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
电能质量与治理
谐波含有率 harmonic ratio（HR） ： n此谐波有效值与
基波有效值之比。
H n％=100
Yn Y1
谐波的定义及数字特征
总谐波畸变率 total harmonic distortion（THD）：
周期性交流量中谐波含量的有效值与基波有效值之比。
谐波含量的有效值
YH
(Y )
h2 h
第二部分 谐波与无功的基本知识
污染电能质量的主要元素
一、谐波污染 二、无功污染 三、电压波动与闪变，三相负载不平衡污染
产生谐波的源头
谐波负荷产品：变频器、直流电源、UPS、整流 器、镇流器、气体放电灯、电焊机、计算机、电 视机、电镀和电解等，都是非常严重的谐波源
分布的行业：造纸、化学、冶金、铁路、公共事 业、楼宇、机械制造等
第三部分 补偿谐波和无功的方法
谐波和无功补偿的传统技术
同步发电机、同步电动机、同步调相机
并联电容器、LC滤波 静止无功补偿装置SVC TCR、TSC、TCR＋TSC
TCR＋C、TSC＋R
谐波和无功补偿的传统技术
同步发电机、同步电动机、同步调相机可 以补偿无功，但是其体积大、响应慢，维 护麻烦，已经很少在现场使用了。 L-C滤波器可以滤除谐波，但是也存在体 积大，发热严重，容易引起传并联谐振事 故，适应范围窄（每组只能补偿某次固定 谐波）等缺点。
它是一个交流同期电压源。在系统正常供电时， 它 可作为无功电源或处于低
耗备用状态。在发生电压波动时， 它立即响应，向电力系统注入具有适当幅值 和相角的电流使系统电压立即恢复正常。例如电弧炉的非线性负荷会产生闪变， 采用APF-DSTATCOM后可使电压恢复正常。
APF-DSTATCOM简介
智能配电网概述
智能配电网的特征/2
支持大量的分布式电源接入
包括风力发电、太阳能发电、生物质发电、燃料电池、 小型燃气轮机等 即插即用（Plug and Play)
支持用户能源管理（需求侧管理）
支持智能读表以及与用户侧的双向通信 支持实时（动态）电价，让用户选择用电时间，更好 地削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点。 支持用户自备分布式发电、储能装置并网 支持电动车的接入
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AMI系统的构成
摘自B.C Hydro Luan Peng博士的报告
智能电表
通信系统
电表数据管理系统
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AMI vs. AMR
AMR
收集用户用电量 单向通信 每月读取一次电度量
AMI
能够按需要收集各种用户用电数据，如有功/无功电度、 有功/无功功率、电压、电流等。 开放式双向通信 支持实时电价 支持家庭自动化
选择低电价时段充电 可在电价高时向电网送电。
5
智能配电网的特征/3
能够提高电网资产利用率
支持配电系统快速仿真、模拟 合理控制潮流，提高系统容载比，充分利用系统容量。 减少投资，减少设备折旧，使用户获得更廉价的电力。
能够对配电网及其设备进行可视化管理
实时采集电网及其设备运行数据 提供潮流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位 置、停电范围等实时信息 解决配电网“盲管”问题
控制家电启停 与智能家电通信
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AMI的作用
更好地进行用户用电管理/需求侧管理
实时电价（可将高峰用电减少5-15%） 用电数据显示 家电控制 电动车充电
支持用户分布式电源的即插即用
光伏发电 分布式储能装置
停电检测 改善客户服务
用电数据查询 网上购电、付费
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。
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。
谐波抑制和无功补偿
绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。
首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。
我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。
举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。
但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。
这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。
因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。
其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。
主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。
我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。
1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。
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]。
光伏并网逆变器多种功能协调控制的研究
光伏并网逆变器多种功能协调控制的研究党克，衣鹏博，刘子源，田勇(东北电力大学，吉林吉林132012)摘要：针对光伏（ph〇t〇V〇haic，PV)发电并网过程中谐波电流导致的电能质量下降和低电压穿越过程中无法提供充足的无功补偿的问题，将有源电力滤波器（active power filter，APF)、静止无功补偿器（static reactive power com-pensator,STATCOM)和逆变器形成一个在同一新型拓扑上的多功能协调控制系统。
在光伏并网过程中，该系统 通过基于瞬时无功功率原理的/P-/q法计算得出补偿电流•以消除电流谐波并提升电能质量。
在光伏系统低电压穿 越（low voltage ride through，LVRT)时通过控制逆变器输出电压和电网电压的相位差汐来调节系统输出的无功功率，支撑并网点电压。
通过预同步处理实现改善电能质量与LV R T两种功能之间自由切换，避免了电流冲击，在 Mat lab中通过仿真证明了协调控制系统的可行性。
关键词：光伏并网逆变器；有源电力滤波器；静止无功补偿器；低电压穿越；谐波检测与合成；模式切换中图分类号：TM77 文献标志码：A文章编号：1009-5306(2021)02-0006-06Research on Unified Control of Various Functions of Photovoltaic Grid-connected InverterDANG Ke,YI Pengbo,LIU Ziyuan .TIAN Yong(Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China)Abstract：In the process of photovoltaic grid-connected ,the harmonic current caused by power quality decline and low voltage across cannot provide sufficient reactive power compensation, the active power filter (APF) and static reactive power compensator (STAT- COM) combined with inverter to form a multi-functional coordination control system in the same new topology. In the process of photovoltaic grid-connection, the system calculates the compensation