王卫安， 桂卫华， 张定华， 阳春华， 黄艳燕

(1.中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410083;2.南车株洲电力机车研究所，株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，湖南株洲 412001)

电能质量混杂补偿控制及其在企业配网的应用

王卫安1，2， 桂卫华1， 张定华1，2， 阳春华1， 黄艳燕2

(1.中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410083;2.南车株洲电力机车研究所，株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，湖南株洲 412001)

为实现对配网电能质量全面治理并实现综合电气节能，结合有源和无源各自优势，提出多种补偿方式相结合的低成本混杂动态补偿方案。利用有源的快响应和可控性来抑制电压闪变、谐波;利用无源大容量实现低成本大容量分级补偿。结合某配网实况，以分层无功平衡为指导，针对不同负载的实际需要，对晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、链式静止无功发生器、多重化静止无功发生器进行有机组合和配置，并提出基于专家规则的静止无功发生器与晶闸管投切电容器协同控制，以解决两者由于补偿速度不一致而导致的在无功补偿时的冲突问题;提出基于分时段变频的多重化静止无功发生器控制策略，以充分利用有源容量，提高对谐波的抑制效果;并研制了能满足各种控制功能的控制平台。系统投入后的各项电能质量指标有了明显改善，电气节能率达36.8%。

电能质量;企业配网;混杂补偿;无功功率;谐波抑制;静止无功补偿器;静止无功发生器

0 引言

电能质量的好坏直接关系到电力系统稳定、设备安全和经济用电，随着新型电力负荷的出现及设备对电能质量的要求不断增加，电能质量问题已经成为国际供电界关注的首要技术问题。针对企业而言，改善电能质量对于诘缤的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义［1－2］。而无功和谐波是当代电能质量的核心问题，目前，主要治理的产品有固定电容补偿器［3］(fixed capacitor，FC)、晶闸管投切电容器［4］(thyristor switch capacitor，TSC)、晶闸管控制电抗器［5］(thyristor control reactance，TCR)、静止无功发生器［6］(static var generator，SVG)、有源电力滤波器［7］(active power filter，APF)。对于无功治理而言，SVG的响应速度快，补偿的效果好，但由于器件本身和造价的限制，容量受限;TSC补偿容量大且无谐波，从性价比来说只适合于中低压系统;TCR虽不受电压和容量限制，但会产生谐波，须与电容配合使用。对于谐波治理而言，FC只能滤除某些次谐波，且易产生谐振;APF为最佳产品，但只适合在低压侧进行补偿。因此这些产品在补偿效果、价格等各有优劣，而目前应用大多采用单一技术，使用也还停留在对某一个负载或者某一条线上，未从企业配电网出发进行全局无功和谐波治理，治理及节能效果不理想［8－9］。若对负载进行逐一补偿，则保养繁琐。如何利用现有产品，选择合适的补偿点和容量，提高系统各层级电能质量，在满足各种约束条件下减少损耗成了需解决的问题［10－12］。

针对上述问题，以35 kV及以下网络为对象，在无功优化需分层、分区、就地平衡为原则，结合各种补偿装置的性能、价格，研发基于多种补偿装置相结合的混杂式动态无功和谐波治理系统，充分利用有源的快速响应和无源的廉价大容量实现一个低成本高性能补偿。系统应用在一个包含有35 kV、10 kV、400 V 3个电压等级的配电网，根据负载特性，高压侧采用TCR、FC、SVG，而低压侧采用SVG、TSC、APF相结合的系统补偿方案。为了解决SVG和TSC在并联无功补偿时的冲突，提出一种基于专家规则的解耦控制策略;为提高SVG的谐波抑制效果，提出载波变频控制策略。结合实际对补偿结构、控制方法和补偿效果做了详细论述。

1 补偿系统结构与原理

1.1 配电系统及负荷简介

某加工厂由110 kV给2台30 MVA变压器供电，如图1所示，接线方式为 YNynOd11，变比为110 kV/35 kV/10 kV，容量30 000 kVA/30 000 kVA/15 000 kVA。其中35kV向4台整流变压器供电，总容量为30 000 kVA;10 kV分别给2台容量为6 300 kVA的25吨的交流电弧炉和容量为3 200 kVA的精炼炉供电，同时还给总功率为3 000 kW的同步电机供电;10 kV母线同时还给低压动力和生活用电变压器供电，其动力负载为氩弧焊机、车床、电机等，功率约为5 000 kW;生活用电由安装在室外的5台厢式变压器，每台负载功率约为2 000～3 000 kW。

