智能配电网中三相APF-STATCOM谐波、不平衡负载及无功电流复合控制策略
对电力系统中电能质量及谐波测控技术
对电力系统中电能质量及谐波测控技术的探讨摘要：随着我国电力建设的高速发展，电能作为现有最清洁的能源之—，电力部门对其输送的实时质量测控及电网谐波的防治高度重视。
本文作者就电力系统电能质量的突变成因、评价指标、自动调节、测控技术与应用等方面进行分析和论述，可供同行们技术人员参考。
关键词：电能质量；谐波测控；技术应用引言电网的运行条件不合理：电网或配网的供电半径过大(根据负荷密度的大小，城镇区域低压配网的供电半径不应超过400m)，电源导线的线径配置太小或过于残旧，电网的三相负荷平衡度偏差过大，电网的功率因数的就地补偿不足(<0.9)或三相补偿不平衡等因素都是造成电网电能质量异变的原因之一。
谐波源负荷的在线：在现有电网的用电负荷中，属非线性负荷的往往占有很大的比例，具体描述如下：(1)冶金制造行业：在生产过程中，因大量地使用大功率的电弧炉进行金属冶炼，钢水在熔化过程中、因电极端部的反复短路与断开，造成负荷电流频繁的出现不规则的变化，从而产生出以3次谐波为主要成份的高次谐波冲击性电流。
(2)矿山开采行业：在挖采运送过程中，因大量地使用传送提升设备(提升机、牵引电机、电动机车等)，这些设备往往随着所带负荷的改变会产生出很大的谐波电流。
(3)机械制造行业：在生产过程的碎火、热处理加工工序，当其采用的是闸流管的控制设备，就会产生出较大的偶次谐波电流。
在冲压生产工序中，随着大量可控硅设备的投入及负荷的突变，也会产生不同程度的高次谐波冲击性电流。
(4)交通运输行业：电气化铁路、地铁机车、无轨电车等，因要使用大功率的整流设备，随着电气化机车频繁的起停、会产生出大量高次谐波的冲击性电流。
(5)热备用中的配电变压器和大功率的电抗器：该类设备能产生谐波的原因是铁芯会出现磁饱和所造成的，通常情况下，加在设备上的电源电压愈高、其铁芯就愈趋于饱和，这时的谐波冲击性电流将会成倍以上增加。
(6)五金类加工行业：其大功率冲床的频繁使用，能产生大量以3次谐波为主的冲击性电流。
STATCOM控制器无功外环和电流内环的双闭环控制方式逻辑优化研究
STATCOM控制器无功外环和电流内环的双闭环控制方式逻辑优化研究摘要：无功补偿装置（STATCOM）在电力系统中扮演关键角色，但现行控制逻辑存在电流采样不准确导致设备跳闸等局限。
本研究旨在改进STATCOM的控制方式，以提高系统性能和可靠性。
我们引入了一种新的双闭环控制方式，通过优化逻辑，更准确地跟踪电流参考指令值，解决了电流采样偏差导致的问题。
同时，我们引入了异常监视机制，自动切换到备用控制系统以降低过流保护触发风险。
这项研究改善了STATCOM的控制方式，消除了电流采样异常的问题，提高了电力系统的稳定性和性能。
此成果有望在各种电力系统中推广应用，对提高系统运行的可靠性具有广泛影响。
关键词：STATCOM控制器；无功外环；电流内环；双闭环控制方式1引言无功补偿装置（STATCOM）已经成为电力系统至关重要的组成部分。
STATCOM通过控制无功功率来维护电网的稳定性，减少电压波动，并提高电力系统的运行性能。
然而，STATCOM的性能直接受到其控制方式的影响。
目前的STATCOM控制方式通常采用双闭环控制，包括无功外环和电流内环。
然而，实际运行中，电流采样不准确、测量误差和电流偏差等问题常常引发了一系列控制困难，例如功率误调节和过流保护触发。
这些问题对电力系统的稳定性和可靠性构成了潜在威胁。
2研究方法2.1 STATCOM工作原理STATCOM（Static Synchronous Compensator）是一种电力电子装置，用于无功功率补偿和电压控制。
其工作原理基于快速响应的电流控制，以维持电力系统的电压和频率稳定。
STATCOM包括无功外环和电流内环控制方式。
在无功外环控制中，STATCOM测量电压并与电压参考值进行比较，生成无功功率指令。
然后，电流内环控制方式将该指令转化为电流参考值，并与实际电流值进行比较。
差值经过控制器后，调整STATCOM的输出电流，以实现所需的无功功率补偿。
2.2 问题分析目前的STATCOM控制方式在应对电流采样不准确等问题时存在一些显著问题。
10KV配电系统三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置研究与运用
10KV配电系统三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置研究与运用摘要：电力系统是国民经济的重要基础，而配电系统就是电力系统的关键设备。
由于供电设备的结构及功能不同，在我国电力系统中配网的类型、结构和功能各异。
但是无论在什么条件下，配网都不可能做到随心所欲，能够做到统一规划指挥。
如果不能实现统一规划、统一指挥和统一管理，就会出现大量的重复建设和投资浪费；又由于配电网中运行管理系统不完善、故障处理效率低；又会造成大量电能消耗；更严重会给供电设备造成不可预估的损害。
配电网系统作为电力系统的重要组成部分，为保证其正常运行发挥着重要作用。
目前有两种技术可用于配电网三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置的研究与应用[1]。
本文根据本地区配电系统特点和故障现象对不平衡自动调整及无功补偿装置进行研究，并提出了相应改进方案和安装调试方案。
关键词：配电系统；三相负荷；无功补偿引言：通过三相负荷不平衡自动补强技术可以及时修正三相负荷不平衡并使三相负荷不平衡值得到控制，保证用电质量。
三相负荷不平衡自动补强技术采用直流电机转子补偿技术在运行中可将其投入正常运行模式，不影响正常运行时间而降低运行成本。
通过对上述技术的研究可以提高系统运行可靠性同时降低运行成本。
1、配用电设备的特性本地区的配电设备为双电源配电系统，一般分为三相配电箱、三相配电箱等。
配电箱是供配电系统中用电设备之间的连接，一般都设有隔离开关。
三相配电箱一般是作为一个配电控制站。
三相负荷为一组单极进行调节，三相间隔由一台电动机进行控制。
当系统受到突发故障时，该单孔或多孔设备可以自动切换单面运行或切换双面运行模式。
三相配电箱作为一个配电控制站可将系统在不同时段的各种不同功率负荷情况传送到不同用电设备处，为其提供电能。
由于用电设备为固定时间工作，所以往往不会出现三相负荷不平衡现象。
2、三相负荷不平衡自动补强技术三相负荷不平衡补强分为补偿和调整两种方式，其中补偿是指通过控制装置将被不平衡负荷中的一相负荷加以自动补偿来达到补强的目的。
PV-BESS_集成统一电能质量调节器协调控制策略研究
第29卷第6期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.29，No.6 Dec.，20232023年12月随着电力行业的不断发展，电能质量问题备受关注。
与传统的电力负荷相比，由电力电子设备组成的新一代配电系统对电能质量的要求越来越高，电能质量成为一个不容忽视的问题[1-2]。
为此，出现了各种电能质量补偿器，如有源电力滤波器（APF）、静态同步补偿器（STATCOM）、统一电能质量调节器（UPQC）等。
其中，UPQC作为综合性的电能质量治理装置，集动态电压恢复、无功补偿、消除电压和电流中的谐波等多种功能于一体，是解决电网侧与用户侧电能质量问题的理想设备之一[3]。
为了控制UPQC，大量文献提出了多种不同的控制方法，包括UPQC-P[4-5]、UPQC-Q[6]以及被称为UPQC-VAmin[7]的最小容量控制方法。
然而，UP-QC-P策略需要并联补偿器（PC）的更大额定功率，而UPQC-Q策略需要串联补偿器（SC）的更大额定功率，UPQC-VAmin策略只能降低VC模式下的补偿器额定值。
因此，为了降低UPQC的总体补偿器额定值并提高利用率，一些学者[8-11]提出了协调控制策略，以协调串联和并联侧补偿器；但随着电压暂降深度的加大，串联侧和并联侧的更高有功功率交换使得整体额定功率快速增加。
Lu等人[12]提PV-BESS集成统一电能质量调节器协调控制策略研究李凯，倪福银，李博（江苏理工学院电气信息工程学院，江苏常州213001）摘要：统一电能质量调节器（Unified Power Quality Conditioner，UPQC）虽可以很好地实现多重电能质量的综合控制，但UPQC中串联和并联补偿器额定功率难以同时优化，并且在电网电压暂降时会存在系统补偿性能差的问题。
为此，提出了一种光伏和电池储能系统（Photovoltaic-Battery Energy Storage System，PV-BESS）集成UPQC的拓扑结构，在UPQC串联侧耦合外部电容器，直流侧增加PV-BESS。
配电网优化设计
