韓前前，戴 珂，陳新文，劉浩田，戴子薇

（1.華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，長(zhǎng)沙410004）

單相Buck型動(dòng)態(tài)電容器無(wú)功補(bǔ)償控制策略研究

韓前前1，戴 珂1，陳新文1，劉浩田2，戴子薇1

（1.華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，長(zhǎng)沙410004）

電力電容器作為靜態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹?，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的功率因數(shù)校正。介紹了一種基于Buck型直接交流變換器的新型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器，即結(jié)合傳統(tǒng)的電力電容器與Buck型變換電路對(duì)其加以改造形成動(dòng)態(tài)電容器，使其具有動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男阅?。由于不需要使用大容量的?chǔ)能元件，可以使系統(tǒng)的成本降低，可靠性增強(qiáng)。以單相Buck型動(dòng)態(tài)電容器為對(duì)象，分析推導(dǎo)了其基本控制方程和無(wú)功補(bǔ)償原理。在此基礎(chǔ)上提出了動(dòng)態(tài)電容器的無(wú)功補(bǔ)償控制策略，并針對(duì)單相Buck型D-CAP進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，介紹的Buck型動(dòng)態(tài)電容器能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功功率實(shí)時(shí)、精確的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

無(wú)功補(bǔ)償；Buck型變換電路；動(dòng)態(tài)電容器

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置在工業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛。不控整流器和相控整流器作為電源裝置的輸入接口得到大量的使用，在方便地實(shí)現(xiàn)了AC/DC變換的同時(shí)，也給電網(wǎng)帶來(lái)了大量諧波和無(wú)功電流，進(jìn)而造成公共連接點(diǎn)電壓畸變，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量［1］。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)于現(xiàn)代交流電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償裝置，比如靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器SVC（static var compensator）由于其能動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)補(bǔ)償無(wú)功，價(jià)格也不太高，已經(jīng)在電網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用。此外，還有基于DC/AC變換器的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM（static synchronous compensator），相比SVC雖然能夠提供更少諧波且更迅速地動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，但其高昂的價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用對(duì)于工業(yè)用戶校正功率因數(shù)來(lái)講成本較高［2-4］。

基于DC/AC變換器的無(wú)功補(bǔ)償裝置其可靠性在很大程度上受開(kāi)關(guān)器件和直流側(cè)電解電容器的影響，且裝置的維護(hù)費(fèi)用大部分用于定期更換其位于直流側(cè)的電解電容器，開(kāi)關(guān)器件或直流側(cè)電解電容器的損壞很可能導(dǎo)致裝置無(wú)法運(yùn)行而完全失去補(bǔ)償效果。2008年美國(guó)佐治亞理工學(xué)院Deepak M. Divan等［5-7］提出動(dòng)態(tài)電容器 D-CAP（dynamic capacitor）的概念，其主要思想是將直接AC/AC變換器接在交流電容器與電網(wǎng)之間，采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和控制策略，使得電網(wǎng)能得到可控的無(wú)功電流，在AC/ AC變換器發(fā)生故障時(shí)直接將交流電容器接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)基本的無(wú)功補(bǔ)償功能。此種裝置無(wú)疑具有更低的成本和更高的可靠性，且可以在現(xiàn)有大量使用的無(wú)功補(bǔ)償電容器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。我國(guó)目前僅有少數(shù)單位進(jìn)行相關(guān)的研究［8-10］，尚未有公司能夠生產(chǎn)。因此，對(duì)D-CAP及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文基于單相Buck型動(dòng)態(tài)電容器，分析介紹了其基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并推導(dǎo)了其基本控制方程，在此基礎(chǔ)上提出了用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂品桨浮榱蓑?yàn)證動(dòng)態(tài)電容器的無(wú)功補(bǔ)償效果，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 單相Buck型D-CAP基本結(jié)構(gòu)和工作原理