图1 厂区供电及补偿示意图Fig.1 Schematic diagram of power supply and compensation

1.2 混杂补偿系统结构

系统原有补偿为35 kV和10 kV使用FC补偿，补偿只对改善功率因数有一定作用，而对电压波动、闪变、谐波等治理作用甚微。要彻底改善电能质量的方法有两种，其一是增大系统容量，包括各级变压器的容量，但这只是因为增大容量而让其影响不明显，是治标的方法，且这涉及输电改造而难以实现。另一种治本的方法是利用电力电子技术就地提供所需的功率支撑和吞吐谐波电流从而限制无功功率、谐波电流等注入电网［8］。从成本出发难实现对每个负载的就地补偿，但按照分层集中补偿的原则，对每个变压器的出线端进行集中治理，可解决各电压等级之间的无功和谐波互相渗透，从而改善整个配网的电能质量，提高各变压器的利用率。

根据各负载和治理装置的特性，结合实际测量数据，确定以图1中A、B、C、D为补偿点。其中D处的生活变压器采用箱变内多组低压TSC补偿，自动分级补偿的同时兼作3次滤波支路;C点为低压动力变压器，主要负载为焊机，属于瞬变、多谐波、补偿容量较大，且还要补偿整个10 kV系统的谐波，故使用多重化 SVG＆FC直接并联，以降低有源容量，节约成本。其中C点变压器为/变压器，兼作耦合变压器，而FC也兼作3次滤波支路;B处为10 kV电弧炉所在母线，由于需要抑制闪变，补偿容量大，只有链式10 kV直挂SVG才能满足补偿速度，但考虑电弧炉每天都只工作8小时，不同的冶炼阶段对无功需求存在巨大差异，为了减少运行损耗和节省有源部分容量，将其与多组TSC＆FC相结合，其中FC兼作2次滤波支路，两条TSC支路兼作3次和5次滤波器。A处为35 kV母线，其负荷为6和12脉波整流负荷，故装设TCR+FC型SVC，将FC兼作3、5、7、11 次滤波器。

2 混杂补偿系统控制

在图1所述的混杂补偿系统中，A点与其他补偿点之间关联少，因为只要不存在大量无功引起110 kV的电压变化即不会对B、C、D点的电能质量造成影响。同样，C点和D点也处于并列关系，而D点补偿量少，其投切不足以对10 kV电压造成影响。虽然D和B点属于上下级，但由于D点的补偿装置分成了多级补偿，补偿精确度较高，不会出现过大的无功过补或欠补，影响较少。同样C与B点也是从属关系，但由于C点也是快速有源补偿，不会存在过补或欠补。因此在无功补偿上各补偿点都也没有耦合关系，各自独立控制即可。对于谐波补偿而言各组TSC的投切影响整个谐波分布，在C点处的SVG需兼有APF的功能，不仅要滤除低压动力线的谐波，还要配合TSC和FC滤除10 kV的主要次谐波。由于TCR、SVG、TSC的控制成熟，本章只介绍SVG＆TSC的协同控制、SVG＆FC分时变频无功及谐波优化控制及通用控制器的设计。

2.1 基于专家规则SVG＆TSC协同控制

2.1.1 补偿原理

由于SVG能在容性、感性范围内快速连续可调，TSC属于分级可调，而负载均为感性，通过对两者容量的合理分配，可实现较大范围内的容性连续输出。基本原理是:分级TSC对无功进行粗调后使得补偿后的无功在SVG的调控范围内，再由SVG来补偿剩下的或者过补的无功功率，从而实现低成本无功连续可调。

2.1.2 基于专家规则的协同控制

由于TSC使用过零投切，其接收命令后在AB线电压过零点时投入A、B相支路，而在延时1/4周期后投入 C相，其投入过程如图2所示。图中UTAB、ITSCA、ITSCC分别代表 TSC检测的AB线电压的同步电压、TSC的A相电流和C相电流。在图2(a)中可看出，TSC的A相和B相阀组先投入形成回路，此时A相和B相TSC的电流相等，为超前同步电压π/2，电流冲击小;在图2(b)可知，C相在AB电压峰值投入涌流少。

