低压配电网三相不平衡补偿装置研究
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GAO Shiyu, TAN Fenglei
(Maintenance Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd. , Nanjing 211102, Jiangsu Province, China)
〔摘 要〕研究了一种低压配电网三相不平衡补偿装置。介绍了装置的三相可控电压源型逆变电路，分析 了工作原理并推导数学模型。基于 dq0 坐标变换检测指令电流，引入有源阻尼实现无阻尼 LCL 滤波；同时采 用空间矢量脉宽调制技术 SVPWM 提高系统的容量；最后进行了仿真和试验验证。试验结果证明了该方法的 正确性和有效性。
0 引言
近年来，我国社会用电量不断增加，中低压配 电网单相负荷迅猛增长，尤其是工业交流电弧炉、 电力机车的使用，加重了电网三相不平衡。三相负 荷不平衡会造成严重的危害，如增加线路的电能损 耗，降低配电变压器的出力，缩短用电设备寿命， 影响电度表计量，降低系统的运行效率等；情况严 重时还会干扰周围的通信系统，影响正常的通信质 量。因此，对三相不平衡负荷采取有效补偿，就变 得十分重要。
如图 1 所示，isx ( x 为 a，b，c) 为电网电流， iLx 为负载电流，icx 为装置产生的电流，并设 iLxh 为负载中的正序谐波和负序分量，iLxf 为负载中的 正序基波电流。
u sa
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O
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i La
i Lb
三相 不平
i Lc
衡负
载
ica icb icc
L1
L2
A
B
C
Cf 电网电流，式 (2) 为补偿后电 网电流。
i =i =i +i (1) sx Lx Lxf Lxh isx=iLx+iCx=iLxf+iLxh+(-iLxh)=iLxf (2) 显然，补偿之后，电网只含有正序基波电流， 电网电流不平衡度大大降低。 1.2 数学模型 低压配电网不平衡补偿装置采用三相可控电压 源型逆变器，为了分析和理解三相可控电压源型逆 变器的工作原理，下面建立其数学模型。为了简化 分析，将 LCL 结构等效为 1 个独立电感 L。 建立数学模型之前，首先定义三相功率管的开 关变量：
目前，在中、低压配电网中，主要采用手动或 自动投切的电容器组进行补偿。这种方法只能解决
功率因数的补偿问题，而不能有效平衡三相负荷。 文献 5 中采用晶闸管控制电抗器与固定电容器组结 合 (TCR+FC) 的方式，可在补偿负序电流的同时 补偿正序电流中的无功分量，从而完全补偿三相不 平衡负荷，但是很难实现连续调节和动态补偿。文 献 6 中采用 TSC+TCR 型式 SVC，通过改变 TCR 导通角和 TSC 投切组别，使 SVC 的电纳连续可调， 补偿三相不平衡，提高功率因数；但是受到 TSC 的限制，其动态性较差。
1 补偿装置工作原理及数学模型
1.1 工作原理 低压配电网不平衡补偿装置的基本工作原理：
首先提取负载电流中正序谐波和负序分量作为指令 电流，然后利用装置产生与指令电流大小相等、方 向相反的电流波形，注入电网，抵消电网中的正序 谐波和负序分量，使得补偿后的电网电流成为对称 的基波正序电流，进而补偿电网不平衡，提高电能 质量。
〔关键词〕低压配电网；不平衡补偿；有源阻尼；LCL 滤波 Abstract: This paper researches on a three-phase unbalance compensation device for low voltage distribution network. It introduces the three-phase controllable voltage source type inverter of the device, analyzes the device principle and deduces the mathematical model. The device detects the instruction current based on the dq0 coordinate transformation, realizes the undamped LCL filter by the introduction of active damping, and improves the system capacity by the space vector pulse width modulation (SVPWM) technology. Finally, this paper carries out the related simulation and experimental verification, and results show that the method is correct and effective. Key words: low voltage distribution network; unbalance compensation; active damping; LCL filtering 中图分类号: TM642+.2 文献标识码: A 文章编号: 1008-6226 (2019) 01-0039-07
为了实现连续调节和动态补偿，拟借助高频电 力电子器件，采用三相可控电压源型逆变器，应用 无阻尼 LCL 高频滤波环节，采用空间矢量脉宽调 制技术，补偿电网负荷不平衡，并以此方法研究了
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电力安全技术
第 21 卷 (2019 年第 1 期)
一种补偿装置。为了验证这种方法的可行性，现采 用 Matlab/Simulink 软件对系统进行仿真，并结 合实验结果进行分析。
第 21 卷 (2019 年第 1 期)
电力安全技术
低压配电网三相不平衡补偿装置研究
高世宇，谭风雷
(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)
