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摘 要：随着国民经济的快速发展，电力系统的功率因数较低和谐波电流过大等电能质量问题、节能降耗问题越来越受到人们的重视。无功功率在电网中传输会使电网损耗增加，且严重影响供电质量。而使用新型的动态无功补偿技术进行就近和就地补偿，则能有效地解决电能质量问题。
关键词：动态无功补偿；电能；无功功率
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0075-02
1 无功补偿的意义
在交流电网中，功率分为有功功率、无功功率和视在功率。电压瞬时值U和电流瞬时值I的乘积为瞬时功率，一个周期内瞬时功率的平均值称有功功率，即P=UIcosΦ。瞬时功率的最大值，即电源与整个电路之间能量交换的最大速率称无功功率，即Q=UIsinΦ。交流电路的电压有效值和电流有效值的乘积称为视在功率，即S=UI。有功功率P与视在功率S的之比称为功率因数，用cosφ表示，即cosφ=P/S。可见，当有功功率P一定的情况下，当cosφ的值比较小时，视在功率S就要加大。视在功率加大，就意味着供电线路和变压器的容量均要加大，这样，势必增加供电投资，增加线路网损。所以，提高用电设备的功率因数cosφ，就可以让电网尽可能的传送有功功率，减少设备向电网索取无功功率，从而提高电网效率和安全性。
2 低压动态无功补偿技术简介
传统的低压无功补偿技术，由于使用普通的接触器投切电容器，存在浪涌电流大、补偿时间慢、维护费用高和使用寿命短等各方面的问题，已不能满足现代化电网的要求。动态无功补偿是面向三相低压配电系统，具有动态自动补偿无功功率和抑制用户负荷谐波作用的新型无功补偿技术。主要采用静止无功发生器（SVG）和晶闸管分组投切电容器（TSC），实现三相低压配电系统无功功率的动态连续补偿。TSC实现基础平稳无功的补偿，SVG实现动态变化无功的补偿。
同时在电容器支路串联适当电抗器，实现配电系统用户谐波电流的抑制，防止电容器对配电系统谐波发生放大现象。
3 补偿回路主要部件介绍
①TSC。TSC主回路主要由电抗器，晶闸管开关，补偿电容器等构成；控制系统主要由控制器，触发电路等构成。由控制器对系统的电流电压等参数进行采样、分析、计算，再根据系统的无功需量给触发电路发出投切信号，由晶闸管开关完成电容器的投入或切除动作。采用晶闸管开关的过零检测、投切技术，可以抑制电路过电压或涌流，实现快速、频繁、无冲击投切。其核心技术包括动态采样控制技术，动态触发技术，动态响应投切技术以及补偿滤波器件等。
②SVG（STATCOM）。SVG即静止无功发生器，是柔性交流输电技术（简称FACTS）的主要装置之一，代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。基本原理是利用全控型开关器件组成自换相桥式电路，辅之以小容量储能元件，通过电抗器或者变压器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧输出电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿。
③控制器。控制单元采用高速DSP采集现场的电压、电流信号，在每一个电网周期对所有数据进行分析，计算处理后发出驱动信号来控制功率单元的运行，同时监测功率单元运行状况。
4 技术参数、难点与创新点
4.1 技术参数
额定电压：AC380 V；额定频率：50 Hz；SVG动态响应时间：≤20 ms；TSC动态响应时间：≤40 ms。
4.2 技术难点与创新点
①通过理论分析与计算机仿真，揭示配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）的输出无功功率、有功功率损耗及直流电压与控制角和线路电抗器的理论关系，提出配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）用线路电抗器的选择计算方法。
②针对低压系统的特点，采用基于IGBT器件的电压源逆变器结构和PWM控制技术，在保证技术性能的前提下，简化主电路结构。
③控制系统采用高速DSP控制器，全面提升补偿系统的控制性能，同时简化控制系统的硬件结构，提高系统可靠性。
④采用瞬时无功理论测算负荷和补偿系统的无功功率，提高补偿的实时性。
5 技术路线和实施方案
5.1 无功补偿技术的分类
电压等级——低压补偿/中压补偿/高电压补偿。
安装位置——集中补偿/线路补偿/随机补偿。
补偿装置——机械开关式补偿器/静止补偿器。该技术从补偿装置的调节机构来讲的。机械开关式补偿器是指补偿装置的调节机构有机械运动部件，如接触器、开关等。静止补偿器是指补偿装置的调节机构中没有机械运动部件，如SVC、STATCOM等。其中STATCOM又分为电压源逆变器型和电流源逆变器型，目前使用的STATCOM多为电压源逆变器型。
补偿方式——动态补偿/静态补偿。该技术从补偿原理上来讲的。动态补偿是指补偿电流能自动跟随负荷无功电流的变化而连续变化；静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内（譬如1 min以上）是固定不变的。
