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摘要：传统的无功补偿方法是采用三相共补，用功率因数控制的形式，通过三相电容器组的投切，对系统的无功功率进行补偿。这样补偿的问题是，由于三相不平衡无功功率的存在，采用相同的补偿电容的补偿结果仍然没有消除各相之间的不平衡状态，各相之间的功率因数并不一致。三相共补在以单相负载为主的用电系统里面存在着先天的弊病。当前的用电系统中会有谐波的存在，而传统的无功补偿方式不能解决电网谐波的问题。在谐波存在的状况下进行电容的投切，会对电容器造成损毁。因此，在进行无功补偿之前，应对谐波进行滤除。
关键词：智能分相；混合无功补偿；控制器
1工作原理
本文介绍的控制器，主要的功能是能够控制固定补偿模块的投切，对三相电路的无功功率进行共补，同时，可以控制SVG，根据共补后每相的无功功率，进行精确的分相补偿。
在混合补偿装置中，固定式补偿模块是一种独立的电容补偿单元，它将保护器件、投切开关、电抗器和电容器有机地集成在一个框架之中。每个模块即为一个补偿支路，在整个混合补偿装置中实现三相共补功能。
固定式补偿模块采用晶闸管作为投切开关，利用过零光电耦合开关，确保晶闸管在电压过零时导通，在电流过零时关断，从而避免了电容投切过程中给晶闸管带来的冲击。
在混合补偿装置中采用了SVG（静止无功发生器）作为分补的执行元件。SVG可以连续、平滑地进行无功功率补偿，但由于补偿容量及成本的限制，在装置中，仅负责共补之后余下的无功功率的补偿。SVG的输出由分补控制器通过MODBUS来决定。
控制器通过对各相电压电流的检测，计算出当前的无功功率和功率因数，根据相应的控制策略，完成共补的投切，及各相分补的输出量控制。
既能够利用电容补偿成本低、容量大的特点，又能发挥SVG平滑连续输出无功功率的优势，具有很高的性能价格比。
2滑窗式DFT检测无功功率和功率因数
无功补偿过程中，首先要计算当前的无功功率。常用的无功功率测量方法主要有电能计量IC读取、快速傅里叶变换（FFT）测量和数字移相测量等。电能计量IC测量无功功率时，测量的时间长短并不固定，随机性比较大，响应时间没有保证。基于快速傅里叶变换（FFT）的方法虽然精度高，但是其计算量大，实时性能较差。基于数字移相的测量方法实时性好，但是在测量信号含有谐波时误差较大。
本文采用的基于滑窗DFT算法，在有源电力滤波器上得到了广泛的应用。基于这个算法的无功功率测量方法，既减小了运算量，又保证了实时性。
2.1 DFT算法
对于一个有限带宽的周期信号x(t)，假设其周期为T，基波角频率为ω，则其傅里叶变化为：
从式（14）、（15）中可以看出，整个迭代过程是当完成最初的一个整周期求和计算之后，将旧的采样值在一个固定的空间里保存下来，其地址指针是按照采样周期N的循环计数。当新的采样值到来时，开始下一个周期的数据循环迭代。式（14）、（15）表明，求和公式简化为一个减法和一个加法的计算，用计算所得的新和值替换旧和值，完成迭代，求出当前的A1和B1。
滑窗式迭代DFT算法的计算过程只需在初始化阶段的一个完整工频周期内完成整周期求和运算，以后的求和运算就完全在一个采样周期内完成，使得运算量大大减少，提高了系统的实时性。
5补偿控制策略
本控制器所支持的混合补偿系统的目的是实现大容量的无功补偿。由固定补偿模块进行三相共补，承担分级的粗略补偿，再由SVG实现分相的无功精细补偿。
本控制器采用功率因数和无功功率相结合方式进行控制，设置控制器的投入门限和切除门限。具体控制策略如下：
1）当电网系统功率因数低于投入门限时，执行投入动作。首先把SVG当前输出的无功计算到系统剩余需补偿无功中，然后根据当前可投电容情况，分别有不同处理办法：
假如存在电容器能使系统功率因数达到投入门限和切除门限之间，则投入该电容器，同时剩余无功由SVG输出容性无功补偿至切除门限。
假如只存在电容器能使系统功率因数到达低于投入门限，则投入此类电容器中最大值，同时剩余无功由SVG输出容性无功补偿至切除门限。
假如所有电容器投入后使系统功率因数大于切除门限，则由SVG输出容性无功补偿。
2）当电网系统功率因数大于切除门限时，执行切除动作，根据当前SVG当前输出无功和系统剩余需补偿无功情况，分别有不同处理办法：
假如当前SVG当前输出无功大于系统剩余需补偿无功，则由SVG减少容性无功输出。
假如当前SVG当前输出无功小于系统剩余需补偿无功，则由SVG和电容器组合补偿。此时，假如存在可切电容器使系统功率因数达到投入门限和切除门限之间，则切除该电容器，同时SVG输出容性无功补偿至切除门限。假如所有可切电容器只能使系统功率因数到达切除门限以上则SVG输出容性无功0。假如所有可切电容器只能使系统功率因数到达投入门限以下，则切除此类电容中最小值，同时剩余SVG输出容性无功补偿至切除门限。
3）当电网系统功率因数大于投入门限且低于切除门限时，由剩余SVG输出容性无功补偿至切除门限。
6结论
当前，SVG与电容组成的混合补偿方式，大多是以SVG作为主控设备，电容的投切控制和无功的输出均由SVG来实现。但是，并非所有的SVG都具有电容控制功能。本文介绍的控制器主要是用于对普通的SVG进行控制，与电容补偿共同组成分相补偿系统。由于现有SVG大多具有MODBUS通讯功能，所以控制器可以很方便地通过MODBUS通讯方式，将检测到的指令无功功率发送给SVG，因为无功功率的计算采用了滑窗迭代DFT的算法，计算时间很快，所以系统的响应时间只受通讯时间的限制。
参考文献
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论文作者:傅梦体
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/5
标签：门限论文; 功率因数论文; 功率论文; 电容器论文; 控制器论文; 系统论文; 电容论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;