Research on Low Voltage Distribution Network Three-phase Unbalance Compensation Device
(Maintenance Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd. , Nanjing 211102, Jiangsu Province, China)
〔摘 要〕研究了一种低压配电网三相不平衡补偿装置。介绍了装置的三相可控电压源型逆变电路，分析 了工作原理并推导数学模型。基于 dq0 坐标变换检测指令电流，引入有源阻尼实现无阻尼 LCL 滤波；同时采 用空间矢量脉宽调制技术 SVPWM 提高系统的容量；最后进行了仿真和试验验证。试验结果证明了该方法的 正确性和有效性。
0 引言
近年来，我国社会用电量不断增加，中低压配 电网单相负荷迅猛增长，尤其是工业交流电弧炉、 电力机车的使用，加重了电网三相不平衡。三相负 荷不平衡会造成严重的危害，如增加线路的电能损 耗，降低配电变压器的出力，缩短用电设备寿命， 影响电度表计量，降低系统的运行效率等；情况严 重时还会干扰周围的通信系统，影响正常的通信质 量。因此，对三相不平衡负荷采取有效补偿，就变 得十分重要。
如图 1 所示，isx ( x 为 a，b，c) 为电网电流， iLx 为负载电流，icx 为装置产生的电流，并设 iLxh 为负载中的正序谐波和负序分量，iLxf 为负载中的 正序基波电流。
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三相 不平
i Lc
衡负
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Cf 电网电流，式 (2) 为补偿后电 网电流。
i =i =i +i (1) sx Lx Lxf Lxh isx=iLx+iCx=iLxf+iLxh+(-iLxh)=iLxf (2) 显然，补偿之后，电网只含有正序基波电流， 电网电流不平衡度大大降低。 1.2 数学模型 低压配电网不平衡补偿装置采用三相可控电压 源型逆变器，为了分析和理解三相可控电压源型逆 变器的工作原理，下面建立其数学模型。为了简化 分析，将 LCL 结构等效为 1 个独立电感 L。 建立数学模型之前，首先定义三相功率管的开 关变量：
目前，在中、低压配电网中，主要采用手动或 自动投切的电容器组进行补偿。这种方法只能解决
功率因数的补偿问题，而不能有效平衡三相负荷。 文献 5 中采用晶闸管控制电抗器与固定电容器组结 合 (TCR+FC) 的方式，可在补偿负序电流的同时 补偿正序电流中的无功分量，从而完全补偿三相不 平衡负荷，但是很难实现连续调节和动态补偿。文 献 6 中采用 TSC+TCR 型式 SVC，通过改变 TCR 导通角和 TSC 投切组别，使 SVC 的电纳连续可调， 补偿三相不平衡，提高功率因数；但是受到 TSC 的限制，其动态性较差。
1 补偿装置工作原理及数学模型
1.1 工作原理 低压配电网不平衡补偿装置的基本工作原理：
首先提取负载电流中正序谐波和负序分量作为指令 电流，然后利用装置产生与指令电流大小相等、方 向相反的电流波形，注入电网，抵消电网中的正序 谐波和负序分量，使得补偿后的电网电流成为对称 的基波正序电流，进而补偿电网不平衡，提高电能 质量。
〔关键词〕低压配电网；不平衡补偿；有源阻尼；LCL 滤波 Abstract: This paper researches on a three-phase unbalance compensation device for low voltage distribution network. It introduces the three-phase controllable voltage source type inverter of the device, analyzes the device principle and deduces the mathematical model. The device detects the instruction current based on the dq0 coordinate transformation, realizes the undamped LCL filter by the introduction of active damping, and improves the system capacity by the space vector pulse width modulation (SVPWM) technology. Finally, this paper carries out the related simulation and experimental verification, and results show that the method is correct and effective. Key words: low voltage distribution network; unbalance compensation; active damping; LCL filtering 中图分类号: TM642+.2 文献标识码: A 文章编号: 1008-6226 (2019) 01-0039-07
为了实现连续调节和动态补偿，拟借助高频电 力电子器件，采用三相可控电压源型逆变器，应用 无阻尼 LCL 高频滤波环节，采用空间矢量脉宽调 制技术，补偿电网负荷不平衡，并以此方法研究了
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电力安全技术
第 21 卷 (2019 年第 1 期)
一种补偿装置。为了验证这种方法的可行性，现采 用 Matlab/Simulink 软件对系统进行仿真，并结 合实验结果进行分析。
第 21 卷 (2019 年第 1 期)
电力安全技术
低压配电网三相不平衡补偿装置研究
高世宇，谭风雷
(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)
Research on Low Voltage Distribution Network Three-phase Unbalance Compensation Device