电压源型快速动态无功补偿器

　　0 引言

　　无功补偿设备是目前广泛应用的电力系统装置，也是柔性交流输电重要设备之一[1-5]，另外由于风能、太阳能等可再生能源发电功率的不可预知性和随机性，其大量接入电网势必对电网的稳定性和可靠性带来新的挑战，目前多采用无功补偿设备来进行稳定控制[6-10]。

　　针对目前应用最广泛的静止无功补偿器之一 TCR，由于采用相控模式势必产生很大的谐波问题[11-15]，因此必须增设额外的滤波器兼提供基波容性无功，但这类无功补偿设备属于恒阻抗元件，其无功功率输出受系统电压水平影响，在系统电压降低较多时，补偿装置的输出容量也将大大降低，在电网受到干扰或故障情况下，将不能很好地起到对系统的电压支撑和无功补偿作用。本文提出电压源控制型快速动态无功补偿器，并提出一种新颖的调压型调节无功的控制策略，与传统的 TCR 相比，控制策略简单易行，具有调节速度快、谐波含量低的特点;与静止同步补偿器静止无功补偿器(static synchronous compensators，STATCOM)相比，具有逆变器工作容量小，最大工作容量仅为设计容量的 1/4，并且逆变器承受电压低的特点[16-17]。另外，系统电压较低时通过调节逆变器输出反向电压仍能保证额定无功输出，能很好地对电网故障情况时起电压支撑和无功补偿作用。通过详细的理论分析得出补偿容量的设计及补偿电抗器 L 参数的大小，并利用瞬时无功理论进行无功检测，最后设计制作原理样机进行实验分析和验证。

　　1 工作原理

本电路拓扑的主要特点在于补电抗器L连接逆变器输出端，再并联接于补偿节点，通过调节逆变器输出电压的大小调节补偿无功的大小。快速动态无功补偿器用以吸收 FC 过补的无功功率，FC 补偿采用多组 TSC 实现，可有效降低动态无功补偿器的容量。

　　  2 容量设计

　　根据式(2)可得到各部分无功功率与逆与桥输出基波电压的关系，如图 2 所示。与 STATCOM 相比，本补偿器具有工作容量小，补偿范围大的特点，如设计逆变器的输出电压变化为[0,0.5]，电抗器的补偿无功容量变化为[1,0.25]，补偿器的输出无功则为[1,0.5]，此时逆变器的最大工作电压为系统母线电压的 1/2，而 STATCOM 所承受的电压则为系统母线电压，另外本补偿器可输出电压反向调节，在反向调节区域补偿器具有更大的调节容量，但此时器件的容量也将增大，因此本装置在系统电压低于额定值较多时仍能保证额定无功功率的输出。

　　3 控制算法及控制器设计

　　3.1 三相四线制无功检测