电压(U)与电流(I):通过霍尔电压传感器(误差≤0.2%)和罗氏线圈电流传感器(带宽 DC~1MHz)采集三相瞬时值,计算基波有功功率(P)、无功功率(Q)、功率因数(cosφ)及谐波含量(THD)。
关键公式:Q = U₁I₁sinφ(基波无功),其中 φ 为电压与电流的相位差,sinφ 的符号决定无功性质(感性为正,容性为负)。
电压变化率(du/dt)与电流变化率(di/dt):通过微分算法从 U、I 瞬时值中提取(采样频率≥10kHz),预判电压波动趋势(如 du/dt>50V/ms 时,预示电压将快速上升)。
硬件滤波:传感器输出端串联 RC 低通滤波器(截止频率 10kHz),滤除高频噪声(如开关器件产生的 20kHz 以上谐波);采用屏蔽双绞线传输信号,降低电磁耦合干扰(EMC 等级≥IEC 61000-4-3 Level 3)。
数据校验:通过 “双 AD 冗余采样”(两个独立 AD 芯片同步采集同一信号),当两组数据偏差>0.5% 时触发异常告警,避免错误数据进入决策环节。
当线路为感性(X>>R,如高压输电线路),K ≈ X/S_B(S_B 为系统基准容量),即每补偿 1Mvar 无功,电压变化约为 X/S_B × 100% U_N。
装置通过实时计算 K 值(每 1ms 更新一次),将电压偏差 ΔU 直接转换为需补偿的无功量 ΔQ_target = ΔU / K。
比例 - 积分(PI)控制:基础调节算法,根据 ΔQ = K_p×ΔU + K_i∫ΔUdt(K_p 为比例系数,K_i 为积分系数)计算输出,确保稳态误差≤±2%。
前馈补偿:针对可预测的无功波动(如风机因风速变化产生的周期性无功变化),通过历史数据训练的LSTM 神经网络预判 100ms 后的无功需求,提前输出补偿量(ΔQ_feedforward),与 PI 输出叠加(ΔQ_total = ΔQ_PI + ΔQ_feedforward),使调节滞后从 50ms 降至 20ms 以内。
限幅保护:当计算出的 ΔQ_total 超出装置额定容量(±100% Q_N)时,自动限幅至 ±95% Q_N,避免过负荷损坏功率模块。
输出容性无功:控制 IGBT 开关状态,使 SVG 输出电流超前电压 90°,等效为 “电容” 向电网注入容性无功。
输出感性无功:使输出电流滞后电压 90°,等效为 “电感” 从电网吸收感性无功。
无功调节的本质是通过PWM(脉冲宽度调制) 改变输出电流的相位与幅值,调制频率≥10kHz,确保电流波形畸变率 THD≤3%。
载波同步:以电网电压过零点为基准(通过锁相环 PLL 同步,相位误差≤0.5°),确保 PWM 脉冲与电网频率(50Hz±0.5Hz)严格同步,避免产生额外谐波。
死区补偿:IGBT 上下桥臂切换时设置 2μs 死区(防止直通短路),通过算法预判死区导致的电流偏差,提前调整 PWM 占空比(补偿量 ΔD = 2μs×f_carrier,f_carrier 为载波频率),确保实际输出电流与指令偏差≤1%。
故障快速关断:当检测到过流(>1.5 倍额定电流)或 IGBT 结温过高(>150℃)时,通过硬件保护电路(响应时间≤1μs)直接封锁 PWM 脉冲,同时触发软关断(逐步降低无功输出至 0,避免电压冲击)。
执行层输出无功后,感知层在 10μs 内采集实际补偿电流 I_comp;
计算实际补偿无功 Q_actual = √3×U×I_comp×sinφ(φ 为补偿电流与电压的相位差);
决策层将 Q_actual 与指令值 Q_target 对比,若偏差>5%,立即修正 PI 参数(动态调整 K_p、K_i),确保下一个控制周期(100μs)内误差收敛。
电网短路故障:当并网点电压骤降>30%(如发生三相短路),装置自动切换至 “低电压穿越(LVRT)模式”,根据电压跌落深度输出额定电流 1.5 倍的感性无功(持续 100ms),支撑电网电压恢复(符合 GB/T 36995-2018 标准)。
谐波污染环境:通过快速傅里叶变换(FFT) 分离基波与谐波分量(每 200μs 完成一次频谱分析),基波分量用于无功调节,谐波分量(尤其是 5 次、7 次)通过独立的谐波补偿通道输出反向电流抵消,确保总补偿电流中谐波占比≤5%。
感知层解决 “状态精准测”,依赖高频抗干扰采集;
决策层解决 “补偿多少量”,依赖动态算法与预判模型;
执行层解决 “如何精准送”,依赖 PWM 调制与快速保护。