一般而言，静止补偿器属于动态补偿。
5.2 无功补偿技术的进展
第一代：采用机械式接触器投切电容器，属于慢速无功设备。第二代：采用晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器装置，属于快速无功设备。第三代：采用有源无功补偿装置（如SVG静止无功发生器），属于快速无功设备。
5.3 无功补偿的途径
由于负荷基本上都是感性的，因此最常用的无功补偿设备就是并联电容器。
FC为固定电容器；MSC为开关投切电容器；TSC为晶闸管投切电容器。由于电容器的输出无功很难连续调节，因而出现了可控电抗器与并联电容器的组合——SVC。TCR为晶闸管可控电抗器，通常不独立使用，一般为TCR+FC或TCR+TSC。有源型无功补偿装置为STATCOM、SVG、APF。
5.4 无功补偿装置技术性能的比较
无功补偿装置技术性能的比较如表1所示。
5.5 DSTATCOM的特点
①响应时间快。接触器投切电容器装置的响应时间需要几秒钟；SVC的响应时间约为20～40 ms；STATCOM装置补偿响应时间可达20 ms以内，真正实现动态补偿。
②可在极短的时间之内完成从容性无功功率到感性无功功率的相互转换，可以胜任对冲击性负荷的补偿。
③输出无功不受电网电压高低的影响。低电压时，比SVC更有效地发出无功功率。
④由于无需高压大容量的储能元件（如电容器和电抗器），故DSTATCOM的体积更小更紧凑。
⑤运行时可视为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性，还可对谐波和无功功率同时进行补偿。
5.6 无功补偿技术总体结构
无功补偿技术总体结构如图1示。
6 技术经济前景分析
利用动态无功补偿技术可以补偿功率因数、稳定电压、抑制谐波、改善电能质量、节能降耗。而我国能源供需矛盾突出，严重制约了经济的快速增长。国家发改委、国家电监会明确要求电力用户增强节能意识，积极采用先进的节电技术与产品，优化用电方式，提高电源使用效率，减少电力消耗。现在，某些地区已出台了相关政策，对功率因数不达标的用户罚款，对功率因数高的用户奖励。因此动态无功补偿技术的市场前景广阔。
参考文献：
[1] 唐杰.配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）的理论与技术研究[D].长沙：湖南大学，2007.
[2] 杜桂强.低压SVG的并联运行研究及设计[M].沈阳：辽宁科技大学，2011.
[3] 李茂林.浅谈低压无功补偿装置三大部件的选取与使用[J].电气应用，2007，（5）.
关键词：动态无功补偿；电能；无功功率
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0075-02
1 无功补偿的意义
在交流电网中，功率分为有功功率、无功功率和视在功率。电压瞬时值U和电流瞬时值I的乘积为瞬时功率，一个周期内瞬时功率的平均值称有功功率，即P=UIcosΦ。瞬时功率的最大值，即电源与整个电路之间能量交换的最大速率称无功功率，即Q=UIsinΦ。交流电路的电压有效值和电流有效值的乘积称为视在功率，即S=UI。有功功率P与视在功率S的之比称为功率因数，用cosφ表示，即cosφ=P/S。可见，当有功功率P一定的情况下，当cosφ的值比较小时，视在功率S就要加大。视在功率加大，就意味着供电线路和变压器的容量均要加大，这样，势必增加供电投资，增加线路网损。所以，提高用电设备的功率因数cosφ，就可以让电网尽可能的传送有功功率，减少设备向电网索取无功功率，从而提高电网效率和安全性。
2 低压动态无功补偿技术简介
传统的低压无功补偿技术，由于使用普通的接触器投切电容器，存在浪涌电流大、补偿时间慢、维护费用高和使用寿命短等各方面的问题，已不能满足现代化电网的要求。动态无功补偿是面向三相低压配电系统，具有动态自动补偿无功功率和抑制用户负荷谐波作用的新型无功补偿技术。主要采用静止无功发生器（SVG）和晶闸管分组投切电容器（TSC），实现三相低压配电系统无功功率的动态连续补偿。TSC实现基础平稳无功的补偿，SVG实现动态变化无功的补偿。
同时在电容器支路串联适当电抗器，实现配电系统用户谐波电流的抑制，防止电容器对配电系统谐波发生放大现象。
3 补偿回路主要部件介绍
①TSC。TSC主回路主要由电抗器，晶闸管开关，补偿电容器等构成；控制系统主要由控制器，触发电路等构成。由控制器对系统的电流电压等参数进行采样、分析、计算，再根据系统的无功需量给触发电路发出投切信号，由晶闸管开关完成电容器的投入或切除动作。采用晶闸管开关的过零检测、投切技术，可以抑制电路过电压或涌流，实现快速、频繁、无冲击投切。其核心技术包括动态采样控制技术，动态触发技术，动态响应投切技术以及补偿滤波器件等。
