一、静止无功补偿技术
1.1无功的概念
在用电系统中，许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率(reactivepower)。因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。
(3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
目前市场上常见的使用可控性器件的静止无功补偿装置主要有三类:TCR、TSC和SVG。其中：TCR和TSC统称为SVC。
（一）TSC是通过晶闸管投切电容器的一类无功补偿装置，其工作原理为，通过控制器检测系统无功负荷变化，然后控制晶闸管投切或者切除电容器，以维持系统无功稳定在设定要求值。图一为TSC系统拓扑图。
图一 TSC系统拓扑图
（二）静止无功发生器（SVG）通过外部电流互感器，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的无功分量（感性或容性），然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个相对应的反向无功电流（容性或感性）注入电网中,达到无功补偿的目的。图二为SVG工作原理图。
SVG与TSC虽同为静止无功补偿装置，但补偿机理完全不同，二者在补偿性能上也存在很大的差异。表一中详细列出了二者的性能对比分析，从中可以看出无论是从补偿性能还是自身损耗等各个角度考虑，SVG方案都具有TSC不可比拟的优势。
表一 SVG与TSC性能对比
对比鲜明项目 | TSC | 方图电气SVG |
无功补偿功能 | 有，通常补偿范围为0.6～1，易受系统电压影响，可靠性低 | 有，动态实时补偿，目标功率因数在-1～1之间，不受系统电压影响，稳定可靠 |
三相平衡补偿功能 | 无 | 有 |
补偿方式 | 分级补偿，容易造成过补欠补的情况 | 动态实时补偿，速度快，精度高 |
全响应时间 | 无全响应时间 | ＜15ms |
容量特性 | 安装容量要大于补偿容量；电网电压较低时，其输出的无功电流也变低，导致补偿容量下降，难以给予足够补偿偿 | 安装容量即补偿容量；有源型补偿电路；补偿电流受系统电压影响很小 |
分相补偿 | 需特殊设计 | 有 |
自身损耗 | 大 | 小 |
是否受谐波电流影响 | 是 | 否 |
占地面积 | 大 | 小 |
二、TSVG方案
传统的电容电抗(TSC)补偿方式响应速度慢，损耗大，且受到自身有级调节特性的限制很容易产生过补和欠补的情况，补偿效果十分不理想；而SVG补偿方案虽性能优越，但一次性投入成本太高。出于补偿性能和方案经济性的考量，方图电气提出了一种新型的补偿方案——TSVG补偿方案。
TSVG主要由ICMS（控制器）+TSC（电容电抗）+SVG（静止无功发生器）三部分组成，图三为其简要的组成示意图。
图三 TSVG组成示意图
此方案中，负载的大部分无功由LC进行补偿，动态特性、补偿效果由SVG支撑。控制器（ICMS）则负责对SVG及TSC的补偿进行监控。
技术参数
自愈性：自愈性号，击穿可迅速自动恢复绝缘性能；
允许偏差：不超过额定值的-2～+3%；
低损耗：损耗角正切值（tgδ）不大于0.001（工频额定电压下，20℃）
过压能力：1.1Un下长期运行
过流能力：1.3In下长期运行
耐压：极对极施加2.15Un，2S不击穿；
极对外壳加3.5kVac，10S不击穿；
保护机制：内设压力保护装置
执行标准：GB/T12747-2017《自愈式低压并联电容器》及IEC60831
使用要求
1、安装运行地区海拔高度不超过2000m，使用时周围环境空气温度为-25～+55℃；
2、安装运行场所应无有害气体和蒸汽，应无导电性或爆炸性尘埃，安装运行场所应无剧烈机械振动；