摘要通过对目前电力系统中无功功率不足，电网功率因数低，负荷的三相不平衡，传统的TSC无功补偿中可能存在的谐波放大，以及无功补偿中存在的“振荡投切”等问题的详细分析，提出并设计了具体的解决方案。
针对传统的有触点和无触点的无功补偿装置的有级无功补偿的缺点，提出了采用光电双向可控硅驱动器MOC3061控制双向晶闸管来实现电容器无级投切的新型无功补偿方法。
针对无功补偿中存在的电网谐波问题，提出了采用单调谐和高通滤波器来进行谐波滤波的方法。
针对传统的无功补偿可能存在的谐波放大的问题，提出了采用串联电抗器来防止谐波放大的设计方案。
重点阐述了采用基于神经网络对补偿后的电网参数进行预测和结合求解无功优化的非线性原对偶内点算法的单点无功优化补偿算法。
同时针对目前大多数无功补偿装置都是单点无功优化补偿的设计，在电力系统多点的优化无功补偿上提出了采用所有的控制器同时采样，对全部节点都进行寻优后，从最后节点开始向前传递寻优的优化控制策略。
关键词：电网无功补偿；谐波滤波；神经网络；有源滤波器AbstractThe actual electric power system is short of reactive power, and Has large amount of un-balanced loads, low power quality, magnified harmonic when the conventional TSC reactive power compensation equipment products resonance with electric power system. Aiming at these, this paper proposes and designs material resolve project. In allusion to the conventional reactive power compensation step compensation disadvantage, this paper proposes the new reactive compensation method that the Zero-Cross Optosolator drives the compensation method that the Zero-Cross Optosolator drives the capacitors. In allusion to the large amount of harmonic existing in the electric system, this paper proposes the new method to Filter harmonic. This new method adopts the single-tune filter and high-pass filter. In allusion to the conventional reactive power compensation harmonic magnified disadvantage, this paper proposes The new harmonic restrained method that the reactor is series in the main loop. And this paper expatiates the optimization reactive power compensation for electric network that uses neural network to predict electric network's important parameters, nonlinear prime-dual interior algorithm to optimize reactive power. And it also introduces the whole reactive power optimization compensation arithmetic. It is that all controllers sample simultaneously, then the system seeks for the optimization from the last node to the first node after the controllers seek for optimization rejctive power compensation.Key words：electric；reactive；lower；compensation; harmonic restrained前言在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，不仅系统中存在着有功功率，而且存在无功功率。
配网三相电压不平衡问题分析与处理 杨晶
配网三相电压不平衡问题分析与处理杨晶摘要：在低压配电网中,三相负荷不平衡问题是非常普遍的。
在对实际电网运行工况的调研中发现,三相不平衡问题广泛存在,严重威胁电网稳定运行。
所以,对电网三相不平衡问题的研究以及三相不平衡调补措施的研究是非常必要的。
关键词：配网；三相；不平衡引言随着社会发展和经济水平提高，电能的作用日益重要，无论是企业生产还是居民生活都离不开电能。
居民负荷的增加和电力电子技术的发展，使电力负荷的构成出现了新的变化。
非线性负荷、冲击性负荷及单相负荷的接入，进一步加剧了配电网三相不平衡等电能质量问题，并对电网的安全稳定运行造成威胁。
近年来，对于配电网三相不平衡进行研究和优化，逐渐成为配电网优化的重要课题之一。
1配网三相电压不平衡问题分析1.1导致变压器出现烧毁损坏在整个低压电网线路运转过程中如果出现三相负荷不平衡电流，电流值超过固定标准，就会导致零序磁内经过的零序电流数值不断增大，经过油箱壁、钢结构件，进一步增大了电能的损耗，与此同时，导致变压器运转压力增大，不断积累，就会导致局部温度持续升高，进而影响油质，影响变压器自身绝缘性能的发挥，并且随着三相负荷不平衡情形加剧，在三相线路部分应当承受的电压超过极限值，就会直接出现变压器烧毁损坏等情形，中断运行。
1.2导致低压设备等产生损毁出现低压负荷侧线路三相负荷不平衡情形，会导致电流值不断增大，影响变压器正常运转，出现局部的温度升高，对变压器本身的绝缘性能产生的危害很大，同时还会导致绕组直接烧坏，并且还有可能由于电流数值超过极限值，影响电磁场，从而波及高压侧部分的正常稳定运行。
1.2影响电压稳定出现低压负荷侧线路三相负荷不平衡，会导致三相四线制内出现零序电压，从而导致变压器中性点两端分别出现低压和高电压的情况，低压位置一旦电压值过大，就会影响变压器正常运转，高压一侧一旦电压值超过标准，也会直接导致变压器损坏。
根源在于中性点发生位移，从而导致出现配电变压器三相电压不对称，影响正常供电和用电。
基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制
基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制林志勇;江道灼;周月宾;郭捷;胡鹏飞;梁一桥【摘要】有源滤波器（APF）和静止同步补偿器（STATCOM）在电力系统应用中都是独立开来，分别进行谐波抑制和无功补偿。
将APF和STATCOM功能结合起来，以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置，同时实现无功补偿和谐波抑制。
在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上，提出了一种简单有效的控制策略；针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题，采用最近电平逼近调制（NLM）并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。
利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真，结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性，并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关，减少器件的开关频率。
