感性负荷：空调压缩机（功率因数 0.7~0.8）、冰箱（0.6~0.7）等电机类设备，运行时吸收感性无功；

容性负荷：LED 灯具（带电解电容，功率因数 0.9，但产生容性无功）、光伏逆变器（输出有功时可能附带容性无功）；

冲击性无功：电动汽车充电桩在充电初期（功率骤升）会产生短时无功冲击（10ms 内无功波动达 2kvar）。

采用单相 H 桥拓扑（替代高压链式结构），IGBT 选用 650V/50A 等级（适配 220V 电网，耐压裕量 3 倍），通过 PWM 调制输出容性 / 感性无功（补偿范围 - 2kvar~+2kvar，覆盖 90% 家庭需求）。

省去高压隔离环节，直接并联在家庭进线端（配电箱内），体积控制在 30cm×20cm×15cm（相当于 2 个电表大小）。

感知层：采用低成本电压互感器（误差≤1%）和分流器（测量电流 0~100A），采样频率 1kHz（满足家用设备响应需求），通过边缘计算模块（如 ESP32 芯片）实时计算无功功率（Q = U×I×sinφ）。

控制算法：简化高压 SVG 的复杂模型，采用 “电压 - 无功单环 PI 控制”（响应时间≤10ms），当检测到功率因数＜0.9 或电压偏差＞5% 时，立即输出补偿无功（如感性负荷为主时输出容性无功，抵消 sinφ 分量）。

户用光伏消纳：光伏出力随光照变化（如中午 12 点出力 5kW，傍晚降至 0），其逆变器的无功调节能力有限（通常仅 ±10% 额定功率）。补偿装置可跟踪光伏出力波动，当光伏输出有功 P=3kW、无功 Q=-0.5kvar（容性）时，输出 + 0.5kvar 感性无功，维持家庭总无功平衡（Q_total≈0），避免向电网倒送无功（电网通常要求用户侧功率因数≥0.9）。

储能系统联动：与家庭储能电池（如 5kWh 锂电池）配合，当储能充电时（吸收有功），补偿装置同步输出容性无功抵消充电产生的感性无功；放电时则反向调节，确保充电 / 放电全过程功率因数≥0.95。

电动汽车充电：7kW 充电桩在启动瞬间，无功需求可达 3kvar（功率因数 0.75），补偿装置在 10ms 内输出 3kvar 容性无功，将功率因数提升至 0.98，降低进线电流（从 32A 降至 27A），避免空开跳闸（家庭空开通常为 40A）。

家电集群运行：冬季同时运行热泵（3kW）、电暖气（2kW）、充电桩（7kW）时，总无功需求约 5kvar，补偿装置输出 5kvar 容性无功，使进线电流从 45A（无补偿）降至 38A（有补偿），减少线路损耗（P 损 = I²R，降低 30%）。

需求响应：通过电力线载波（PLC）或 4G 模块接收电网指令，在电网负荷高峰时段（如 18:00-20:00）主动输出容性无功（提升区域电网功率因数），获得电价补贴（如每 kvar・h 奖励 0.1 元）。

设备保护：稳定电压至 220V±5%，避免电压过低导致电机类设备（如空调压缩机）过热（电压每降低 10%，电机电流增加 12%，损耗增加 25%），延长家电寿命（预计提升 10%~15%）。

成本控制：当前原型机成本约 500 元（高压 SVG 的 1/20），需通过批量生产降至 200 元以内（用户可接受范围）；

可靠性：家庭环境存在温湿度波动（-10℃~40℃，湿度 85%），需优化 IGBT 散热（采用自然风冷 + 导热硅胶），确保无故障运行时间≥5 年。

AI 自适应学习：通过记录家庭用电习惯（如工作日 18:00 启动充电桩），提前 1 分钟预补偿（基于历史数据预测无功需求），将响应时间从 10ms 降至 5ms；

多户协同补偿：社区级集中补偿装置（容量 50kvar）与户内装置联动，当某户补偿能力不足时，社区装置补充调节，适应高功率集群场景（如多个家庭同时充电）。