②SVG（STATCOM）。SVG即静止无功发生器，是柔性交流输电技术（简称FACTS）的主要装置之一，代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。基本原理是利用全控型开关器件组成自换相桥式电路，辅之以小容量储能元件，通过电抗器或者变压器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧输出电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿。
③控制器。控制单元采用高速DSP采集现场的电压、电流信号，在每一个电网周期对所有数据进行分析，计算处理后发出驱动信号来控制功率单元的运行，同时监测功率单元运行状况。
4 技术参数、难点与创新点
4.1 技术参数
额定电压：AC380 V；额定频率：50 Hz；SVG动态响应时间：≤20 ms；TSC动态响应时间：≤40 ms。
4.2 技术难点与创新点
①通过理论分析与计算机仿真，揭示配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）的输出无功功率、有功功率损耗及直流电压与控制角和线路电抗器的理论关系，提出配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）用线路电抗器的选择计算方法。
②针对低压系统的特点，采用基于IGBT器件的电压源逆变器结构和PWM控制技术，在保证技术性能的前提下，简化主电路结构。
③控制系统采用高速DSP控制器，全面提升补偿系统的控制性能，同时简化控制系统的硬件结构，提高系统可靠性。
④采用瞬时无功理论测算负荷和补偿系统的无功功率，提高补偿的实时性。
5 技术路线和实施方案
5.1 无功补偿技术的分类
电压等级——低压补偿/中压补偿/高电压补偿。
安装位置——集中补偿/线路补偿/随机补偿。
补偿装置——机械开关式补偿器/静止补偿器。该技术从补偿装置的调节机构来讲的。机械开关式补偿器是指补偿装置的调节机构有机械运动部件，如接触器、开关等。静止补偿器是指补偿装置的调节机构中没有机械运动部件，如SVC、STATCOM等。其中STATCOM又分为电压源逆变器型和电流源逆变器型，目前使用的STATCOM多为电压源逆变器型。
补偿方式——动态补偿/静态补偿。该技术从补偿原理上来讲的。动态补偿是指补偿电流能自动跟随负荷无功电流的变化而连续变化；静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内（譬如1 min以上）是固定不变的。
一般而言，静止补偿器属于动态补偿。
5.2 无功补偿技术的进展
第一代：采用机械式接触器投切电容器，属于慢速无功设备。第二代：采用晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器装置，属于快速无功设备。第三代：采用有源无功补偿装置（如SVG静止无功发生器），属于快速无功设备。
5.3 无功补偿的途径
由于负荷基本上都是感性的，因此最常用的无功补偿设备就是并联电容器。
FC为固定电容器；MSC为开关投切电容器；TSC为晶闸管投切电容器。由于电容器的输出无功很难连续调节，因而出现了可控电抗器与并联电容器的组合——SVC。TCR为晶闸管可控电抗器，通常不独立使用，一般为TCR+FC或TCR+TSC。有源型无功补偿装置为STATCOM、SVG、APF。
5.4 无功补偿装置技术性能的比较
无功补偿装置技术性能的比较如表1所示。
5.5 DSTATCOM的特点
①响应时间快。接触器投切电容器装置的响应时间需要几秒钟；SVC的响应时间约为20～40 ms；STATCOM装置补偿响应时间可达20 ms以内，真正实现动态补偿。
②可在极短的时间之内完成从容性无功功率到感性无功功率的相互转换，可以胜任对冲击性负荷的补偿。
③输出无功不受电网电压高低的影响。低电压时，比SVC更有效地发出无功功率。
④由于无需高压大容量的储能元件（如电容器和电抗器），故DSTATCOM的体积更小更紧凑。
⑤运行时可视为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性，还可对谐波和无功功率同时进行补偿。
5.6 无功补偿技术总体结构
无功补偿技术总体结构如图1示。
6 技术经济前景分析
利用动态无功补偿技术可以补偿功率因数、稳定电压、抑制谐波、改善电能质量、节能降耗。而我国能源供需矛盾突出，严重制约了经济的快速增长。国家发改委、国家电监会明确要求电力用户增强节能意识，积极采用先进的节电技术与产品，优化用电方式，提高电源使用效率，减少电力消耗。现在，某些地区已出台了相关政策，对功率因数不达标的用户罚款，对功率因数高的用户奖励。因此动态无功补偿技术的市场前景广阔。
参考文献：
[1] 唐杰.配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）的理论与技术研究[D].长沙：湖南大学，2007.
[2] 杜桂强.低压SVG的并联运行研究及设计[M].沈阳：辽宁科技大学，2011.
[3] 李茂林.浅谈低压无功补偿装置三大部件的选取与使用[J].电气应用，2007，（5）.