%Active power filter (APF) and static synchronous compensator (STATCOM) are indispensable elements in power system. APF can be used to suppress the harmonics, while STATCOM can be used to compensate reactive power. In this paper, the functions of APF and STATCOM are combined in a single unit by controlling a three-phase cascaded H-bridge converter, i.e. APF-STATCOM. This paper introduces topology and working principle of cascaded H-bridge APF-STATCOM and puts forward a control strategy. In order to balance DC capacitor voltages of cascaded H-bridge converter, balancing control strategy for cascaded H bridge converters based on nearest voltage level modulation (NLM) is proposed. 36 cascaded H-bridge APF-STATCOM model is set up in PSCAD/EMTDC. And by the simulation, the feasibility and effectiveness ofcontrol strategy and balance control strategy are verified. The proposed capacitor voltage balancing strategy can avoid unnecessary frequent switch of H bridge module IGBT.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】6页(P91-96)【关键词】级联H桥APF-STATCOM;无功补偿;谐波抑制;最近电平调制;电压均衡控制策略【作者】林志勇;江道灼;周月宾;郭捷;胡鹏飞;梁一桥【作者单位】浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027;浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027;浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027;浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027;浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TM76;TM714随着电力电子装置的广泛应用，配电网中存在大量非线性负载，大量的无功流动和谐波电流对电网造成较严重的冲击，造成供电的污染和电能质量的恶化[1]。
三相四线制三电平APF研究与实现
摘要我国大多采用三相四线制配电系统，随着电力电子技术的发展，配电网中的电能质量问题也日趋严重。
目前治理谐波的主要措施为利用有源电力滤波器（APF）。
在高压大功率的场合，三电平结构由于其特有的优势相比于两电平结构拥有更加广阔的研究和应用前景。
本文以三相四线制三电平有源电力滤波器作为研究对象，主要研究了其控制策略并搭建实验样机，在样机上对所研究的控制算法进行实验，主要内容如下：首先分析了三相四线制三电平APF的原理，推导了其数学模型，针对三相四线制配电系统中广泛存在的谐波和不平衡电流分量的问题，提出了基于二阶广义积分器的ip-iq的谐波检测方法，并设计了PI+重复的复合电流控制器。
其次重点研究了三相四线制三电平APF的调制策略和中点电位平衡控制策略。
本文通过对传统三电平3D-SVPWM进行数学变换，提出了一种简化的3D-SVPWM 调制策略，并在此基础之上提出了一种多相控制的中点电位平衡策略：将中点电位偏移量分配给具有中点电位平衡能力的相进行补偿。
具体来说，该策略提出中点补偿能力因子概念，利用中点补偿能力因子判定具有中点电位平衡能力的相和平衡能力大小，根据这些相补偿能力因子的权重分配中点电位偏移量，最终通过重构O 状态作用时间完成对中点电位偏移的补偿。
最后设计了三相四线制三电平APF系统，基于Matlab/Simulink仿真平台搭建三相四线制三电平APF仿真模型，分别对平衡和不平衡两种负载工况下进行了仿真研究，并且搭建了试验样机进行实验研究，仿真和实验结果证明了本文所提控制策略的有效和可行性。
关键词：三相四线制；三电平；3D-SVPWM；中点电位平衡；多相控制ABSTRACTThree-phase and four-wire power distribution systems are mostly used in our country, and the harmonic problem is becoming more and more serious with the development of power electronics technology. At present, the main measure to solve the power quality problem is to use active power filter (APF). In the case of high voltage and high power, the three-level topology has a broader research and application prospects due to its unique advantages compared to the two-level topology. In this paper, three-phase four-wire three-level active power filter is taken as the research object, The control strategy is mainly studied and an experimental prototype is built. The main contents are as follows：Firstly, the principle of three-phase four-wire three-level APF is analyzed, and its mathematical model is deduced. Aiming at the problems of harmonics and unbalanced current components widely existing in three-phase four-wire distribution system, a harmonic detection method of ip-iq based on second-order generalized integrator is proposed, and a PI+ repetitive composite current controller is designed.Secondly, the modulation strategy and neutral-point potential balance control strategy are studied. A simplified 3D-SVPWM modulation strategy is proposed by mathematically transforming the traditional 3D-SVPWM modulation strategy. Based on this, a neutral-point potential balance control strategy called multi-phase control is proposed which assigns the neutral-point potential offset to the phase with neutral-point potential balance ability to compensate. Specifically, the strategy proposes the concept of midpoint compensation capability factor, and uses this to determine the