(貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 引 言

隨著新能源、信息技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展以及分布式電源和分布式儲(chǔ)能的大量接入，對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高[1-2]。三相不平衡是影響配電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要因素之一，在中低壓配電網(wǎng)中普遍存在，而三相負(fù)荷不平衡是導(dǎo)致三相不平衡的主要原因[3-4]。當(dāng)配電網(wǎng)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)三相電壓不平衡，從而引起線路損耗增大、配電變壓器出力降低、用電設(shè)備損害等問題[5]。因此，治理三相負(fù)荷不平衡提高配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的關(guān)鍵問題。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)配電網(wǎng)三相不平衡已有大量研究并取得一定成果，文獻(xiàn)[6]提出一種基于無源性滑膜非線性的MMC-UPFC控制策略，并通過MMC-UPFC串聯(lián)側(cè)變流器來補(bǔ)償負(fù)序電流，以實(shí)現(xiàn)抑制三相不平衡。文獻(xiàn)[7]介紹了一種自動(dòng)換向的三相負(fù)荷平衡技術(shù)，通過在線調(diào)節(jié)負(fù)荷接入的相別，將負(fù)荷均衡分布到各相序中。文獻(xiàn)[8]則提出了一種基于遺傳算法平衡負(fù)荷的配網(wǎng)重構(gòu)方法，既平衡了負(fù)荷又降低了網(wǎng)損。文獻(xiàn)[9-10]采用無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行快速平衡化補(bǔ)償，并降低了無功電流諧波含量。

雖然關(guān)于配電網(wǎng)三相不平衡的研究很多，且有相關(guān)綜述，但是對(duì)其研究方法歸類不完全，也未對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)。本文在目前國(guó)內(nèi)外三相不平衡抑制研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步綜合分析了三相不平衡度的計(jì)算并從負(fù)荷相序平衡、配網(wǎng)重構(gòu)、負(fù)荷補(bǔ)償三個(gè)方面綜述配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的治理方法。

1 三相不平衡度計(jì)算

配電網(wǎng)三相負(fù)荷的不平衡由多種原因造成，其主要原因有以下兩種：一是負(fù)荷的不對(duì)稱接入導(dǎo)致的用電負(fù)荷不均；二是負(fù)荷用電的隨機(jī)性，極難保證三相同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)[12]。

三相電壓不平衡度是電能質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[13]，一般規(guī)定用電壓、電流的負(fù)序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根值的百分比表示。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》明確規(guī)定，正常情況下電網(wǎng)各級(jí)電壓的三相不平衡度不大于2%，每個(gè)用戶在公共連接點(diǎn)引起的三相不平衡度不得超過1.3%[14]。計(jì)算三相不平衡度是治理配電網(wǎng)三相不平衡的基礎(chǔ)，并為補(bǔ)償裝置的控制策略提供重要參數(shù)。三相不平衡度的計(jì)算方法一般分為兩種：一是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義三相不平衡度的計(jì)算方法；二是三相不平衡度的近似計(jì)算方法。

1.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義三相不平衡度的計(jì)算方法

國(guó)標(biāo)定義的三相不平衡度，用對(duì)稱分量法分解得到正序分量、負(fù)序分量和零序分量。計(jì)算公式為

(1)

三相電壓負(fù)序不平衡度

(2)

三相電壓零序不平衡度

(3)

國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)(CIGRE，International Council on Large Electric Systems)定義的三相電壓不平衡度計(jì)算方法，利用三相三線制系統(tǒng)的線電壓計(jì)算電壓不平衡度[15]，其公式為

(4)

Vab、Vbc、Vca——線電壓基波有效值。

1.2 三相不平衡度的近似計(jì)算方法

為了估算單個(gè)不平衡負(fù)荷對(duì)公共連接點(diǎn)造成的三相電壓不平衡度，通常設(shè)公共連接點(diǎn)與電源之間的聯(lián)系阻抗的正序阻抗和負(fù)序阻抗相等[16]，其公式為

(5)

式中I2——負(fù)序電流值;

UL——線電壓;

SK——公共連接點(diǎn)的三相短路容量。

對(duì)于并接于相間的單相負(fù)荷，其引起的不平衡度近似計(jì)算公式

(6)

式中SL——單相負(fù)荷容量;

SK——公共連接點(diǎn)的三相短路容量。

IEEE std 112-1991根據(jù)相電壓計(jì)算電壓不平衡度，為相電壓不平衡率(PVUR)[24]，其公式

(7)

