電網(wǎng)側(cè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備的核心是以毫秒級(jí)響應(yīng)速度，通過主動(dòng)注入有功或無(wú)功功率，快速抵消電網(wǎng)電壓波動(dòng)（如暫降、驟升、閃變），維持電壓穩(wěn)定。主流設(shè)備包括動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）、靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），三者針對(duì)不同電網(wǎng)問題（電壓暫降、無(wú)功缺額、波動(dòng)）設(shè)計(jì)，運(yùn)作邏輯各有側(cè)重，但均依賴 “實(shí)時(shí)檢測(cè)→精準(zhǔn)計(jì)算→功率注入→穩(wěn)定電壓” 的閉環(huán)流程。以下分設(shè)備詳解其運(yùn)作原理、結(jié)構(gòu)及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景：

一、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）：專治電壓暫降的 “串聯(lián)補(bǔ)丁”

DVR 是電網(wǎng)側(cè)應(yīng)對(duì)電壓暫降的核心設(shè)備，串聯(lián)在電網(wǎng)與敏感負(fù)荷（如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院）之間，通過注入交流電壓補(bǔ)償暫降差值，快速將電壓恢復(fù)至額定值附近（通常 0.9p.u. 以上），響應(yīng)時(shí)間僅 2~10ms。

1. 核心結(jié)構(gòu)（3 大模塊）

儲(chǔ)能單元：提供補(bǔ)償所需的能量，常見類型包括：

超級(jí)電容（響應(yīng)快，適合短時(shí)暫降，如持續(xù) 10~500ms）；

蓄電池（如鋰電池，適合長(zhǎng)時(shí)暫降，如持續(xù) 1~5min）；

飛輪儲(chǔ)能（壽命長(zhǎng)、無(wú)污染，適合工業(yè)場(chǎng)景）。

電壓源逆變器（VSI）：核心執(zhí)行部件，將儲(chǔ)能單元的直流電（如 300V DC）逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻、同相位的交流電（如 220V/380V AC），通過 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)（開關(guān)頻率 10~20kHz），精準(zhǔn)控制輸出電壓的幅值與相位。

控制系統(tǒng)：含高速電壓傳感器（采樣率≥10kHz）和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓，計(jì)算暫降幅值與相位差，生成逆變器控制指令。

2. 運(yùn)作步驟（暫降場(chǎng)景為例）

以 “電網(wǎng)電壓從 1p.u.（380V）暫降至 0.7p.u.（266V），需恢復(fù)至 0.95p.u.（361V）” 為例：

電壓檢測(cè)（2ms 內(nèi)完成）：電壓傳感器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)電壓，DSP 在 2ms 內(nèi)識(shí)別到電壓跌落至 0.7p.u.，判定為需補(bǔ)償?shù)臅航凳录ㄅ懦矔r(shí)擾動(dòng)）。

補(bǔ)償量計(jì)算（1ms 內(nèi)完成）：控制器計(jì)算需注入的電壓幅值：目標(biāo)電壓（0.95p.u.）- 實(shí)際電網(wǎng)電壓（0.7p.u.）= 0.25p.u.（95V），同時(shí)確保注入電壓與電網(wǎng)電壓同相位（避免產(chǎn)生有功損耗）。

功率注入（逆變器動(dòng)作，3ms 內(nèi)完成）：逆變器接收指令，將儲(chǔ)能單元的直流電逆變?yōu)?95V、50Hz 的交流電，通過串聯(lián)變壓器注入電網(wǎng)（串聯(lián)方式確保注入電壓與電網(wǎng)電壓疊加），此時(shí)用戶側(cè)電壓 = 電網(wǎng)電壓（266V）+ 注入電壓（95V）= 361V（0.95p.u.）。

暫降結(jié)束與退出（平滑過渡）：當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)至 0.9p.u. 以上且持續(xù) 2 個(gè)周波（40ms），控制器逐步降低注入電壓至 0，DVR 退出補(bǔ)償模式，切換至待機(jī)狀態(tài)，避免電壓過沖。

3. 核心特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景

響應(yīng)速度：2~10ms，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)備（如電容器組，秒級(jí)響應(yīng)）；