Buck型D-CAP電路結(jié)構(gòu)是根據(jù)Buck型變換電路拓?fù)?，?duì)其開(kāi)關(guān)電路加以改造而得到［11］。單相Buck型D-CAP的單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由薄型交流變換器TACC（thin AC converter）和無(wú)功補(bǔ)償電容兩部分組成。TACC是一類(lèi)由電力電子開(kāi)關(guān)器件和高頻開(kāi)關(guān)紋波濾波電路組成的AC/AC變換器的總稱。它裝設(shè)在用電設(shè)備和電網(wǎng)之間，主要提供電能的變換，自身沒(méi)有大容量的儲(chǔ)能元件，能量的存儲(chǔ)是利用用電設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)的。故障旁路開(kāi)關(guān)由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管組成，以保證當(dāng)變換器的開(kāi)關(guān)管失效或者電路故障時(shí)，由反并聯(lián)的晶閘管繼續(xù)工作，使得無(wú)功補(bǔ)償電容仍然起到補(bǔ)償效果。在更高電壓等級(jí)的場(chǎng)合，也可以在故障旁路開(kāi)關(guān)上并聯(lián)機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)降低損耗?？傊?，故障旁路開(kāi)關(guān)增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性，這點(diǎn)對(duì)于公用電網(wǎng)或者是企業(yè)用戶來(lái)講是非常重要的。

圖1 單相Buck型D-CAP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology structure of single-phase Buck-type D-CAP

圖1（a）中的S1和S2開(kāi)關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)。為了實(shí)現(xiàn)電流的雙向流動(dòng)，S1、S2應(yīng)全部采用電流雙向可控功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，比如可以將2個(gè)IGBT反向串聯(lián)而成，如圖1（b）所示。D-CAP中的TACC可采用的AC/AC直接變換電路主要包括Buck、Boost和Buck-Boost 3種拓?fù)涞龋c直流變換器的經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，其中的電力電子器件均需換成雙向開(kāi)關(guān)元件。

以圖1所示的單相Buck型D-CAP為例，假定開(kāi)關(guān)頻率fS足夠高，在若干開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電源電壓都可視為常數(shù)，開(kāi)關(guān)紋波電流可以忽略。開(kāi)關(guān)管S1的占空比為D（t），同時(shí)電感LF1和無(wú)功補(bǔ)償電容C構(gòu)成的LC低通濾波器能夠?yàn)V除TACC輸出電壓vO中的高頻分量，那么C上的電壓vC（t）≈vO（t），與公共連接點(diǎn) PCC（point of common coupling）相電壓vS（t）≈vi（t）之間的關(guān)系為而無(wú)功補(bǔ)償電容電流iC（t）與D-CAP的輸入電流iDCAP（t）之間的關(guān)系為

由于S1與S2均為雙向開(kāi)關(guān)，電感LF1不會(huì)斷流，因此，式（1）和式（2）在任何占空比時(shí)都成立。另外，無(wú)功補(bǔ)償電容C上的電壓與電流之間的關(guān)系為

將式（1）和式（3）代入式（2），得到D-CAP輸入電流為

根據(jù)式（4）可知，通過(guò)實(shí)時(shí)適式地調(diào)節(jié)占空比D（t）獲得所需的D-CAP輸出電流iDCAP（t），從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功電流的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，這就是D-CAP的基本工作原理。因此式（4）也稱為單相Buck型D-CAP進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕究刂品匠獭?/p>

當(dāng)D（t）=D0恒為常數(shù)時(shí)，式（4）可以化簡(jiǎn)為

式（5）說(shuō)明Buck型D-CAP的端口特性呈現(xiàn)為受占空比D0控制的可調(diào)電容器，這也是“動(dòng)態(tài)電容器”名稱的由來(lái)。其等效電容為

式（6）表明Buck型D-CAP的等效無(wú)功補(bǔ)償電容隨占空比的變化而變化，占空比D0的變化范圍為0～1，因此等效無(wú)功補(bǔ)償電容Ceq也只能在0～C之間變化。等效電容Ceq一定不大于薄膜無(wú)功補(bǔ)償電容C，最極端的情況是占空比取值為1，這相當(dāng)于薄膜無(wú)功補(bǔ)償電容C直接并聯(lián)在電網(wǎng)的PCC點(diǎn)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