phase and balance capability with neutral-point potential balance capability, and assigns the neutral-point potential offset according to the weight of factor. Lastly, the compensation of the midpoint potential offset is completed by reconstructing the actuation duration of O state.Finally, a three-phase four-wire three-level APF system is designed. Based on the Matlab/Simulink simulation platform, a three-phase four-wire three-level APF simulation model is built. The simulation raserch is carried out under balanced and unbalanced load conditions. And the experimental platform is built for experimental research. The simulation and experimental result prove the effectiveness and feasibility of the proposed control strategy.KEYWORDS：three-phase four-wire; three-level; 3D-SVPWM; neutral-point potential balance; multi-phase control目 录目 录 (IV)第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 三相四线制系统谐波的产生与危害 (1)1.1.2 三相四线制系统谐波治理措施 (2)1.1.3 三相四线制三电平APF研究意义 (4)1.2 三相四线制三电平APF关键技术概述及发展现状 (5)1.2.1 三相四线制三电平APF拓扑结构 (6)1.2.2 三相四线制三电平APF调制及中点电位平衡控制 (6)1.2.3 三相四线制APF谐波电流检测 (7)1.2.4 三相四线制APF补偿电流控制 (9)1.3 本文主要研究内容 (10)第二章三相四线制三电平APF原理、电流检测和电流控制技术研究 (12)2.1三相四线制三电平APF基本工作原理 (12)2.1.1 三相四线制三电平APF原理概述 (12)2.1.2 三相四线制三电平APF数学模型分析 (13)2.2三相四线制三电平APF谐波电流检测及控制技术 (15)2.2.1 瞬时无功功率理论谐波检测 (15)2.2.2 基于二阶广义积分器的ip-iq谐波检测 (17)2.3 PI+重复电流控制器设计 (22)2.3.1 PI控制器设计 (23)2.3.2 重复控制器设计 (25)2.4 本章小结 (26)第三章三相四线制三电平APF调制及中点电位平衡策略研究 (27)3.1 三相四线制三电平APF中点电位分析 (27)3.2 传统三相四线制三电平APF调制策略及中点电位平衡控制 (30)3.2.1 传统三电平3D-SVPWM调制策略 (30)3.2.2 基于传统三电平3D-SVPWM的中点电位平衡控制 (33)3.3三相四线制三电平APF的优化调制策略 (38)3.3.1 简化的三电平3D-SVPWM调制策略 (38)3.3.2 基于简化三电平3D-SVPWM的中点电位平衡控制 (40)3.4 本章小结 (45)第四章三相四线制三电平APF系统设计、仿真和实验 (46)4.1 三相四线制三电平APF系统设计 (46)4.1.1 主电路参数设计 (46)4.1.2 主电路电气系统设计 (50)4.2 三相四线制三电平APF仿真分析 (50)4.2.1 三相四线制三电平APF带平衡负载仿真 (51)4.2.2 三相四线制三电平APF带不平衡负载仿真 (54)4.3 三相四线制三电平APF实验分析 (59)4.3.1 三相四线制三电平APF带平衡负载实验 (60)4.3.2 三相四线制三电平APF带不平衡负载实验 (61)4.4 本章小结 (63)第五章总结与展望 (65)5.1 工作总结 (65)5.2 展望未来 (66)参考文献 (67)攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (72)插图清单图1.1 三相四线制无源滤波器 (4)图1.2 各种类型有源电力滤波器 (4)图1.3 三相四线制NPC三电平有源电力滤波器 (6)图2.1 并联型三相四线制有源电力滤波器系统 (12)图2.2 三相四线制三电平APF主电路 (14)图2.3 LCL并网滤波器 (14)图2.4 p-q谐波检测法 (16)图2.5 ip-iq谐波检测法 (17)图2.6 对称分量分解图 (18)图2.7 基于二阶广义积分器的正交信号发生器 (20)图2.8 基于二阶广义积分器的改进正交信号发生器 (21)图2.9 基于二阶广义积分器的ip-iq谐波检测 (22)图2.10 PI+重复复合控制 (23)图2.11 G(s)伯德图 (24)图2.12 PI控制系统伯德图 (24)图2.13 加入低通滤波器的系统伯德图 (25)图2.14 加入补偿器S(z)的系统伯德图 (26)图3.1 相电流路径 (29)图3.2 a-b-c坐标系下三维空间矢量分布 (30)图3.3 内部空间分布 (31)图3.4 子空间投影 (32)图3.5 F NPBa＞0时空间分布 (34)图3.6 参考电压的合成 (34)图3.7 F NPBa＞0，F NPBc＞0时空间分布 (36)图3.8 v a=0，v b=0，v c=0时的开关时序 (38)图3.9 传统方法与简化方法流程图 (40)图3.10 a相开关状态对比 (43)图3.11 修正后的a相开关状态 (44)图3.12 优化调制策略系统框图 (44)图4.1 f res、a、C f关系三维图 (49)图4.2 LCL滤波器随R d变化的伯德图 (49)图4.3 三相四线制三电平有源电力滤波器电气设计 (50)图4.4 补偿前网侧电流 (51)图4.5 指令电流和输出电流 (52)图4.6 补偿后网侧电流 (52)图4.7 直流侧电压 (52)图4.8 补偿前网侧电流 (53)图4.9 指令电流和输出电流 (53)图4.10 补偿后网侧电流 (54)图4.11 补偿前后网侧电流功率因数 (54)图4.12 直流侧电压 (54)图4.13 补偿前网侧电流 (55)图4.14 指令电流和输出电流 (55)图4.15 补偿后网侧电流 (55)图4.16 负序电流不平衡程度 (56)图4.17 直流侧电压 (56)图4.18 补偿前网侧电流 (57)图4.19 指令电流和输出电流 (57)图4.20 补偿后网侧电流 (58)图4.21 负序电流不平衡程度 (58)图4.22 补偿前后网侧电流功率因数 (58)图4.23 直流侧电压 (58)图4.24 三相四线制三电平APF实验装置 (59)图4.25 补偿前网侧电流 (60)图4.26 APF输出电流 (60)图4.27 补偿后网侧电流 (61)图4.28 直流侧电压 (61)图4.29 补偿前网侧电流 (62)图4.30 APF输出电流 (62)图4.31 补偿后网侧电流 (63)图4.32 直流侧电压 (63)表格清单表1.1 国标中谐波电流限值 (3)表1.2 IEEE-519标准中谐波电流限值 (3)表3.1 小四面体判定条件 (32)表3.2 F NPBa＞0时的子空间判定条件和基本矢量发送顺序及其占空比 (35)表3.3 F NPBa＞0,F NPBc＞0时的子空间判定条件和基本矢量发送顺序及其占空比 (36)表4.1 仿真系统参数 (51)第一章绪论第一章绪论随着社会的发展，人类的进步，科学技术、信息技术呈现出了日新月异的势头，电能在其中发挥着极为关键的作用。
三相负荷不平衡自动调节装置
三相负荷不平衡自动调节装置三相负荷不平衡自动调节装置是一种用于调整三相负荷不平衡的装置。
在电力系统中，负荷不平衡是一种常见现象，它会导致电网运行不稳定、电能质量降低以及设备寿命缩短等问题。
因此，开发一种能够自动调节负荷不平衡的装置对于保障电网稳定运行具有重要意义。
三相负荷不平衡自动调节装置主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于实时监测负荷的三相电流，控制器根据传感器的数据判断负荷是否不平衡，并下达相应的指令，执行器用于根据指令调节负荷的状态。