補(bǔ)償范圍：暫降幅值 10%~50%（0.5~0.9p.u.），持續(xù)時(shí)間 10ms~5min；

典型場(chǎng)景：配電網(wǎng)敏感負(fù)荷集中區(qū)域（如數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體工廠、醫(yī)院 ICU），補(bǔ)償暫降以避免設(shè)備停機(jī)。

二、靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）：維持電壓穩(wěn)定的 “無(wú)功調(diào)節(jié)器”

SVG（又稱 STATCOM 的一種）并聯(lián)在電網(wǎng)中，通過快速輸出或吸收可調(diào)無(wú)功功率，平衡電網(wǎng)無(wú)功缺額 / 過剩，抑制電壓波動(dòng)（如負(fù)荷突增、新能源出力波動(dòng)導(dǎo)致的電壓跌落 / 驟升），響應(yīng)時(shí)間 5~20ms，是當(dāng)前電網(wǎng)側(cè)主流的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。

1. 核心結(jié)構(gòu)（3 大模塊）

直流側(cè)儲(chǔ)能：通常為大容量電解電容或超級(jí)電容，提供穩(wěn)定的直流電壓（如 600V DC），支撐逆變器運(yùn)行。

三相電壓源逆變器（基于 IGBT）：核心部件，通過控制 IGBT 的開關(guān)狀態(tài)，生成與電網(wǎng)同頻、相位可調(diào)的交流電流，實(shí)現(xiàn) “輸出容性無(wú)功（補(bǔ)無(wú)功缺額）” 或 “吸收感性無(wú)功（抑制電壓驟升）”。

控制系統(tǒng)：含電壓 / 電流傳感器、DSP 控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、無(wú)功功率、功率因數(shù)，采用 “電壓閉環(huán)控制” 或 “無(wú)功電流閉環(huán)控制” 策略，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)輸出無(wú)功。

2. 運(yùn)作步驟（負(fù)荷突增導(dǎo)致電壓暫降為例）

某工業(yè)園區(qū)因大型電機(jī)啟動(dòng)（負(fù)荷突增，無(wú)功需求從 1Mvar 增至 3Mvar），電網(wǎng)電壓從 1p.u.（10kV）跌至 0.85p.u.（8.5kV），SVG 運(yùn)作過程：

狀態(tài)檢測(cè)（5ms 內(nèi)完成）：電流傳感器檢測(cè)到無(wú)功電流驟增，電壓傳感器監(jiān)測(cè)到電壓跌落至 0.85p.u.，控制器判定為 “無(wú)功缺額導(dǎo)致的電壓暫降”。

無(wú)功需求計(jì)算（2ms 內(nèi)完成）：控制器根據(jù)電壓偏差（1p.u. - 0.85p.u. = 0.15p.u.）和電網(wǎng)阻抗，計(jì)算需補(bǔ)充的無(wú)功功率：ΔQ = (U 額定 2 - U 實(shí)際 2)/Z 電網(wǎng) ≈ 2Mvar（需輸出 2Mvar 容性無(wú)功）。

無(wú)功注入（10ms 內(nèi)完成）：逆變器控制 IGBT 高頻開關(guān)，生成 2Mvar 的容性無(wú)功電流（與電網(wǎng)電壓同相位），并聯(lián)注入電網(wǎng)。此時(shí)電網(wǎng)無(wú)功功率平衡（負(fù)荷需求 3Mvar = 原有 1Mvar + SVG 補(bǔ)充 2Mvar），電壓逐步回升至 0.98p.u.（9.8kV）。

穩(wěn)定控制（持續(xù)調(diào)整）：電機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)功需求降至 2Mvar，SVG 自動(dòng)減少輸出無(wú)功至 1Mvar，維持電壓穩(wěn)定在 0.99~1.01p.u. 之間，避免電壓過沖。

3. 核心特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)功調(diào)節(jié)范圍：±50Mvar（可根據(jù)需求定制，大型 SVG 可達(dá) ±200Mvar）；