2 D-CAP無(wú)功補(bǔ)償控制策略

根據(jù)單相Buck型D-CAP進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕究刂品匠淌剑?），通過(guò)控制占空比函數(shù)，就能夠控制動(dòng)態(tài)電容器的輸入電流，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。因此，利用D-CAP進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償控制策略的主要問(wèn)題在于如何根據(jù)電網(wǎng)的無(wú)功需求來(lái)自動(dòng)的調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電容器的占空比，從而動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償無(wú)功。

單相Buck型D-CAP的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)控制示意如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)見(jiàn)圖2（a），具體控制方法為：檢測(cè)單相電網(wǎng)電流iS，從單相靜止坐標(biāo)到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的進(jìn)行變換（其中q軸分量滯后電網(wǎng)電壓相位90°），獲得q軸電流分量iq（即無(wú)功電流分量）后，使用調(diào)節(jié)器Gc生成占空比指令D*，將D*與高頻載波信號(hào)比較后生成的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入單相D-CAP中，從而改變單相D-CAP等效補(bǔ)償電容Ceq以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。D-CAP無(wú)功補(bǔ)償控制框圖如圖2（b）所示，圖中負(fù)載指令電流參考值與D-CAP輸出電流反饋值均只對(duì)應(yīng)實(shí)際的無(wú)功電流，即為dq坐標(biāo)軸下的無(wú)功電流分量。由于無(wú)功電流分量在dq坐標(biāo)軸下已變換為直流量，因此D-CAP的控制系統(tǒng)只需采用傳統(tǒng)的PI控制器即可實(shí)現(xiàn)較高性能的無(wú)功補(bǔ)償。

圖2 單相Buck型D-CAP無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)控制示意Fig.2 System control structure for reactive power compensation of single-phase Buck-type D-CAP

上述控制方法中單相電網(wǎng)無(wú)功電流指令的提取采用了同步參考坐標(biāo)SRF（synchronous reference frame）變換法（亦稱dq法）實(shí)現(xiàn)：先使用延時(shí)法構(gòu)造虛擬正交向量，然后再通過(guò)兩相αβ靜止坐標(biāo)系到兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，再經(jīng)過(guò)低通濾波器LPF濾除交流量，得到與無(wú)功電流相對(duì)應(yīng)的直流量，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償電流指令的提取。其中，延時(shí)法框圖如圖2（c）所示，圖中通過(guò)將輸入信號(hào)延時(shí)基波周期T的1/4來(lái)構(gòu)造正交向量C2s/2r的變換矩陣，為

D-CAP無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕究刂圃砣缦拢寒?dāng)電網(wǎng)電流中含有滯后無(wú)功分量時(shí)，q軸電流分量iq＞0，PI調(diào)節(jié)器的輸出增大，占空比指令D*增加，導(dǎo)致D-CAP的等效補(bǔ)償電容Ceq增大，使D-CAP輸出的無(wú)功補(bǔ)償電流iDCAP增加，從而使電網(wǎng)電流中含有的無(wú)功分量逐漸減少至0。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證Buck型D-CAP的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償性能，根據(jù)圖2所示的D-CAP主電路和系統(tǒng)控制框圖，在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下搭建了單相Buck型D-CAP電路的仿真模型，并以實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的樣機(jī)為平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 System structure of simulation and experiments

電網(wǎng)所接的負(fù)載為電感L1與電阻R1并聯(lián)的阻感性負(fù)載，除消耗有功功率外，還從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率。整個(gè)系統(tǒng)的電路參數(shù)如表1所示。

表1 仿真和實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)Tab.1 The main parameters of simulation and experiments