图2 TSC投入过程Fig.2 The devotion process of TSC

因此要全部投入TSC的执行周期大于5 ms，即TSC的投入是要一定的延时。SVG是要补偿TSC补偿后的无功功率，而SVG的响应时间快，防止其率先响应而进入极限输出状态，而TSC没有投入或者TSC反复投切，导致小容量SVG没有充足的无功储备，这不利于闪变治理。根据实际允许电压波动范围、目标功率因数，结合母线的无功电流及SVG电流，得出了如下专家推理的初期经验规则，以控制TSC的投切:

其中 Ub、Ub－ref、Ub－max、Ub－min、Ib－q、Ib－SVG、ISVG－Cmax、ISVG－Lmax、cos、k分别为出线电压的实际有效值、参考值、允许最大值、允许最小值、无功电流值、SVG发出的电流值、SVG能发出的容性电流最大值、SVG能发出的感性电流最大值、母线功率因数、投入的TSC 组数;p 为目标功率因数;而 k1、k2、k3、k4、k5、k6分别为经验系数，根据每组TSC和SVG的容量比例确定。由于每个支路兼顾不同次滤波器，投切时需按照后投先切的顺序。

2.2 分时变频多重化SVG＆FC综合控制

2.2.1 补偿原理

根据本企业的工作规律，10 kV电弧炉负载、低压动力和生活照明负载的工作时间是错开的，其中10 kV负荷主要集中在23点～8点之间，而低压动力线集中在8点～18点，同时生活照明主要集中在18点～23点。因此低压动力线的补偿装置可根据要补偿的无功功率和谐波的大小、次数高低，采用分时段变开关频率调制方式，充分利用有源容量，以同时满足10 kV谐波治理和低压动力线无功补偿的目标，其中开关频率的改变通过改变载波(三角波)的频率来实现。即在18点～8点之间，由于本线路负载轻，以配合其余补偿设备，以补偿10 kV的谐波为主，兼顾本线路的少量无功功率，此时要求开关频率高而补偿容量少;而在8点～18点之间，由于其他线路轻载，以补偿本支路的无功，并兼顾本支路的谐波补偿为目标，此时由于补偿容量大要求降低开关频率。考虑到无功补偿量和本线路3次谐波较大，采用了多重化SVG＆FC相结合的方案，其中FC做固定容性补偿兼做3次滤波器。

在补偿谐波时，为了防止有源和无源的耦合，采用分频补偿，即有源不补偿此时线路有相应滤波支路的谐波。综合考虑本系统，由于2次、3次滤波支路有固定补偿，不需要有源治理，5次需要配合TSC5进行可选择治理，5次以上需有源治理。

2.2.2 基于dq变换的电流跟踪补偿控制

dq变换是将基波电压、电流变换成d轴和q轴上的直流分量，对该直流分量进行dq变换反变换又可以得到相应的三相分量。因此dq变换具有降次作用，这可以推广至N次谐波。即将对N次谐波电流经过dq变换后将其变成直流分量，再经过其反变换可以得到第N次谐波电流。将这种变换矩阵定义为GdqN，其值为对电压N倍频后所得的正弦和余弦信号，结合三相变两相的矩阵C32组成的矩阵为

其中 N=0，1，…n，m，G'dqN定义为 GdqN的反变换矩阵，其±符号根据谐波属性是正序还是负序确定。本文根据低压动力线的特征，需要有源补偿的本线路无功电流、主要次谐波(5、7、9)和10 kV侧的主要次谐波(5、7、9、11、13)，其中 5 次在 TSC5 没投时需补偿。因此需要补偿的电流有三部分:

1)400 V动力线的无功电流:经过对负载电流和本支路FC进行检测计算后得到要补偿的目标电流，由于受实际调制比的影响，对此电流经过一个比例调节，以调节逆变器发出电流和需要补偿电流的差值。然后对三相电流配合锁相进行GdqN(N=0)变换将基波分解为有功、无功2个直流分量i1c－p、i1c－q，经低通滤波后留下无功电流的直流分量 ic－q。结合对直流电压的PI调节计算所补偿的有功电流ic－d，经过 PI调节转换成 dq 坐标的两个电压 ed、eq，再经过G'dqN(N=0)变换得出逆变器需发出的电压。