式中Uave——三相電壓有效值的平均值;

UA、UB、UC——A、B、C三相電壓有效值。

IEEE std 936-1987定義的電壓不平衡度為相電壓不平衡率(PVUR)[17]，其公式

(8)

式中Uave——三相電壓有效值的平均值;

Umax——三相電壓有效值的最大相電壓;

Umin——三相電流有效值的最小相電壓。

國(guó)標(biāo)定義的如式(2)和式(3)的三相不平衡度計(jì)算法，需測(cè)量三相電壓的幅值、相位大小后再用對(duì)稱分量求出正、負(fù)序分量和零序分量，該方法計(jì)算過程復(fù)雜、電壓的大小和相位也不容易測(cè)量，在實(shí)際工程中很少使用；CIGRE定義如式(4)所示僅需線電壓的大小就能計(jì)算出三相不平衡度，且結(jié)果與國(guó)標(biāo)定義計(jì)算值相同；IEEE std 112-1991和IEEE std 936-1987定義的兩種近似計(jì)算方法，只需考慮線電壓的大小便可計(jì)算出不平衡度，但是計(jì)算結(jié)果誤差較大，不能反映電網(wǎng)相角不平衡情況，適用于粗略的估算三相不平衡度。

2 負(fù)荷相序平衡法

負(fù)荷相序平衡以不改變配電網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)為前提，通過人工手動(dòng)換相或自動(dòng)換相裝置，將不平衡負(fù)荷合理的平均分配到各相上，從而降低三相負(fù)荷不平衡度[18]。根據(jù)換相方法的不同可分為人工換相和自動(dòng)換相。

2.1 人工換相

人工換相是將人工測(cè)量或者系統(tǒng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，工作人員再采用試錯(cuò)法對(duì)低壓線路上的三相負(fù)荷進(jìn)行換相操作，使負(fù)荷平均分配以達(dá)到降低三相不平衡度的目的。

人工換相主要通過人工操作來完成，成本相對(duì)較低，但是在換相前需要處理大量數(shù)據(jù)，需要工作人員具有非常專業(yè)的操作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)用電負(fù)荷具有隨機(jī)性和不確定性，人工不能對(duì)實(shí)際負(fù)荷的不平衡狀況進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)整[16]，因此，該方法只能在一定程度上降低三相負(fù)荷不平衡度，難以達(dá)到好的平衡效果。

2.2 自動(dòng)換相

自動(dòng)換相是根據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以平衡三相電流、改善電壓分布、降低有功損耗、增加線路容量等為目標(biāo)或約束條件建立數(shù)學(xué)模型，利用優(yōu)化算法求出最優(yōu)負(fù)荷不平衡的換相控制策略，并通過切換開關(guān)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)換向，從而降低三相負(fù)荷不平衡度[16]。其結(jié)構(gòu)主要分為控制單元和自動(dòng)切換單元[19]，控制單元用于采集三相電流、計(jì)算三相不平衡度、判斷負(fù)荷的平衡狀況，并實(shí)時(shí)與換相開關(guān)通訊獲取線路負(fù)載狀況，執(zhí)行換相控制策略，進(jìn)而控制換相單元自動(dòng)切換相序；自動(dòng)切換單元將測(cè)量的負(fù)荷電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)等信息，通過電力線載波傳送給控制單元，并接收控制單元的指令，自動(dòng)切換負(fù)荷相序，減小三相不平衡度，提高電能質(zhì)量。圖1為自動(dòng)換相系統(tǒng)示意圖。

自動(dòng)換相能實(shí)時(shí)調(diào)整三相負(fù)荷，解決了人工換向的弊端。文獻(xiàn)[21]以平衡三相電流、自動(dòng)換相裝置開關(guān)切換次數(shù)最少為目的，基于向量基因遺傳算法，實(shí)現(xiàn)了配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡實(shí)時(shí)在線治理，同時(shí)低壓負(fù)荷在線自動(dòng)裝置采用低壓復(fù)合開關(guān)設(shè)計(jì)，融合了磁保持繼電保護(hù)和電力電子開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，換相過程基本無電能損耗，對(duì)用戶無沖擊，保證供電可靠性。文獻(xiàn)[22]提出了一種固態(tài)智能換相開關(guān)解決三相不平衡的方法，相比手動(dòng)換相和常規(guī)智能換相開關(guān)，其實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，負(fù)荷供電不受影響。但切換相序時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫停電，自動(dòng)切換開關(guān)與負(fù)荷串聯(lián)，開關(guān)發(fā)生故障時(shí)將導(dǎo)致用戶停電[20]，一些特殊負(fù)荷(例如醫(yī)院、銀行等)不適合換相操作。

