分布式电源（如风电、光伏、燃气轮机等）接入高压电网时，会因出力波动性（如风速变化导致风电功率波动）、反送电特性（改变传统潮流方向）和非线性特性（如逆变器产生谐波），引发电网无功失衡、电压波动、功率因数下降等问题。高压动态无功补偿装置（以 SVG、SVC 为核心）通过实时监测与快速响应，动态平衡无功功率，稳定电网参数，其核心原理如下：
一、分布式电源接入对电网的无功与电压影响
分布式电源（DG）的接入打破了传统 “单向供电” 模式，对无功平衡的影响主要体现在：
无功波动剧烈：
风电、光伏的出力（有功功率 P）随自然条件快速变化（如光伏功率在云层遮挡时可在 100ms 内下降 50%），而其内部逆变器或发电机的无功输出能力有限（通常仅能提供 ±20% 额定容量的无功），导致并网点无功功率（Q）大幅波动。
当 DG 输出有功功率 P 增大时，线路感抗上的有功损耗（ΔP = I²R）增加，可能引发并网点电压下降（需补充容性无功）；当 P 骤减时，电压可能骤升（需吸收容性无功）。
电压分布反转：
传统电网中，电压随输电距离增加而降低（因线路压降）；DG 接入后，若其输出功率大于本地负荷，电流反向流动，线路感抗压降变为 “升压”（U₂ = U₁ + I×X_L），导致远端电压高于近端，形成电压越限。
谐波与三相不平衡：
光伏、风电通过逆变器并网，会产生 3 次、5 次等谐波电流；小型 DG（如单相光伏）可能导致三相负荷失衡，进一步加剧无功补偿难度。
二、高压动态无功补偿装置的核心原理
针对分布式电源的特性，动态无功补偿装置需具备快速响应（≤50ms）、宽范围调节（无功输出 ±100% 额定容量）和多目标协同控制能力，核心原理如下：
1. 基于 “电压 - 无功” 耦合关系的实时补偿
分布式电源并网点的电压（U）与无功功率（Q）存在强耦合关系（公式：ΔU ≈ (Q×X + P×R)/U_N，X 为线路电抗，R 为电阻），补偿装置通过以下机制稳定电压：
电压闭环控制：
装置实时采集并网点电压（U）与额定电压（U_N）的偏差（ΔU = U - U_N），当 ΔU > 5% U_N（过电压）时，输出感性无功（吸收电网容性无功），降低线路压降；当 ΔU < -5% U_N（欠电压）时，输出容性无功（补充电网无功），提升电压。
以 SVG 为例，其通过控制逆变器桥臂的开关状态，调节输出电流的无功分量（I_q），实现无功功率的连续平滑调节（调节精度可达 ±1% 额定无功）。
无功功率跟踪：
当 DG 出力波动导致并网点无功功率（Q_DG）变化时，补偿装置输出无功 Q_comp = -Q_DG（反向补偿），使并网点总无功 Q_total = Q_DG + Q_comp ≈ 0，实现 “动态无功平衡”。
2. 应对间歇性的快速响应机制
分布式电源的功率波动具有高频、短时特性（如风电阵风导致的 10Hz 以下波动），补偿装置需通过拓扑设计和控制策略实现快速响应：
SVG 的快速调节原理：
SVG 采用全控型电力电子器件（如 IGBT），通过 “直流电容储能 + 桥式逆变” 结构，直接输出可控的容性或感性无功：
当需要输出容性无功时，IGBT 通过 PWM 调制使 SVG 等效为 “可变电容”，向电网注入容性电流；
当需要吸收无功时，等效为 “可变电感”，从电网吸收感性电流。
其响应时间（从检测到无功变化到输出目标无功）≤20ms，远快于传统 SVC（响应时间 50~100ms），可跟踪 10Hz 以内的无功波动。
储能协同补偿：
对于超高频波动（如光伏 100ms 内的功率骤降），SVG 可与超级电容或锂电池储能系统联动：储能系统快速释放 / 吸收有功功率，降低有功波动对无功的牵连影响，使 SVG 专注于无功补偿。
3. 反孤岛与谐波治理协同
分布式电源可能因故障进入 “孤岛运行”（脱离主网单独供电），此时补偿装置需兼顾孤岛检测与谐波抑制：
反孤岛下的无功调节：
装置通过 “频率偏移法” 检测孤岛（如主动注入 0.5Hz 的频率扰动，若频率持续偏移阈值则判定为孤岛），进入孤岛模式后，将控制目标从 “跟踪电网电压” 转为 “稳定孤岛内电压”（维持电压在 ±2% 额定值内），通过调节无功输出平衡孤岛内负荷与 DG 的无功需求。
谐波滤波增强：
分布式电源的逆变器会产生谐波（尤其是 3 次、5 次、7 次），补偿装置在 SVG 拓扑中增加LC 滤波器或有源滤波模块：
对于 3 次谐波（零序分量），通过星形 / 三角形接线的变压器抑制；
对于 5 次、7 次等特征谐波，SVG 通过检测谐波电流（I_h），输出反向谐波电流（-I_h）抵消，使并网点谐波畸变率（THD）≤5%（符合 GB/T 14549 标准）。
4. 三相不平衡补偿（针对单相 DG）
当接入单相分布式电源（如户用光伏）时，三相负荷电流不平衡（I_a ≠ I_b ≠ I_c），会产生负序和零序分量，导致电压不平衡。补偿装置通过以下原理治理：
负序电流分离：
利用 “对称分量法” 将三相电流分解为正序（I₊）、负序（I₋）、零序（I₀）分量，补偿装置输出与负序电流大小相等、方向相反的电流（-I₋），抵消负序分量。
无功与不平衡协同补偿：
SVG 的三相桥臂可独立控制（通过各自的 PWM 调制），在补偿无功的同时，调节各相输出电流，使三相电压不平衡度从 10% 降至 2% 以下（符合 GB/T 15543 标准）。
三、关键控制策略与技术指标
为适配分布式电源的特性，补偿装置需采用以下控制策略：
多目标优先级控制：
优先保证电压稳定（电压偏差＞±5% 时，以电压控制为主）；
电压合格时，以功率因数控制为主（维持并网点 cosφ≥0.95）；
存在谐波或不平衡时，自动投入滤波 / 平衡功能。
低电压穿越（LVRT）能力：
当电网发生故障导致电压骤降（如跌至 20% 额定电压）时，装置需持续输出无功（≥1.5 倍额定电流），支撑电网电压恢复（符合 GB/T 36995-2018 风电并网标准），避免分布式电源因电压过低脱网。
通信与协同控制：
通过 IEC 61850 协议与 DG 控制器、电网调度系统通信，获取 DG 出力预测数据（如 15 分钟短期预测），实现 “前馈 + 反馈” 复合控制（提前预补偿预期无功波动），减少动态调节误差。
总结
分布式电源接入时，高压动态无功补偿装置的核心原理是：以 SVG/SVC 为执行单元，通过实时监测并网点的电压、电流、功率因数及谐波，快速输出或吸收无功功率，抵消 DG 带来的无功波动、电压偏差、谐波与不平衡。其关键在于 “快速响应（≤50ms）”“独立相控” 和 “多目标协同”，最终实现分布式电源的友好并网与电网的安全稳定运行。在高渗透率 DG 接入场景（如新能源微电网），此类装置是保障电网电能质量的核心设备。