響應(yīng)速度：5~20ms，優(yōu)于傳統(tǒng) SVC（靜止無(wú)功補(bǔ)償器，50~100ms）；

典型場(chǎng)景：新能源并網(wǎng)點(diǎn)（光伏 / 風(fēng)電場(chǎng)，補(bǔ)償出力波動(dòng)導(dǎo)致的無(wú)功變化）、工業(yè)負(fù)荷中心（如鋼廠、電弧爐車間，平衡沖擊負(fù)荷的無(wú)功需求）、高壓配電網(wǎng)（維持電壓合格率）。

三、其他動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備：適用特定場(chǎng)景

除 DVR 和 SVG 外，電網(wǎng)側(cè)還會(huì)根據(jù)需求使用以下設(shè)備，運(yùn)作邏輯各有側(cè)重：

1. 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）

與 SVG 原理類似，本質(zhì)是 “基于電壓源逆變器的同步無(wú)功補(bǔ)償裝置”，但更強(qiáng)調(diào) “與電網(wǎng)同步運(yùn)行”，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行（輸出 / 吸收容性 / 感性無(wú)功），補(bǔ)償精度更高（無(wú)功調(diào)節(jié)步長(zhǎng)≤0.1Mvar），多用于超高壓電網(wǎng)（220kV 及以上）。

2. 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（SMES）

利用超導(dǎo)線圈存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量，響應(yīng)速度極快（≤1ms），可同時(shí)補(bǔ)償有功和無(wú)功功率，適合應(yīng)對(duì) “極短時(shí)暫降（10~50ms）” 或 “高頻電壓波動(dòng)”，但成本較高，目前多用于實(shí)驗(yàn)室或特殊關(guān)鍵場(chǎng)景（如電網(wǎng)黑啟動(dòng)支持）。

3. 傳統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）

由晶閘管控制電抗器（TCR）和固定電容器（FC）組成，通過調(diào)節(jié)電抗器的感性無(wú)功，平衡電網(wǎng)無(wú)功，響應(yīng)時(shí)間 50~100ms，雖慢于 SVG，但成本低、可靠性高，仍用于部分中低壓配電網(wǎng)。

四、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備的共性與關(guān)鍵技術(shù)

共性核心：

均基于電力電子技術(shù)（IGBT、IGCT 等大功率器件），實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)；

依賴 “實(shí)時(shí)檢測(cè)→精準(zhǔn)控制→功率交換” 的閉環(huán)邏輯，控制器多采用 DSP 或 FPGA，確保計(jì)算與控制延遲≤5ms；

目標(biāo)一致：維持電網(wǎng)電壓在額定值的 ±5% 范圍內(nèi)（符合 GB/T 12325-2020 要求）。

關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：

儲(chǔ)能容量：DVR 的儲(chǔ)能單元決定補(bǔ)償持續(xù)時(shí)間（如超級(jí)電容通常支持≤500ms，蓄電池可支持≤5min）；

諧波抑制：逆變器開關(guān)會(huì)產(chǎn)生高頻諧波（如 2~30 次），需加裝濾波器（如 LC 低通濾波器），避免污染電網(wǎng)；

并網(wǎng)同步：需與電網(wǎng)電壓、頻率、相位嚴(yán)格同步，否則可能產(chǎn)生沖擊電流（≤2 倍額定電流），損壞設(shè)備。

總結(jié)

電網(wǎng)側(cè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)作邏輯可概括為 “快速感知、精準(zhǔn)計(jì)算、主動(dòng)補(bǔ)償”：DVR 通過串聯(lián)注入電壓補(bǔ)暫降，SVG 通過并聯(lián)注入無(wú)功穩(wěn)電壓，兩者分別解決 “電壓幅值跌落” 和 “無(wú)功失衡” 問題，共同支撐電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。實(shí)際應(yīng)用中，常將 DVR 與 SVG 配合使用（如敏感負(fù)荷區(qū)域同時(shí)配置），形成 “暫降補(bǔ)償 + 無(wú)功平衡” 的雙重保障，進(jìn)一步提升電網(wǎng)抗擾動(dòng)能力。

審核編輯 黃宇