传感器是负荷不平衡自动调节装置的核心部分之一。
传感器通常采用电流互感器或电流传感器来实时监测负荷的三相电流。
通过测量电流的大小和相位差，传感器可以获取到负荷的不平衡程度。
控制器是负荷不平衡自动调节装置的核心部分之二。
控制器一般由集成电路和控制算法组成。
集成电路用于处理传感器采集的数据，控制算法根据数据分析负荷的不平衡程度，并下达相应的调节指令。
控制器还可以通过与电源系统的通信接口，实现与电网系统的联动控制。
执行器是负荷不平衡自动调节装置的核心部分之三。
执行器一般采用电动机或电容器等设备来实现对负荷的调节。
当控制器下达调节指令时，执行器会根据指令的要求，调整负荷的运行状态，使得负荷能够尽可能地趋向平衡。
三相负荷不平衡自动调节装置的工作原理是通过控制器对执行器的控制，实现对负荷的调节。
当负荷不平衡时，传感器会实时地将负荷不平衡的情况反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息，分析负荷的不平衡程度，并根据预设的控制算法，下达相应的调节指令。
执行器接收到控制器的调节指令后，会相应地调整负荷的运行状态。
例如，当负荷的三相电流不平衡时，执行器可以通过调整电容器的接入或断开，来平衡负荷的电流。
通过不断地反馈和调节，负荷最终可以趋向平衡，实现三相负荷的自动调节。
三相负荷不平衡自动调节装置可以应用于各种电力系统中，包括发电厂、变电站以及工业和商业用电系统等。
它能够提高电力系统的稳定性和可靠性，确保电能质量，延长设备寿命，减少能源浪费。
工业和信息化部办公厅关于公布全国工业领域电力需求侧管理参考产品（技术）第一批目录的通知
工业和信息化部办公厅关于公布全国工业领域电力需求侧管理参考产品（技术）第一批目录的通知文章属性•【制定机关】工业和信息化部•【公布日期】2017.07.07•【文号】工信厅运行函〔2017〕409号•【施行日期】2017.07.07•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】电力及电力工业正文工业和信息化部办公厅关于公布全国工业领域电力需求侧管理参考产品（技术）第一批目录的通知工信厅运行函〔2017〕409号各省、自治区、直辖市工业和信息化主管部门：为落实中央推进能源生产和消费革命战略的部署，根据《工业领域电力需求侧管理专项行动计划（2016-2020年）》有关公布一批产品（技术）目录的要求，经各地工业和信息化主管部门、中国电力企业联合会推荐、专家评审、现场考核和对外公示，确定“协同”电力需求侧管理公共服务平台等22项产品（技术）为全国工业领域电力需求侧管理参考产品（技术）第一批目录（见附件），现予以公布。
请各地工业和信息化主管部门认真总结工业领域电力需求侧管理工作经验，对参考产品（技术）加强宣传推广，加大政策支持力度，推动工业领域电力需求侧管理创新和技术改造，为工业领域落实能源生产和消费革命提供有力的技术支撑。
附件：全国工业领域电力需求侧管理参考产品（技术）第一批目录工业和信息化部办公厅2017年7月7日数据平台，获取企业用能信息和各类能源消耗情况，实现企业各重点用能设备、重点能源管理单元、重点用能设备能源消耗实时在线监测和数据分析。
通过对用电企业用电设备智能监控，用电设备状态智能诊断等手段，实现了电力需求侧管理智能化、可视化、数据化、网络化，以达到用户使用能源安全、高效、经济的目的。
核心技术有能源能效量测技术、海量并行能效大数据采集技术、基于云的大数据技术、数据安全与加密技术、自学习型大数据与预测技术。
3电力需求侧管理系统太谷电力电能在线监测系统采用通信、物联网等技术将电力用户的主要配用电设备上安装的电能监测仪器实时采集的电力、电量和电能质量等数据传输并保存到数据中心，借助计算机技术和信息技术，实现电力数据的实时在线监测和历史数据查询，并通过电能消耗轨迹图、柱状图、表格等多种形式，反映配用电设备的电能消耗情况。
基于复合模型预测控制策略的三电平APF研究
基于复合模型预测控制策略的三电平APF研究王峰;张旭隆;何凤有;张晓【摘要】电力有源滤波器（Active power filter，APF）是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段之一。
提出一种三相静止坐标下的基于模型预测控制复合控制器，复合控制器由改进的自适应广义积分器和模型预测控制两部分组成。
该复合控制策略有效地整合了预测控制和自适应广义积分器的优点，在最大限度利用模型预测进行谐波电流快速跟踪的同时，采取自适应广义积分器对各次谐波进行无静差跟踪控制。
所提出的复合控制器与三电平电压空间矢量调相结合，能够消除单独预测控制交流变量时所存在的稳态误差问题和改善系统鲁棒性。
详细研究了复合控制器的设计方法，并给出了系统的参数设计和稳定性分析。
最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。
%Active power filter (APF) is one of the effective means to eliminate the grid harmonic current generated by nonlinear loads. This paper proposes a compound controller based on model predictive control under three-phase static coordinate. The compound controller consists two parts including improved adaptive generalized integrator and model predictive control. The composite control strategy effectively integrates advantages of adaptive generalized integrator and the model predictive control. Steady-state error is conducted by the adaptive generalized integrator under each harmonic current tracking control, at the same time model predictive control is used to track harmonic current at fastest speed. The proposed composite controller combined with three-level voltage space vector phase modulation can eliminate the steady-state error which exists only using themodel predictive control strategy and improve system robustness. Detailed study of the composite controller design method is given, as well as the parameters of the system design and stability analysis. Effectiveness and correchness of the control method proposed are finally verified by experiments.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】7页(P79-85)【关键词】有源电力滤波器;三电平;自适应;模型预测【作者】王峰;张旭隆;何凤有;张晓【作者单位】徐州工程学院信电工程学院，江苏徐州 221111;徐州工程学院信电工程学院，江苏徐州 221111;中国矿业大学信电学院，江苏徐州 221008;中国矿业大学信电学院，江苏徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TM76随着电力电子技术的不断发展，各种电力电子装置在工业中的应用越来越广泛，电网中的谐波污染日益严重，谐波治理问题受到了广泛关注。
低压配电网三相负荷不平衡分析及防控措施
综 上 所 述 ，在 低 压 配 电 网 中 ， 三 相 负 荷 不平衡问题普遍存在，为确保配 网运行 的稳定 性 ， 应对 三 相 负荷 不平 衡 的原 因进 行 分 析 ，并 采 取 合 理 可 行 的 措 施加 以 防 范和 控 制 ， 只有 这 样 ，才能使低压配电网的运 行更加安全 、可靠 。