2)400 V动力线的谐波电流:将同步电压n倍频后，结合对要补偿电流进行GdqN(N=n)变换，可将n次谐波变换成直流有功谐波、直流无功谐波icn－p、icn－q，分别对其低通滤波后，得到其直流分量ic－dn、ic－qn，将其进行 PI 调节得到 edn、eqn，再经过G'dqN(N=n)变换得出补偿n次谐波所需要逆变器发出的电压。根据负载特征，此处n取5次、7次和9次。

3)10 kV母线的谐波电流:将检测到的10 kV母线电流换算到400 V侧，对其进行PI调节后，结合同步电压m倍频后的锁相得到的正余弦值，将m次谐波其换算到GdqN(N=m)坐标的直流有功谐波、直流无功谐波 icm－p、icm－q，分别对其低通滤波后，得到其直流分量 ic－dm、ic－qm，将其 PI调节后得 edm、eqm，再经过m次G'dqN(N=m)变换得出补偿m次谐波所需要逆变器发出的电压。根据10 kV的负载测试，m 取7、9、11、和13。其中5次在TSC5投入时不补偿。

根据以上要求，整个控制流程如图3所示，其中图中 ea、eb、ec、ic－a、ic－b、ic－c分别为低压动力线 C 点处的三相电压和三相电流;iB－a、iB－b、iB－c分别为10 kV母线B点处的三相电流;Ud分别为SVG直流侧电压及其参考电压;n、m为C点和B点需补偿的谐波次数变量。Uc－af、Uc－bf、Uc－cf分别补偿基波无功及直流侧有功所需要逆变器输出三相电压;Ucn－af、Ucn－bf、Ucn－cf为补偿 C 点的 n 次谐波所需要逆变器发出的三相电压;而 Ucm－af、Ucm－bf、Ucm－cf为补偿B点m次谐波需要逆变器发出的三相电压，Uaf、Ubf、Ucf为整个补偿的三相电压之和。C32为三相到两相变化矩阵矩阵，C0、Cn、Cm为倍频后通过锁相环得到与ea同相位的正弦信号和余弦信号而组成的三角变换矩阵，其与 C32相乘得到 GdqN。而、、分别为对应 C、C、C、C的反230nm变换矩阵。

2.2.3 基于规则的载波变频策略

由于多重化SVG是补偿TSC补偿后的无功功率，因此大多数时候没在满负荷运行，有时甚至空载。因此，此时SVG可以提高开关频率，充分利用有源容量，提高谐波的输出能力。但由于开关器件受散热等限制，提高开关频率与提高输出电流互相矛盾，因此提出可根据需要补偿的无功功率的量来改变载波频率以改变开关器件的工作频率。而SVG要发出的无功功率2.2.2节中第1)点可知，即图3中的ic－q，因此可根据其值实时改变开关频率，并改变过流保护值。其中，频率变化是通过改变载波频率来实现，其大小需结合器件特性和所需容量决定。因此可根据这些情况制定相应规则施行分段变频。如当使用IGBTKiip2043模块时，设需补偿的无功电流在dq坐标的值为ic－q，开关频率为f，允许逆变输出最大保护电流瞬时值为imax，则可制定如下初期规则:

图3 基于dq变换的SVG控制原理图Fig.3 Control block diagram of the SVG based on dq transformation

图4为运行过程中捕捉的SVG输出波形，其中通道①为第一重输出的AB线PWM电压UPAB，通道②为经过电抗输出的线电压UAB;通道③在图4(a)中为补偿器输出的C相电流IC的反向值，而在图4(b)中为补偿器输出的B相电流IB;通道④为补偿器输出的A相电流IA;M通道为通道4的频谱分析图。