3、电容器投入运行时，应采用具有限流装置的电容器专用接触器或在电压过零时投入的无触点开关，也可以在电容器上串联接入电抗器，以避免电容器的早期损坏。
4、涌流的大小应该限制在100倍额定电流以内。
1、环境要求
存储温度：－40℃～+70℃
工作温度： -10℃～+40℃
湿度要求：最大95%，无凝露
海拔高度：1500m，在1500m-4000m。根据国标GB/T3859.2,每上升100m，功率降低1%。
2、电气性能
工作电压：AC380V（-40%～+20%）
工作频率：50 Hz
频率范围：45～55HZ
电网结构：三相四线
并联台数：不限，单台集中监控模块最多可带八台功率模块
整机效率：>97%
平均无故障时间：10万小时
开关频率：20kHz(平均)
CT范围：150/5～10000/5
3、功能描述
无功补偿范围：目标功率因数容性感性可调
无功补偿率：＞99%
控制算法：FFT
功能选择：补偿无功、补偿无功及不平衡
快速响应时间：<50us
全响应时间：<15ms
4、物理特性
尺寸：
净重：35kg
机身颜色：机架式：全覆铝锌板，不喷涂 /壁挂式：全喷涂RAL7035桔纹
通风量：222L/sec（强制风冷）
噪音：<65dB
通讯接口：RS485，集中监控屏可选配网口与干接点
安装方式：机架/壁挂
进线方式：后进线
防护等级：IP20
5、保护功能
保护功能：过载保护、短路保护、母线过压保护、电源故障保护、保险故障保护、过温保护、频率异常保护、缺相保护等
三、TSVG方案配置
类别 | 型号 | 容量/kvar | 数量/个 |
SVG | FONTU- SVG 30 44L/RE | 30 | 1 |
共补电容 | 60 C 480-3L | 60 | 3 |
共补电容 | 30 C 480-3L | 30 | 1 |
分补电容 | 10*3 C 280-1L | 30 | 2 |
电抗 | 60 R 480-3L-7 | 60 | 3 |
电抗 | 30 R 480-3L-7 | 30 | 1 |
电抗 | 10*3 R 280-1L-7 | 30 | 2 |
晶闸管开关 | 60 TSC-△ | ≤60Kvar | 3 |
晶闸管开关 | 30 TSC-△ | ≤30Kvar | 1 |
晶闸管开关 | 30 TSC-Y | ≤3*10Kvar | 2 |
LC机柜 | 包含机柜内部配电 | 800x1000x2200 | 1 |
控制器 | ICMS1 | 18路投切 | 1 |
类别 | 型号 | 容量/kvar | 数量/个 |
SVG | FONTU- SVG 50 44L/RE | 50 | 1 |
共补电容 | 50 C 480-3L | 50 | 6 |
分补电容 | 8.34*3 C 280-1L | 25 | 2 |
电抗 | 50 R 480-3L-7 | 50 | 6 |
电抗 | 8.34*3 R 280-1L-7 | 25 | 2 |
晶闸管开关 | 60 TSC-△ | ≤60Kvar | 6 |
晶闸管开关 | 30 TSC-Y | ≤3*10Kvar | 2 |
LC机柜 | 包含机柜内部配电 | 800x1000x2200 | 1 |
控制器 | ICMS1 | 18路投切 | 1 |
类别 | 型号 | 容量/kvar | 数量/个 |
SVG | FONTU- SVG 30 44L/RE | 30 | 1 |
共补电容 | 60 C 480-3L | 60 | 8 |
分补电容 | 10*3 C 280-1L | 30 | 3 |
电抗 | 60 R 480-3L-7 | 60 | 8 |
电抗 | 10*3 R 280-1L-7 | 30 | 3 |
晶闸管开关 | 60 TSC-△ | ≤60Kvar | 8 |
晶闸管开关 | 30 TSC-Y | ≤3*10Kvar | 3 |