偏 高和偏低 的用户进行重组调相，从而使调整 方 法 主 要 依 赖 于 人 工 ，相 关 费 用 较 低 ，但 在 进
后 分 相 间用 电量 的 均值 到 达 总 体 用 电 平 均 值 水 行换相前 ，需要对三相负荷不平衡的原因进 行
平 。
精密的数据分析 ，获取用户的负荷曲线，根据
２．１．１算 法 的设 计
用 户用 电元 素，定 义为 ｎｌ（ｍ ｎ）， 同时 将 用 电元 素排 成 一列 ，然 后对 待分 析用 户 电量 的排 列数 进行 确 定，可 用 Ａ （ｎ，ｍ）表 示 ， 并 按照 用户 的用 电量 大小 ，采用 降序 的方 式 进 行排 列 。根 据排 序 结果 ，结合 三相 的 口径 对 它 们 进 行 分 组 ，从 ｎ中 任 意 取 ｍ 个 元 素 合 并 成 一个 组 ，ｉｎ的取 值 为 ３， 调 整 之 后 的 三 相 总 用 电 量 分 别 为 Ａ 相 ＝Ａｌ＋Ａ２＋Ａ３＋… ＡＮ；Ｂ 相 ＝Ｂｌ＋Ｂ２＋Ｂ３＋…ＢＮ；Ｃ 相 ＝Ｃ１４－Ｃ２＋Ｃ３＋…
ＣＮ 。
２．１．２数 据 模 拟 基 于 上 文 设 计 的 算 法 ， 进 行 数 据 模 拟 ，
本次测试选 取河池 配电台区 内的 １１４户用户， 用 电量的统计 区间为某 年的 １月 一１Ｏ月，总用 电量为 １２７７２．１６４千瓦时。在进行三相调平前， 三相 不平 衡度 为 ７３．８３％，通过 算法 分析 ，并 按照分析结 果对三相进 行调整 ，可使 不平衡度 降 低 至 １４．０６％， 基 本 与 设 计 初 衷 相 符 。 由 此 可 见 ，本 文 所 提 出 的算 法 ，可 以 实 现 三相 调 平 。
电力系统中电流波动的控制策略
电力系统中电流波动的控制策略在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行至关重要。
而电流波动作为影响电力系统稳定性和电能质量的一个重要因素，需要我们给予足够的重视并采取有效的控制策略。
电流波动是指电力系统中电流大小在短时间内发生的不规则变化。
这种波动可能由多种原因引起，比如负载的突然变化、电力设备的故障、电网中的谐波干扰等。
电流波动不仅会影响用电设备的正常运行，降低其使用寿命，还可能导致电力系统的保护装置误动作，甚至引发电网的大面积停电事故，给社会生产和生活带来巨大的损失。
那么，如何有效地控制电力系统中的电流波动呢？以下是一些常见的控制策略：一、优化电力系统的设计和规划在电力系统的初始设计和规划阶段，就应该充分考虑到可能导致电流波动的因素，并采取相应的预防措施。
例如，合理配置电源和负载，确保电力系统的功率平衡；选择合适的变压器容量和线路参数，以减少线路阻抗和变压器漏抗对电流的影响；采用分布式电源和储能装置，提高电力系统的灵活性和稳定性。
二、采用先进的电力电子设备电力电子设备在电力系统的电流控制中发挥着重要作用。
例如，静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）可以快速调节无功功率，从而稳定系统电压，减少电流波动。
有源电力滤波器（APF）能够有效消除电网中的谐波电流，提高电能质量。
此外，动态电压恢复器（DVR）可以在电网电压发生波动时迅速补偿电压，维持负载侧电压的稳定，进而减少电流波动。
三、改进负载特性对于一些容易引起电流波动的负载，如电弧炉、轧钢机等，可以通过改进其控制策略来降低电流波动。
例如，采用先进的控制系统，优化负载的启动和运行过程，减少功率的突变；增加滤波装置，降低负载产生的谐波电流对电网的影响。
四、加强电网的监测和管理通过安装高精度的测量设备，实时监测电力系统中的电流、电压等参数，及时发现电流波动的异常情况。
同时，利用大数据分析和人工智能技术，对监测数据进行处理和分析，预测可能出现的电流波动，并提前采取控制措施。
智能换相技术在配电网三相不平衡治理中的应用分析
• 75•在配电系统的运行中容易出现三相不平衡问题，应采取合理的措施对三相不平衡问题进行治理，以提高配电网运行的安全性。
本文首先分析了配电网出现三相不平衡的原理及由此造成的电能损耗，之后阐述了智能换相开关的设计技术，包括控制系统和执行部分的设计，最后分析了智能换相技术在配电网三相不平衡治理中的应用。
当配电网出现三相不平衡时，如果电力用户接在负荷较大的某一单相时，则该电力用户的用电电压值可能不够，难以满足电气设备的运行电压要求，甚至还可能出现设备烧损的情况，故应提高对配电网三相电压不平衡的重视程度。
传统的配电网三相不平衡治理方法主要是采用无功补偿以及换相投切负荷的方法，其中换相包括人工换相和自动换相两种方式。
如果采用人工换相的方式，则所需要投入的人工成本较大，并且对负荷的调整也不够准确，只能实现短暂性的三相负荷平衡。
采用无功补偿方式更难以实现有效的三相负荷平衡调节。
为此，本文介绍了利用智能换相技术治理配电网三相不平衡的方法，通过对单相负荷接入进行有序的换相控制，能够有效解决配电台区内的三相不平衡问题，从而始终将中性线的电流控制在最小，确保配电网中的负荷最优分布。
1 智能换相技术目前电力系统中的负荷正朝着多元化的方向发展，在此情形下，有必要采用智能自动负荷调控系统保证配电系统的安全稳定运行。
当配电网运行在三相不平衡的状态时，配电线路和配电变压器中的电能损耗都会有所增加；此外，还会产生零序电流，使得配电变压器出现过热的现象，降低配电变压器的使用寿命。
采用智能换相技术能够达到较好的节能降损增效目标，这样不仅可以降低变压器损耗，同时也能够将线路的损耗降到最低。
在智能换相技术中，应在交流过零时刻进行投切，以避免产生拉弧现象；同时，应能够实现是否成功切除配电网当前连接相序的校验。
此外，还应在极短的时间内完成换相操作，达到负荷全时段无缝零毫秒换相的目的。
2 智能换相开关系统的设计在智能换相开关系统中可以实现对相序的合理分配，主要包括硬件控制系统部分和软件部分，两者需要协调运行，以下分别进行分析。
三相四线制三电平三桥臂有源滤波器中点平衡控制策略
三相四线制三电平三桥臂有源滤波器中点平衡控制策略三相四线制三电平三桥臂有源滤波器是当前工业电气系统中常用的电力电子设备，它能够有效的控制电流质量、提高电气效率和降低系统噪声等问题。
然而，在实际应用中，由于线路阻抗不同等原因，三电平三桥臂的中点电位会产生偏移，严重时甚至会导致电子元件的过压和损坏。
因此，如何实现中点平衡控制成为该设备控制的关键所在。
中点平衡控制策略是通过对中点电位进行调整来保持三相电压的平衡，从而降低电路的损坏和噪声等问题。
其主要实现方法有两种：1. 传统PID控制方法传统PID控制方法是基于比例、积分、微分三个参数的控制方式，可以通过对反馈信号进行差分、积分和微分计算，实现中点电位的自动调节。
其中，比例项Kp用于调节系统响应速度，积分项Ki主要用于消除系统偏移误差，微分项Kd则用于提高系统的防抖性能。
通过调节PID参数，可以实现较好的中点电位平衡控制效果。
2. 基于模型预测控制方法基于模型预测控制方法是一种更加先进的控制方式，它基于对系统动态特性的理解和建模，通过预测近期中点电位的变化趋势，从而实现更加准确的中点平衡控制效果。
该方法需要提前建立系统的状态方程并确定控制优化指标，然后通过数学模型进行求解，得到最优控制方案，并实现实时控制。
无论采用何种方法，进行中点平衡控制都需要注意以下几个问题：1. 中点电位跃变问题中点电位跃变问题是指由于系统工作状态的改变，导致中点电位瞬间变化的问题。
这种情况下，传统PID控制方法可能无法快速响应，导致电路发生故障。
因此，需要通过设计合适的控制算法和参数来解决该问题。
2. 网络阻抗变化问题由于网络阻抗的变化，中点电位会发生漂移，导致电路的不稳定性和可靠性降低。
因此，需要通过校准中点电位和调整控制参数，保证电路稳定运行。
3. 控制参数的适应性问题由于系统工作状态和负载变化，控制参数可能需要不断调整。
因此，需要实现控制参数的自适应优化，以保持中点平衡控制效果的稳定性和可靠性。
三相llc电流不平衡_解释说明以及概述
三相llc电流不平衡解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在电力系统中，三相LLC电流不平衡是一个常见且重要的问题。
由于各种因素的影响，三相电流往往存在着大小和相位上的差异。
本篇文章将对三相LLC电流不平衡进行深入解释与说明，并介绍一些相关概念和背后的原因分析。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述。
首先，在引言部分对三相LLC电流不平衡进行概述，并详细介绍文章的结构和内容安排。
接下来，在“2. 三相LLC电流不平衡的解释说明”部分，我们将阐述具体定义和概念，并对其原因进行深入分析。