3.1 仿真分析

圖4所示為D-CAP進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)的穩(wěn)態(tài)仿真波形。當(dāng)阻感性負(fù)載接入電網(wǎng)，且D-CAP未投入工作時(shí)，由圖4（a）可以看出，電網(wǎng)電流iS嚴(yán)重滯后于電網(wǎng)電壓vT，電網(wǎng)中流入大量的無(wú)功電流，系統(tǒng)功率因數(shù)較低，需進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。當(dāng)D-CAP投入工作后，圖4（b）顯示網(wǎng)側(cè)電流iS基本與電網(wǎng)電壓vT同相位，無(wú)功補(bǔ)償后只包含較小的有功電流，從而實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正的功能。此外，圖4（c）給出了D-CAP輸出電流iDCAP的波形，從圖中可看出D-CAP輸出電流基本超前電網(wǎng)電壓90°，其有功損耗較小。補(bǔ)償電容器C的電壓vC與電流iC的波形見(jiàn)圖4（d），根據(jù)式（1），電壓vC大小為DvT，這與D-CAP本質(zhì)上就是一個(gè)可控電容器是一致的，電流iC中除基波無(wú)功電流外，主要還含有開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波成分，但經(jīng)過(guò)前級(jí)濾波器后，D-CAP輸出電流iDCAP中諧波電流成分已很少。

圖5為D-CAP穩(wěn)定工作時(shí)的占空比D與S1、S2的PWM驅(qū)動(dòng)波形，此時(shí)占空比D約為0.78，與開(kāi)關(guān)管S1驅(qū)動(dòng)波形的占空比一致，而開(kāi)關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)波形與S1互補(bǔ)。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析可看出，D-CAP具有良好的無(wú)功補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)性能。

為驗(yàn)證D-CAP隨負(fù)載無(wú)功變化時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能，在突加和突減負(fù)載的情況下，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真分析，iL和iDCAP的仿真波形如圖6所示。

如圖6（a）所示，t=0 s時(shí)負(fù)載未接入電網(wǎng)，DCAP由于前級(jí)濾波器的接入輸出較小的電流；在0.2 s時(shí)突加負(fù)載，D-CAP經(jīng)過(guò)40～60 ms（即2～3個(gè)基波周期）的調(diào)節(jié)過(guò)程，輸出穩(wěn)定的無(wú)功補(bǔ)償電流。同理，圖6（b）所示，在0.2 s時(shí)突減負(fù)載，D-CAP也在60 ms以內(nèi)，輸出電流達(dá)到穩(wěn)定值，由此可以看出D-CAP具有良好的無(wú)功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)性能。

圖4 D-CAP穩(wěn)態(tài)仿真波形Fig.4 Steady-state simulation waveforms of D-CAP

圖5 D-CAP驅(qū)動(dòng)波形Fig.5 Driving waveforms of D-CAP

圖6 iL與iDCAP的動(dòng)態(tài)仿真波形Fig.6 Dynamic simulation waveforms of iLand iDCAP

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證Buck型動(dòng)態(tài)電容器的實(shí)際無(wú)功補(bǔ)償性能，按照?qǐng)D3給定的D-CAP主電路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及表1中的電路參數(shù)，設(shè)計(jì)了11 kVA的單相Buck型D-CAP實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并在給定電壓100 V的情況下進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7～圖9所示。

當(dāng)僅阻感性負(fù)載接入電網(wǎng)時(shí)，由圖7（a）可見(jiàn)，電網(wǎng)電流iS的相位滯后于電網(wǎng)電壓vT相位71°，電網(wǎng)中流入無(wú)功電流約為14.09 A，電網(wǎng)電壓被拉低至94.3 V；當(dāng)D-CAP投入工作后，由圖7（b）可見(jiàn)，網(wǎng)側(cè)電流iS與電網(wǎng)電壓vT同相位，此時(shí)電網(wǎng)電流只包含6 A的元無(wú)功電流，電網(wǎng)電流中無(wú)功電流殘余量小于0.1 A，穩(wěn)態(tài)誤差百分比小于0.01，由此可看出D-CAP有較高的無(wú)功補(bǔ)償精度，電網(wǎng)電壓由于補(bǔ)償了無(wú)功電流升至100.8 V，這說(shuō)明D-CAP同時(shí)具有支撐電網(wǎng)電壓的作用。圖7（c）所示為DCAP輸出電流iDCAP的波形，其超前電網(wǎng)電壓87°，有功損耗較小。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明D-CAP具有良好的無(wú)功補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)性能。

圖7 無(wú)功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Experiment results for reactive power compensation

