偿4 SVG+FC混合型无功补偿装置的优化策略4.1 补偿容量的选择针对不同的负荷特点，SVG+FC混合型装置需要合理选择无功补偿设备，具体如下：（1）对于承受力弱的工业用户，推荐使用SVG+FC混合型装置，补偿容量可选150 kvar和240 kvar2）箱变用户往往是新建的大规模住宅区商业办公大楼、百货商场等，其负荷曲线相对来说较为稳定，无功需求量变化不大故而建议使用小容量SVG+FC混合型无功补偿装置，补偿容量为45 kvar、75 kvar或90 kvar这种补偿策略无需投入巨大的成本，即可取得不错的补偿效果3）杆变用户可以分为旧式工房的居民区用户和小型工业用户，常用的杆变容量为400 kVA居民区和小型工业用户同样对无功有着较大的需求，而杆变的电能质量普遍存在功率因数低、电压跌落和闪变负荷不平衡的特点，建议采用小容量抽屉式的柱上式SVG+FC混合补偿装置。
4.2 总体调控策略本文提出了一种SVG+FC的总体调控策略，FC承担大部分静态无功功率补偿功能，而SVG主要承担小部分的动态无功功率补偿功能不管是从设备的经济实用性，还是从工作效率、稳定性、安全性等方面考虑，选取的SVG容量应越小越好，同时还必须保证SVG能够连续补偿FC的最大补偿差，且留有一定的裕度该控制策略既能保证单元间的无功功率分配的稳定性，避免由于SVG承担过多的无功功率触发限流限制，又可以避免FC承担的无功功率过小的现象4.3 最优补偿的实现SVG+FC混合型无功补偿装置无功补偿控制的实现，首先通过采集模块采集电气信号，主要是采集系统的瞬时电压和电流，通过计算单元计算系统侧功率因数和无功功率，分析系统的无功输出情况以及无功分配基准无功功率优化分配模块再根据需要的补偿量，制定最优补偿策略，确定FC和SVG的补偿容量SVG再根据补偿无功功率量，调节PWM波形，控制IGBT的导通，改变逆变器的输出，对系统进行快速补偿SVG+FC混合型无功补偿系统流程如图1所示5 结语针对无功功率补偿不足的问题，传统的补偿方式大多数是直接投切电容器与电抗器，虽然能够控制成本，但是不能进行连续补偿，且频繁投切会缩短设备使用寿命。
因此，本文提出使用一种SVG+FC混合型无功补偿装置的建议，该补偿装置不仅具备SVG快速连续无功补偿的功能，还兼具FC大容量无功补偿的功能，克服了FC不能连续无功补偿以及大容量SVG成本高的问题[参考文献][1] 邹良鸿.混合型无功补偿装置及其应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.[2] 闻杰杰.基于有源电力滤波器的无功补偿装置研究[D].上海：上海交通大学，2017.[3] 刘涛.基于阻抗变化的容性无功补偿装置故障监测方法[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2018. -全文完-。