然后，在“3. 三相LLC电流不平衡的概述”部分，我们将介绍其基本原理、特点与优势，以及一些应用领域和案例研究。
在“4. 解决三相LLC电流不平衡的方法与技术研究”部分，我们将探讨目前已有的解决方案，并介绍一些相关的技术研究成果。
最后，在结论部分，“5. 结论”，我们将总结主要观点和发现，并展望未来研究的方向和提出建议。
1.3 目的本文的目的是对三相LLC电流不平衡进行全面而系统的解释说明，并介绍相关的理论与技术应用。
通过深入探讨该问题所涉及的各个方面，我们希望能够增强人们对三相LLC电流不平衡的认识和理解，为相关领域的研究与实践提供参考和指导。
最终，我们期望能够促进电力系统稳定运行、降低能源损耗以及提高供电质量。
2. 三相LLC电流不平衡的解释说明:2.1 三相电流不平衡的概念:三相LLC电流不平衡是指在三相电力系统中，三个导线（即A、B和C 相）上承载的电流不完全相等或者说不均匀。
通常情况下，理想的三相系统应该是对称且平衡的，即每个相都负责传输等量的电流。
然而，在实际运行中，由于多种因素的影响，如负载不均匀分布、设备故障或损耗等原因，会导致三相电流不平衡现象。
2.2 原因分析:三相电流不平衡可能由多种原因引起。
其中一些主要原因包括：- 负载不均匀: 当负载在各个相之间分布不均时，会导致各个相上的电流大小不同。
如何通过电力电子技术实现电网智能化？
如何通过电力电子技术实现电网智能化？在当今科技飞速发展的时代，电网智能化已成为电力领域的重要发展方向。
电力电子技术作为一种关键的技术手段，在实现电网智能化方面发挥着至关重要的作用。
那么，究竟如何通过电力电子技术来达成电网智能化这一目标呢？首先，我们需要了解什么是电力电子技术。
简单来说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
这些电力电子器件，如晶闸管、IGBT 等，可以实现对电流、电压、频率等电能参数的精确控制。
在电网智能化中，电力电子技术的一个重要应用是电能质量的优化。
随着各种非线性负载在电网中的广泛应用，如变频器、整流器等，电能质量问题日益突出，包括电压波动、谐波污染等。
通过电力电子技术，可以使用有源电力滤波器（APF）和静止无功发生器（SVG）等设备，对电网中的谐波和无功进行实时补偿，从而有效提高电能质量，确保电网的稳定运行。
再者，电力电子技术在分布式能源接入电网方面也具有关键作用。
分布式能源，如太阳能光伏、风力发电等，具有间歇性和波动性的特点。
为了实现这些能源的高效接入和稳定供电，需要借助电力电子变流器来实现电能的转换和控制。
例如，在太阳能光伏发电系统中，光伏逆变器将直流电转换为交流电，并通过控制输出的电压和频率，使其与电网的参数相匹配，实现稳定的并网运行。
此外，电力电子技术还能够实现电网的灵活输电。
柔性交流输电系统（FACTS）就是基于电力电子技术的一种先进输电技术。
通过使用静止同步补偿器（STATCOM）、静止同步串联补偿器（SSSC）等设备，可以灵活地调节线路的阻抗、电压和功率，从而提高电网的输电能力和稳定性，实现电力资源的优化配置。
在智能配电网中，电力电子技术同样不可或缺。
固态变压器作为一种新型的电力电子设备，具有体积小、重量轻、效率高、电能质量好等优点。
它可以实现不同电压等级之间的灵活变换，并对电能进行优化控制，提高配电网的可靠性和智能化水平。
另外，储能系统在电网智能化中也扮演着重要角色。
同构模式分配下配电网馈线三相不平衡的调节优化方法
方式，系统侧与用户侧谐波源满足 Δf ≠ nR b 时等效
谐波源的谐波电流为 C 、角频率为 2πΔfT B ，表示为
一组单频波。采用非高斯性二次筛选搜索方法 [12]，
得到单相单电源配电网馈线三相不平衡输出电压分
三相不平衡的约束参数模型 [7-9]，如式（2）所示。
j (t)
sin s( t )(πΔfTC )
（2）
SN
根据配电网馈线三相不平衡的约束参数模型，
三相不平衡控制约束参数模型
为实现同构模式分配下配电网馈线三相不平衡
J I ( nT B ) =
的调节，构建同构模式分配下配电网馈线三相不平
衡控制约束参数模型 [3-5]，采用谐波扰动调节方法进
扑图模型结构，得到同构模式分配下配电网馈线三
相不平衡稳态特征量为 TC ，扩频倍数为 N 。给定同
构模式分配下配电网馈线的干扰项 n(t)为均值为零、
方差为 σ2 的高斯白噪声，用 s( t ) 表示同构模式分配
下配电网馈线三相不平衡输出稳态电压，j ( t ) 为窄
带干扰信号，据此构建同构模式分配下配电网馈线
H 0:r(t) = n(t)
t ∈[0,T]
H1:r(t) = g(t) + n(t)
式 中 ，r(t) 表 示 电 压 入 射 波 ，g(t) 表 示 初 始 电 压
建配电网三线不平衡的优化调节模型，结合配电网
的输出参数自适应调节进行优化控制，建立同构模
{
根据上述分析，分析单相单电源配电网馈线系
控制技术开发研究等。
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《电子设计工程》2021 年第 6 期
考虑相位不平衡的智能换相开关控制策略
CHENG Xiang1, TIAN Hao1, ZHOU Qun1, XU Fangwei1, XIE Rongbin2 (1. School of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China; 2. Guiyang Xifeng Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid, Guiyang 551100, China)
This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51877141). Key words: commutation switch; current imbalance degree; phase unbalance; mutation probability; genetic algorithm
基金项目：国家自然科学基金项目资助(51877141)
布式光伏发电与电动汽车的接入等导致了三相不 平衡[7-11]。当前的三相不平衡问题已经成为我国低 压配电网末端最普遍且难以解决的问题[12-13]。三相
不平衡会带来额外的线损，据统计，三相不平衡对
电网的技术损耗影响最大的是低压配电网，其损耗 占比高达整个电网损耗的 60%[14]，严重影响电网企 业的经济效益[15]；同时也会严重影响设备的安全运 行[16-17]，据统计，在某市农村变压器中因单相过载
第 49 卷 第 6 期 2021 年 3 月 16 日
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智能配电网中三相APF-STATCOM谐波、不平衡负载及无功电流复合控制策略Three Phase Shunt APF-STATCOM Harmonic,Unbalance Load and Reactive Current Compound Control Strategy in smart Distributed Grid JI Xiaochun1,WANG Jianhua2,JI Baojian3,Cai Wu2,JIANG Long1, Zhou Zhong1ACREL Ltd.,Shanghai201801,China2Jiangsu Provincial Key Laboratory of Smart Grid Technology&Equipment,School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing210096,Jiangsu Province,China 3College of Automation and Electrical Engineering,Nanjing University of Technology, Nanjing,210009,Jiangsu Province,China)Abstract:Based on compound power quality concept,this paper proposed a compound harmonic, negative and reactive current compensation strategy for harmonic current,load imbalance and low power factor issues in smart distributed grid.Key factors are presented in detail.Corresponding three phase four line APF-STATCOM simulation and experimental tests and field operation results verify the compound control and compensation concept.Key words:Smart distributed grid；active power filter(APF);static synchronous compensator(STATCOM)；harmonic；unbalanced load；reactive；compound control摘要:基于电能质量复合控制思想，针对智能配电网中谐波电流、负载不平衡、功率因数较低问题，给出一种谐波、负序及无功电流复合补偿策略，并给出关键参数设计方法。