由图4(a)可知，此时以补偿无功为主，各相输出的电流大小相等、相位对称、谐波含量少;由图4(b)可知，此时不仅发出基波无功电流还发出不同含量的谐波电流。

2.3 通用控制器设计

为了满足TSC、TCR、APF、SVG对控制的不同要求，缩短开发时间，实现控制平台硬件的通用化和软件的模块化，开发了基于双DSP2812与双FPGA相结合为控制板的通用变流器控制平台，采用10层板布线，其架构如图5所示。其中DSP1主要与外界的通讯，配备了RS485、CAN、USB、Ethernet;FPGA1完成逻辑控制等工作，即对 DSP1、2和 FPGA2和DRAM等进行管理;DSP2和FPGA2可以根据需要分工实现控制和保护功能，其中FPGA2配备一对光纤和一个与PLC通讯口，以控制水冷系统。除主控板外，整个控制系统还包括电源板、AD板、IO板、光纤发送板和光纤接收板，其中AD板可以采集30个通道的传感器或互感器信号，IO板可以接收16路输入和输出信号，光纤发送板可以发送64路独立脉冲，光纤发送板可以接收84路回报。因此，本控制器可以通过不同的软件分工和有机组合实现对TSC、TCR、APF、SVG等通用变流器的控制。

图4 SVG补偿波形Fig.4 Compensation waveforms of SVG

1)用作SVC控制

包括TSC和TCR，由DSP2进行AD采集，并完成触发控制及其电能质量分析计算，FPGA2完成脉冲的产生和回报的读取;DSP1通过DRAM与DSP1通讯，将相关信息量通过通讯反馈给监控系统。

2)用作多重化SVG/APF控制

由DSP2进行AD采集，并完成各重参考电压的计算，通过总线将计算的瞬时值传给FPGA2，FPGA2根据接收的参考数据和三角波比较后产生响应的触发脉冲。同时FPGA2还完成相应的保护功能;DSP1通过DRAM与DSP2通讯，将相关信息量通过通讯反馈给监控系统。

3)用作链式SVG控制

由DSP2进行AD采集，计算出母线需要补偿的无功电流等量，并接收FPGA2通过光纤与高压侧每个模块的控制器进行高速串行通讯得到的直流电压，计算出补偿器所要输出的电压的幅值和相角并送给FPGA2。FPGA2根据接收的幅值和相角产生多路带死区和移相的PWM信号。同时FPGA2还完成相应的保护功能;DSP1通过DRAM与DSP2、FPGA2通讯，将相关信息量通过通讯反馈给监控系统。

图5 基于DSP和FPGA控制器框图Fig.5 Block diagram of the controller based on DSP and FPGA

3 工程应用效果

3.1 综合补偿装置的参数

结合实际测量结果和对现有设备的考虑，通过仿真对比研究，按照图1所示设置，确定混合补偿装置各的参数为:

1)10 kV链式SVG及TSC:装置的补偿容量为9.63MVar，其 中 SVG 为 3.46MVar，2次 FC 为1.04MVar，TSC3 为 2.59MVar，TSC5 为 2.54MVar。其中SVG每相由11个1 700V的H桥单元级联而成;而其中2次电流较少，做成柜式与SVG柜并列共用断路。而TSC3和TSC5是对原有FC支路进行改造而成。

2)400 V低压TSC:为了提高补偿精确度，补偿共分为5个支路。其中有2个的容量是另外3个的2倍，为7级补偿，总共的补偿容量为150kVar。可根据功率因数和不对称程度采用多个并联组成更多级的补偿，本项目的4个箱变中分别采用了1个、2个、2个和4个并联运行。

3)35 kV直挂SVC:为了满足容量要求，将原有FC支路的3次支路进行改造，总的容量增大至12MVar，其中 TCR支路中相控电抗465.2 mH，控制角度范围为115～170°，额定基波电流为120 A，为以后扩容留有裕量;整个TCR控制阀分为6个组，每相间阀由2组24组TEGKP8300/65晶闸管反并联后串联构成;与晶闸管匹配的阻容参数分别为200 Ω，0.5 μF;散热方式为铝型材自然冷却。

4)400 V多重化SVG及FC:为了满足线路平均无功1.3MVar和谐波治理的要求，将SVG采用4重化结构，每重400kVar，额定电流600 A。与原有的补偿容量为100kVar兼做3次滤波器的FC支路并联。器件为 IPM模块 IGBTKiip2043，直流侧电压1 050 V，连接电抗0.25 mH。器件根据补偿无功和谐波的量其开关频率在1～3 kHz变化，各重采用错位90°SPWM调制。