圖8（a）所示為補(bǔ)償電容器C的電壓vC與電流iC的波形。由圖可見(jiàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析一致。電容電壓vC在占空比調(diào)制下的幅值為DvT，其有效值約為77.8 V，電容電流iC中除基波無(wú)功電流外，也主要含有開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波成分。圖8（b）所示為S1、S2的PWM驅(qū)動(dòng)波形，其中S1的驅(qū)動(dòng)波形占空比約為0.769，由此可計(jì)算出電容電壓vC與實(shí)際測(cè)量值相近，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

為進(jìn)一步驗(yàn)證D-CAP對(duì)動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償性能，分別在突加和突減負(fù)載的情況下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，用示波器觀察了D-CAP輸出電流iDCAP的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，結(jié)果如圖9所示。

圖9（a）中，在t=0 s時(shí)負(fù)載未接入電網(wǎng)，由于前級(jí)濾波器的接入D-CAP輸出較小的電流；在t=t1時(shí)突加負(fù)載，D-CAP經(jīng)過(guò)2～3個(gè)基波周期的調(diào)節(jié)過(guò)程，輸出穩(wěn)定的無(wú)功補(bǔ)償電流。圖9（b）所示，在t=t2時(shí)突減負(fù)載，D-CAP也能在60 ms以內(nèi)使輸出電流達(dá)到穩(wěn)定值。由此，可以看出，D-CAP具有良好的無(wú)功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)性能。

圖8 D-CAP穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形Fig.8 Steady-state experiment waveforms of D-CAP

圖9 負(fù)載突變時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Experiment results with variable load

4 結(jié)論

本文基于動(dòng)態(tài)電容器的概念，介紹了一種新型的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方法，與傳統(tǒng)的基于DC/AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，基于直接AC/AC變換，避免了直流側(cè)所需儲(chǔ)能元件的使用，從而使得系統(tǒng)的成本更低，可靠性更高，更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。本文在詳細(xì)分析了動(dòng)態(tài)電容器的基本原理的基礎(chǔ)上，提出了用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，并?duì)動(dòng)態(tài)電容器的無(wú)功補(bǔ)場(chǎng)效果進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)電容器能夠良好的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償性能，相關(guān)結(jié)論如下。

（1）動(dòng)態(tài)電容器通過(guò)調(diào)節(jié)占空比輸出相應(yīng)無(wú)功電流，其無(wú)功補(bǔ)償?shù)刃г硐喈?dāng)于向電網(wǎng)接入連續(xù)可調(diào)的等效電容Ceq。

（2）穩(wěn)態(tài)條件下，由于所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流基本不變，D-CAP的占空比D為恒定的常數(shù)。同時(shí)，電網(wǎng)的無(wú)功電流被補(bǔ)償后，PCC點(diǎn)電壓升高，從而具有端口電壓支撐的作用。

（3）本文所提Buck型D-CAP不僅能用于單相系統(tǒng)，也可用于三相系統(tǒng)中。如果在占空比中加入偶次諧波分量，通過(guò)偶次諧波調(diào)制方式也可用來(lái)補(bǔ)償諧波電流，這些都具有重要研究?jī)r(jià)值，今后將進(jìn)一步深入研究。

［1］陳堅(jiān)，康勇，阮新波，等.電力電子學(xué)—電力電子變換和控制技術(shù)［M］.3版.北京：高等教育出版社，2011.

［2］Hingorani N G,Gyugyi L.Understanding FACTS［M］. New York：IEEE Press，2000.

［3］郁伉，李瑜，齊東流.DSTATCOM在焊裝車(chē)間無(wú)功及負(fù)序電流補(bǔ)償研究［J］.電源學(xué)報(bào)，2015，13（5）：122-127. Yu Kang,Li Yu,Qi Dongliu.Research on reactive power and negative sequence current compensation in welding workshop by DSTATCOM［J］.Journal of Power Supply,2015,13（5）:122-127（in Chinese）.

［4］徐千鳴，羅安，何志興，等.MMC-STATCOM的2N+1單載波調(diào)制方法［J］.電源學(xué)報(bào)，2015，13（6）：156-162. Xu Qianming,Luo An,He Zhixing,et al.2N+1 single carrier modulation method for MMC-STATCOM［J］.Journal of Power Supply,2015,13（6）:156-162（in Chinese）.