LC机柜 | 包含机柜内部配电 | 800x1000x2200 | 2 |
控制器 | ICMS1 | 18路投切 | 1 |
选用以下配置或者两套400Kvar配置，详见3.2、400Kvar TSVG配置清单
类别 | 型号 | 容量/kvar | 数量/个 |
SVG | FONTU- SVG 50 44L/RE | 50 | 1 |
共补电容 | 60 C 480-3L | 60 | 12 |
分补电容 | 10*3 C 280-1L | 30 | 1 |
电抗 | 50 R 480-3L-7 | 50 | 12 |
电抗 | 10*3 R 280-1L-7 | 30 | 1 |
晶闸管开关 | 60 TSC-△ | ≤60Kvar | 12 |
晶闸管开关 | 30 TSC-Y | ≤3*10Kvar | 1 |
LC机柜 | 包含机柜内部配电 | 800x1000x2200 | 2 |
控制器 | ICMS1 | 18路投切 | 1 |
1、补偿特性
传统无功补偿方案 | TSVG补偿方案 |
传统无功补偿，采用有级调节，容易出现过补或欠补。
|
TSC进行有级投切补偿 SVG模块进行盲点覆盖，实现无级投切
|
2、补偿效果
图四所示为TSVG的补偿效果图，分析整个补偿过程如下：
1）100～200ms：负载的无功突增，LC来不及动作，SVG会实时响应补偿系统无功；
2）200～500ms：LC反应投入补偿，此时SVG会实时减少补偿容量；
3）900～1000ms：负载的无功突减时，LC来不及切除投入的电容器，SVG会实时发出一个反向补偿的无功，将LC过补的容量补偿掉；
4）1000ms～：LC将多余的补偿容量切除，此时SVG又会实时跟踪系统无功变化，将系统中剩余的无功消除。
可以看出，整个补偿过程LC承载了大部分的补偿任务，SVG主要负责LC投切延时中的快速跟踪和微调作用，二者相互配合，共同满足系统的无功需求，补偿效果十分明显。
图四 TSVG补偿效果图
3、应用灵活
在实际应用中，TSVG的容量配置十分灵活，以300kvar补偿容量为例：
表中可以清晰地看出，当系统需要300kvar的无功容量，TSVG有3种不同的方案可供选择，客户可以根据现场的无功需求和经济适用性的考量自主选择配置方案，灵活多变。
4、经济适用
SVG的一次性投入成本较高，而传统无功补偿装置的价格相对而言比较便宜，二者配合使用，可以在达到预期补偿容量的情况下节省投资成本。
元器件选型环节稳定可靠
关键电子元器件全部选型国际知名品牌
生产环节稳定可靠
方图电气产品生产流程严格导入ISO9000质量管理体系，机器出厂前经过一系列测试检验工序确保机器正常稳定运行。
测试环节稳定可靠
完善的ICT、FVT、Hi-pop、各种功能检测
老化前测试（耐压、绝缘电阻、漏电流测试）
老化测试，12小时
老化后测试，工作性能测试
老化后测试（抗干扰测试、冲击性负载测试
应用环节安全稳定保障
极宽的电压输入范围
额定工作电压为380V，可承受-40%~+20%的电压波动，频率为50/60Hz，可承受+/-5%的频率波动，适应各种不同工况的电能质量环境。同时，如果电压波动超过上下限，机器自动闭锁输出，并发出告警。
负载短路保护
可承受负载短路的冲击，在短路消除后重新启动。
并联独立控制
并联接入电网，不会因机器故障导致电网断路。
过压保护
电网电压超过过电压设定值时，快速逐级切除已投入的电容器，防止过电压击穿电容器。
防止投切震荡
能防止小电流负荷及过压临界值出现的反复投切。
数据保存
系统失电后参数不会丢失，数据永久保存。
监控系统自检及告警
系统具备快速、完全的故障自检功能，包括市电欠压或过压、母线过压或过流、风扇故障、功率器件过温、输入保险丝熔断等各种故障自检，所有故障均可在大监控触摸屏上显示出来，同时机器自动采取相对应的操作保护机器。机器在供电或断电情况下可保存500条故障记录，易于分析原因及排除故障。