3.2 应用效果分析

为了验证系统的补偿效果，对混合装置投入运行后的图中A～D各点的电能质量进行了24 H的对比测试。测试表明，各补偿点的电能质量都有明显改善，而且电能损耗也有较大降低。限于篇幅，本文列出110 kV和10 kV母线对比统计指标。其中110 kV采用瑞士Unipower Unilyzer 900F测试，由于两台主变压器并联运行，由于负载相同，测试时只测试单台变压器的运行数据，有关电压的数据是实际电网电压数据，电流数据是在测量数据上乘以2所得到。10 kV使用美国电力士公司的PV440测试，部分统计数据如表1～表4所示，由此可以看出:

1)110 kV侧补偿前电压偏差、谐波电压、谐波电流、长闪值均没有超过国标，只有短闪值在测试期间有超过国标值。补偿后短闪值的最大值由1.16下降到0.46，满足国标，同时其他各项指标都有明显改善，如表1和2所示。这说明本配电网对自身电能质量问题进行了就地补偿，没有对外网的电能质量产生影响。同时由于平均功率因数从0.782提高到 0.983，有功出力明显增加，视在功率由26.94MVA减少到19.69MVA，在提高变压器利用率的同时使得月平均电费支出节约63万元，节能率为36.8%。

2)10 kV侧补偿前电压偏差、谐波电压和电流、长闪值、短闪值、三相不平衡度等在测试期间内都超过了国标允许值。补偿后的闪变、电压偏差、三相不平衡度、谐波都有了明显改变，满足国标要求，如表3和4所示。其中短闪值最大值由原来的4.83降低到0.86，长闪值最大值由原来的3.17降低到0.44;电压偏差由原来的11.03%降低到2.28%;三相不平衡度由原来的2.61%降低到0.78%;功率因数由0.88提高到0.96。

?

?

4 结语

根据分层、分区、就地平衡的原则，本文结合企业配网负载实况，在不降低补偿效果而要求价格低廉约束下，研发并应用了有源和无源相结合的混杂补偿装置。利用专家规则实现了SVG与TSC的协同控制，解决了2个因响应速度不一致导致的耦合;提出的多重化SVG的分时段分频控制，充分利用了SVG容量，提高了对谐波的抑制效果;结合多种补偿装置的需求开发了基于双DSP与双FPGA的通用变流器控制平台。整套系统具有容量大、成本低、响应速度快等优点，应用效果表明显著改善了企业配电网内的各处的电能质量，并实现了配网低成本高效率全方位的电气节能。该方法可根据其他配网负载实况，可选择全部或部分直接进行应用。

［1］ DOMIJIAN A，MONTENEGRO A，KERI A J F.Simulation study of the world’s first distributed premium power quality park［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2005，20(2):1483－1492.

［2］ 陈建业.工业企业电能质量控制［M］.北京:机械工业出版社，2008:213－223.

［3］ 赵贺，林海雪.单调谐滤波电容器参数选择的工程方法［J］.电网技术，2006，30(20):52 －55.

ZHAO He，LIN Haixue.Engineering method to select parameters of single-tuned filter capacitor［J］.Power System Technology，2006，30(20):52 －55.

［4］ 巩庆.晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用［J］.电网技术，2005，31(2):118 －122.

GONG Qing.Thyristor switched capacitor dynamic var compensation technology ant its application［J］.Power System Technology，2005，31(2):118－122.

［5］ 张定华，桂卫华，王卫安，等.混合动态无功补偿装置及其应用研究［J］.电机与控制学报，2010，14(2):71 －79.

ZHANG Dinghua，GUI Weihua，WANG Weian，et al.Mixed dynamic reactive power compensation equipment and its application［J］.Electric Machines and Control，2010，14(2):71 －79.

［6］ 段大鹏，孙玉坤，潘春伟.基于三相VSI的STATCOM动态建模与仿真研究［J］.高电压技术，2006，32(6):84 －87.

DUAN Dapeng，SUN Yukun，PAN Chunwei.Dynamic modeling and simulation of three-phase VSI-based STATCOM［J］.High Voltage Engineering，2006，32(6):84 －87.