［5］Prasai A,Sastry J,Divan D.Dynamic VAR/harmonic compensation with inverter-less active filters［C］.IEEE Industry Applications Society Annual Meeting.Edmonton,Alberta, Canada,2008.

［6］Prasai A,Sastry J,Divan D M.Dynamic capacitor（DCAP）：an integrated approach to reactive and harmonic compensation［J］.IEEE Transactions on Industry Applications,2010,46（6）:2518-2525.

［7］Divan D,Sastry J.Inverter-less active filters-a new concept in harmonic and VAR compensation［J］.Power Electronics Specialists Conference,2007:2926-2932.

［8］Liu Quanwei,Deng Yan,He Xiangning.A novel AC-AC shunt active power filter without large energy storage elements［C］.Proceedings of the 2011-14th European Conference on IEEE,2011:1-9.

［9］武偉，謝少軍，湯雨，等.基于Buck交-交斬波器的無(wú)功補(bǔ)償器拓?fù)渑c控制方法設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（5）：124-129. Wu Wei,Xie Shaojun,Tang Yu,et al.Topology and control strategy design for buck AC-AC based var compensator［J］.Automation of Electric Power Systems,2013,37（5）:124-129（in Chinese）.

［10］戴子薇，陳新文，王欣，等.動(dòng)態(tài)電容器復(fù)合控制策略及其諧振問(wèn)題分析［J］.電氣工程學(xué)報(bào)，2015，10（7）:33-40. Dai Ziwei,Chen Xinwen,Wang Xin,et al.Analysis of resonance problem and integrated control strategy for dynamic capacitor［J］.Journal of Electrical Engineering,2015,10（7）:33-40（in Chinese）.

［11］Divan D,Sastry J.Inverter-less STATCOMS［C］.Proceedings of IEEE Power Electronics Specialists Conference. Rhodes，Greece,2008：1372-1377.

Research on Reactive Power Compensation Control Strategy for Single-phase Buck-type Dynamic Capacitor

HAN Qianqian1,DAI Ke1,CHEN Xinwen1,LIU Haotian2,DAI Ziwei1
（1.State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China;2.State Grid Hunan Electric Power Company Economic and Technology Research Institute,Changsha 410004,China）

Power capacitor,as the basic element for static reactive power compensation,is widely used for power factor correction in power system.This paper presents a new dynamic reactive power compensator based on buck-type direct AC/AC converter.Dynamic capacitor（D-CAP）is designed through upgrading the traditional power capacitor with buck-type converter,which could implement dynamic reactive power compensation according to actual demands.Due to the absent of large-capacity storage devices,its cost is reduced and the reliability is enhanced greatly.Taking the singlephase Buck-type dynamic capacitor as example,this paper analyzes the basic control equations and reactive power compensation principle.Then the reactive power compensation control strategy is proposed,by which simulations and experiments with a single-phase Buck-type D-CAP prototype are carried out.Simulation and experimental results indicate that Buck type dynamic capacitor could achieve real-time and accurate dynamic reactive power compensation

reactive power compensator;Buck-type converter;dynamic capacitor

韓前前

韓前前 （1989-），男，碩士，研究方向：電能質(zhì)量控制技術(shù)，E-mail：hanqq_ hust@qq.com。

戴珂（1969-），男，通信作者，博士，副教授，研究方向：電能質(zhì)量控制技術(shù)，E-mail：daike@hust.edu.cn。

陳新文（1990-），男，博士研究生，研究方向：電能質(zhì)量控制技術(shù)，E-mail: chenxw_hust@sina.cn。

劉浩田（1990-），男，碩士，研究方向：電能質(zhì)量控制技術(shù)，E-mail：iliumessi @qq.com。

戴子薇（1994-），女，本科，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)，E-mail：ziweidai @foxmail.com。

10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.23

：TM 714

：A

2015-11-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51277086）

Project Supported by National Natural Science Foundation of China（51277086）