相关APF-STATCOM仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了复合控制思想及补偿策略正确性及可行性。
关键词:智能配电网；有源电力滤波器;静止同步补偿器；不平衡负载近年来，出于节能环保的考虑，配电网终端供电系统中电力电子变换装置应用越来越广泛，如照明、办公、空调、电梯等相关供电系统，但这类非线性电能变换装置在改善用户端电能质量同时，往往诱发配电网侧谐波及无功电流问题，线损、中线及变压器过热、电表计量不准，甚至保护误动作等现象时有发生。
传统无源滤波及投切电容器补偿尽管能够解决上述问题，且成本较低，但无法实时连续调节，存在过补偿、无功倒送甚至诱发配电网谐振可能性[1-3]。
为保障智能配电网终端用户高品质定制电力供应，随着瞬时功率理论及电力电子器件的发展，取代无源滤波及电容器无功补偿装置，其主电路拓扑结构及设计、谐波电流检测、补偿方法、控制及调制策略，以及启动特性均是业界研究及工业应用的持续热点话题[2-6]。
由于如今智能配电网中电能质量问题已经不再是一个单一的问题，而是一个非常复杂的系统问题。
如图1所示，某公用设施配电系统中同时存在谐波电流、负载不平衡及功率因数较低等问题。
电能质量复合控制技术逐渐被学术界及工业界提上研究日程[7-8]。
图1实际配电网电能质量问题Fig.1Power quality issue in a real distributed grid本文研究了智能配电网环境下，同时面对时变谐波电流、不平衡负载及无功问题，给出一种谐波、负序和无功电流复合补偿策略，及其关键参数设计方法。
相关仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了该控制策略的正确性及可行性。
APF-STATCOM电路结构及工作机理图2并联APF-STATCOM框图Fig.2An APF-STATCOM diagram如图2所示，该并联APF-STATCOM采用两电平三相四桥臂电压源逆变器拓扑，其中前三桥臂实现谐波及无功补偿，第四桥臂独立用于控制中线电流。
这是由于三相四线制系统中，当负载不平衡时，中线往往流过较大零序电流，其不同于三相三线制系统。
因此，增加与前三桥臂解耦控制的第四桥臂提供零序电流通路。
此时APF-STATCOM产生一个与负载电流iL,abc 中谐波、基波负序和零序分量之和相反的补偿电流iC,abc，使得电源电流iS,abc仅提供负载电流基波正序分量，确保源输出对称三相电流并提高功率因数。
其中中线电流分离检测、锁相环、谐波电流检测、直流电压控制、电流控制及PWM调制是实现高性能APF-STATCOM的关键。
锁相环、直流电压控制等与三相三线制系统相同，在此不作详细介绍。
关键问题分析1.第四桥臂中线电流分离检测及控制考虑到不平衡的三相四线制电路中的负载电流iL,abc 所包含的零序分量iN相等，均为(1)如图2所示，此时中线电流采样值iN ，与中线零序电流分量补偿指令iNref一并作为第四桥臂电流控制器输入，通过PI调节器得到调制信号获得第四桥臂开关信号。
同时有，(2)(3)(4)式中，仅含正序分量及负序分量，便于后续采用三相三线系统中i p -i q 谐波电流检测算法。
2.谐波电流检测图3?用d-q 变换检测谐波的原理图Fig.3The schematic diagram of the harmonics detecting method based on d-q rotating coordinationtransformation 传统基于p-q 瞬时无功功率理论检测谐波电流方法受电压畸变及不对称影响较大，实际场合并不适用[9]。
实际场合多采用加入锁相环PLL 电路的i p -i q 瞬时无功功率理论检测方法，具体如图3所示，相关变换为(5)(6)提取不含零序分量的电流，通过Park 变换,将基波分量在d-q-0坐标中变换到0Hz 处(或先经变换再经dq 变换亦可)，用低通滤波器提取基波正序分量即可[5]。
图2中直流电压调节器输出值生成部分有功电流指令，用于稳定直流母线电压并补偿功率损耗部分。
若为提高功率因数，可以同时补偿无功电流，此时基波负序无功电流指令值设定为0。
最后用负载电流减去基波电流正序分量，即可得到补偿负载电流中谐波分量和因负载不平衡导致的电流负序分量、零序分量的指令电流量以及无功电流正序分量的指令电流，实现APF-STATCOM 功能。
3.电流PR 谐振控制器设计由于APF-STATCOM 跟踪的电流指令是多种频率正弦量的叠加信号，传统SPWM 调制采用PI 控制必定存在稳态误差和相位偏移，补偿效果不佳，往往采用电流滞环调制，但变频调制不可避免带来滤波器设计及噪声控制问题[9]。
通过旋转坐标变换可以将正弦信号变为直流信号，从而在新的坐标系下采用PI 控制器。
但在APF-STATCOM 控制领域，必须在多个频率下进行坐标变换，计算复杂，不利于实际应用。
近年来，针对正弦信号的提出的PR 控制器，在可以避免旋转坐标变换，计算量大大降低的同时，获得与同步坐标系下的PI 控制器相同控制效果：能无稳态误差地跟踪特定频率的正弦信号，更重要的是可以对指定频率的谐波进行有选择地补偿。
(7)(8)式中为谐振频率。
由式(7)可知，对直流系统而言，由于积分环节的存在，0Hz处的增益极高，从而系统可以实现无静差调节；对于交流系统，50Hz及其倍数次谐波，式(7)增益有限，式(8)由于谐振环节的引入，在相应频段有较高的增益。
若跟踪的目标为基波rad/s；若需补偿较高幅值的5次谐波，则有rad/s。
通常补偿谐波次数最高至20或50次，尤其是幅值较高的奇次谐波。
因此有，(9)图4所示为基波及三、五、七次谐波补偿用PR谐振控制器波特图，可以看出在相应频段电流控制器增益较高，有助于减小跟踪误差。
图4?PR谐振控制器波特图Fig.4PR controller bode plots仿真及实验验证为验证所提出的谐波、负序及无功电流复合补偿策略，本文在Matlab Simulink环境下建立仿真平台。
相关参数设置如下：输入三相四线制电压380V/50Hz，三相二极管整流器非线性负载直流侧滤波电感1mH，电阻3.2Ω，三相二极管整流器交流电抗0.4mH，APF-STATCOM并网电抗0.4mH，直流侧支撑电容4000μF，交流侧不平衡RL负载星型联接，电感值均为8mH，电阻值分别为5Ω，50Ω，500Ω，开关频率10kHz。
图5所示以A相为例，表明补偿后APF-STATCOM注入电流很好地抵消了负载电流的谐波电流，使得电网电流正弦化较好，实现了APF谐波补偿功能；同时电网电流与电网电压同频同相，功率因数接近于1，实现了STATCOM无功补偿功能。
图6给出三相补偿结果，对称三相电流波形验证其具有较好抑制不平衡负载能力。
图5A相补偿后电压电流波形(从上到下依次是电网电压/V、电网电流/A、补偿电流/A、负载电流/A，时间轴t/s)Fig.5Phase A wave forms after compensation图6补偿后电网三相电压电流波形(从上到下依次是三相电网电压/V、三相电网电流/A，时间轴t/s) Fig.6Three phase wave forms after compensation图7进一步给出直流侧母线电压波形，可以看出APF-STATCOM在完成谐波补偿后，母线电压略有波动，但稳定在750V设定值附近。
图7直流侧母线电压/V(时间轴t/s)Fig.7Dc link bus voltage图8及图9进一步给出工业样机内部测试结果，受实验条件限制，此时负载仅为整流性非线性负载，故负载电流及补偿电流与仿真有所区别，其主要体现了APF补偿功能。
图10给出产品在现场投运结果，与图1相比，中性线电流由37A减小至5A，三相电流THD最大不超过3.4%，且对称性较好，充分验证了APF-STATCOM复合补偿功能。