［7］ 鞠建永，陈敏，徐君，等.并联有源电力滤波器交流侧输出滤波器设计［J］.电机与控制学报，2010，14(10):15 －20.

JU Jianyong，CHEN Min，XU Jun，et al.The AC side output filter design of shunt active power filter［J］.Electric Machines and Control，2010，14(10):15 －20.

［8］ 张定华，桂卫华，王卫安，等.大型电弧炉无功补偿与谐波抑制的综合补偿系统［J］.电网技术，2008，32(12):23 －29.

ZHANG Dinghua，GUI Weihua，WANG Weian，et al.Comprehensive compensation system combining reactive power compensation and harmonic suppression for large-scale electric arc－furnace［J］.Power System Technology，2008，32(12):23 －29.

［9］ 许树楷，宋强，刘文华，等.配电系统大功率交流电弧炉电能质量问题及方案治理研究［J］.中国电机工程学报，2007，27(19):93－98.

XU Shukai，SONG Qiang，LIU Wenhua，et al.Research on the power quality problems and compensation scheme for electric arc furnace in distribution supply system［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27(19):93 －98.

［10］ 钱峰，郑健超，汤广福，等.利用经济压差确定动态无功补偿容量的方法［J］.中国电机工程学报，2009，29(1):1 －6.

QIAN Feng，ZHENG Jianchao，TANG Guangfu，et al.New approach to determine capacity of dynamic reactive power compensation using economic voltage difference［J］.Proceedings of the CSEE，2009，29(1):1－6.

［11］ 吴文传，张伯明.能量损耗最小的无功补偿动态优化算法研究［J］.中国电机工程学报，2004，24(4):68 －73.

WU Wenchuan，ZHANG Boming.Study on the algorithm of dynamic reactive power optimization for minimal energy loss［J］.Proceedings of the CSEE，2004，24(4):68 －73.

［12］ 周任军，段献忠，周晖.计及调控成本和次数的配电网无功优化策略［J］.中国电机工程学报，2005，25(9):23 －28.

ZHOU Renjun，DUAN Xianzhong，ZHOU Hui.A strategy of reactive power optimization for distribution system considering control action cost and times［J］.Proceedings of the CSEE，2005，25(9):23－28.

(编辑:张诗阁)

Mixed dynamic power quality compensation control and its application on industrial power distribution network

WANG Wei-an1，2，GUI Wei-hua1，ZHANG Ding-hua1，2，YANG Chun-hua1，HUANG Yan-yan2
(1.College of Information Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，China;2.CSR Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute，Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China)

In order to improve the power quality of distribution network and realize power energy saving，integrating the predominance of active and passive compensators，a new low-cost high-efficiency and dynamic mixed compensation system is proposed.The active part was used to suppress flicker and harmonic based on the characters of fast and controllable，and the passive part was used to realize large capacity and low-cost step compensation.According to the rule of reactive power should balanced in every voltage rank，thyristor control reactance(TCR)，thyristor switched capacitor(TSC)，chain link static var generator(CLSVG)and mulriple static var generator(MSVG)were applied to different sites for different loads in a melt factory.A decision has been proposed to control the constitution of SVG and TSC to solve the question of reactive power compensation conflict，and a new method based on different frequency on different period was applied to control MSVG to improve the harmonic suppress effect.A universal converter controller was developed to satisfy the different control functions.All of power indexes were improved，and the electric power energy saving rate is 36.8%after the proposed system was put into operation.

power quality;enterprise power distribution network;mixed compensation;reactive power;harmonic suppression;static var compensator;static var generator

TM 761

A

1007－449X(2011)05－0049－08

2010－05－16

国家科技支撑计划(2007BAA12B03);国家自然科学基金(60634020)

王卫安(1975—)，男，博士研究生，高级工程师，研究方向为大功率电力电子应用技术;

桂卫华(1950—)，男，教授，博士生导师，研究方向为大系统理论及优化控制;

张定华(1979—)，男，博士研究生，工程师，研究方向为电能质量及优化控制;

阳春华(1965—)，女，博士，教授，博士生导师，研究方向为计算机控制及智能控制;

黄艳燕(1975—)，女，博士，高级工程师，研究方向为高电压技术及电能质量。