current through the method /p-zq based on the instantaneous reactive power principle，eliminates the current harmonic, and improves the power quality. In the low voltage crossing of the photovoltaic system, the reactive power output of the system is adjusted by controlling the phase difference between the output voltage of the inverter and the voltage of the grid(5), and the voltage of the parallel node is supported. The free switch between the two functions of improving power quality and low voltage ride through is realized through pre-synchronous processing to avoid current shock. The feasibility of the coordinated control system is proved by simulation in Matlab.Key words： photovoltaic grid-connected inverter；active power filter ( APF) ； static reactive power compensator ( STATCOM) ； low voltage ride throughCLVRT) ；harmonic detection and synthesis；mode switch光伏（PhotovoltaiC，P V)发电作为目前已经产 业化的可再生能源生产技术受到广泛关注。
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。
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。
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
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。
基于级联H桥换流器的APF.STATCOM的控制与调制
Ｌ Ｉ Ｎ Ｚ ｈ ｉ － ｙ ｏ ｎ ｇ ， Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｄａ ｏ － ｚ ｈ ｕ ｏ ， Ｚ ＨＯＵ Ｙ ｕ ｅ － ｂ ｉ ｎ ， ＧＵＯ Ｊ ｉ ｅ ， ＨＵ Ｐ ｅ ｎ ｇ － ｆ ｅ ｉ ， ＬＩ ＡＮＧ Ｙｉ ・ ｑ ｉ ａ ｏ
基于级联 Ｈ桥换流器 的 Ａ Ｐ Ｆ ． Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 的控 制与调制
林 志勇 ，江道灼 ，周月宾 ，郭 捷 ，胡鹏飞 ，梁一桥
（ 浙江 大学 电气工程学院 ，浙江 杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ７ ） 摘要 ：有 源滤 波器 （ Ａ Ｐ Ｆ）和静 止 同步补偿器 （ Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ）在 电力 系统应用 中都是独立开来 Ｍ功 能结合起来 ，以级联 Ｈ桥换流器构成 Ａ Ｐ Ｆ － Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ装置，同时实现无 功补偿和谐波抑制 。在分析 级联 Ｈ
桥Ａ Ｐ Ｆ — Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 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 （ Ｎ Ｌ Ｍ） 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 Ｐ Ｓ Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｅ Ｍ Ｔ Ｄ Ｃ 对 ３ ６级联 Ｈ桥 Ａ Ｐ Ｆ — Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ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 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ不必要 的频繁 开关，减 少器件 的开关频率。 关键 词：级联 Ｈ 桥Ａ Ｐ Ｆ — Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ ；无功补偿 ；谐 波抑 制；最近 电平调制； 电压均衡控制策略
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。
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。
基于APF的谐波抑制方法的研究
基于APF的谐波抑制方法的研究摘要：油田开采中，为了节约能耗而引入变频器所带来的谐波污染问题十分严重，针对这一问题提出有源电力滤波器（APF）的方法，该方法是治理谐波，改善电能质量的有效措施。
本文分析了有源电力滤波器的系统结构和基本原理，并对其中的重要部分做出简要分析，认为该方法可以在油田电力中广泛应用。
关键词：谐波污染；有源电力滤波器（APF）；方均根值法；无差拍控制法一、引言在油田的生产工作中，谐波的存在一直是一个很严重的问题，总的来说产生谐波有三个因素：一是油田中所用电网的电本身就因为质量问题存在谐波；二是变压器由于其结构原理在应用中产生谐波；三是由于要节能而引入变频设备产生谐波。
其中油田抽油机变频设备的引入产生的谐波最为严重。
本文针对变频器产生谐波的问题提出一种有源电力滤波器的方法，从电路结构，谐波检测方法，控制方法三个方面进行研究。
该方法可以有效的解决在油田生产中由于变频器的使用而带来的谐波污染问题，可以在一定程度上节约能耗，为油田高效、低污染地利用电能开辟重要途径。
二、APF系统研究2.1变频器谐波污染分析目前油田的大区域原油基本被开采完毕，产量以及油层饱和度都在以平稳的速率保持下降，且油内结构空包、存水等异常状态明显的形式而言，此阶段中若抽油机仍旧维持平行动力作用状态，轻则加剧设备摩擦损耗，重则将造成空抽现象，在不必要情况下耗损大量电能资源。
同时因抽油机的作用配比不均衡会间接引发电机持续发电，极易产生电能外放状况，造成外部电网的污染性反作用。
变频器的使用提高抽油机系统的运行效率，降低抽油机系统的能耗，满足油田生产的节能要求。
但变频器的使用所带来谐波污染也十分严重，变频器应用于游梁式抽油机中，可以提高生产效率、节约能源和减小环境污染，但它含有的输入电流波形呈尖峰状，其谐波成分复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频设备在油田中的广泛应用，对电网造成的谐波污染也越来越严重。
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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季晓春1，王建华2，嵇保健3曹武2，刘建春1(1.安科瑞电气股份有限公司，上海市，2018012.江苏省智能电网技术与装备重点实验室，东南大学电气工程学院，江苏省南京市2100963.南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏省南京市210009)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i N ，与中线零序电流分量补偿指令i Nref 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。