3 配網(wǎng)重構(gòu)法

配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的一種重要方法，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化情況，改變聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)的離合狀態(tài)、從而改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，既能使?fù)荷在各線路和變壓器之間平均分配，達(dá)到平衡負(fù)荷的目的，又能降低網(wǎng)損、提高電能質(zhì)量[23]。

配網(wǎng)重構(gòu)常用算法主要有數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、最優(yōu)流模式法、支路交換法、人工智能算法等，大多以網(wǎng)損最小作為目標(biāo)，而以負(fù)荷平衡為目的配電網(wǎng)重構(gòu)，則是通過開關(guān)的操作實(shí)現(xiàn)饋線間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移來降低三相不平衡度[9]。在以負(fù)荷平衡為目標(biāo)的配網(wǎng)重構(gòu)中，文獻(xiàn)[24]提出了一種大規(guī)模三相不平衡配電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，隱含并行地搜索各領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解。文獻(xiàn)[25]采用了2個(gè)用以配電網(wǎng)故障恢復(fù)供電和平衡負(fù)荷的重構(gòu)算法，即啟發(fā)式算法與模糊算法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)域恢復(fù)供電，降低過負(fù)荷引起的不平衡狀況。文獻(xiàn)[26]以負(fù)荷平衡指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，網(wǎng)損為輔助目標(biāo)，采用改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法實(shí)現(xiàn)含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)重構(gòu)，在均衡負(fù)荷的同時(shí)降低了網(wǎng)損。文獻(xiàn)[27]提出了一種降低配電網(wǎng)總體三相不平衡度的配網(wǎng)重構(gòu)模型，一定程度的改善了各節(jié)點(diǎn)三相電壓不對(duì)稱狀況，但是該方法重構(gòu)周期較長(zhǎng)。

配網(wǎng)重構(gòu)雖然能通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移，有效的平衡負(fù)荷，但配網(wǎng)重構(gòu)是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化策略，優(yōu)化目標(biāo)側(cè)重改善電網(wǎng)潮流分布以減小網(wǎng)絡(luò)損耗。同時(shí)開關(guān)操作和線路切換會(huì)損耗開關(guān)元件并具有一定停電風(fēng)險(xiǎn)。

4 負(fù)荷補(bǔ)償法

負(fù)荷補(bǔ)償是目前治理配電網(wǎng)三相不平衡最有效的方法，它主要是通過在配電網(wǎng)變壓器出線側(cè)或負(fù)荷側(cè)安裝補(bǔ)償裝置的方式對(duì)三相不平衡負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低三相電流不平衡度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)三相平衡運(yùn)行，提高電能質(zhì)量[28-29]。負(fù)荷補(bǔ)償不會(huì)改變配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，并且在治理配電網(wǎng)三相負(fù)荷不對(duì)稱的同時(shí)，還能起到補(bǔ)償無功和抑制諧波的作用。其相關(guān)研究主要集中在負(fù)荷補(bǔ)償算法和負(fù)荷補(bǔ)償裝置。

4.1 負(fù)荷補(bǔ)償算法

負(fù)荷補(bǔ)償常用的算法主要有對(duì)稱分量法、同步對(duì)稱分量法、瞬時(shí)對(duì)稱分量法、瞬時(shí)無功功率理論、以及基于瞬時(shí)無功功率理論的ip-iq法和p-q法等[16]。

4.1.1 基于對(duì)稱分量法的補(bǔ)償方法

對(duì)稱分量法是三相不平衡研究中常用的方法，通過把三相不平衡電流或電壓分解為對(duì)稱的零序、正序、負(fù)序電流或電壓?；趯?duì)稱分量法，逐漸研究完善得出同步對(duì)稱分量法、瞬時(shí)對(duì)稱分量法等算法，并應(yīng)用于各種負(fù)荷補(bǔ)償裝置以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷的補(bǔ)償。文獻(xiàn)[30]利用對(duì)稱分量法控制TSC+TCR混合型靜止無功補(bǔ)償器，實(shí)時(shí)對(duì)不平衡負(fù)荷的無功電流進(jìn)行補(bǔ)償，從而抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)。文獻(xiàn)[31]提出了基于同步對(duì)稱分量法的無功補(bǔ)償導(dǎo)納計(jì)算方法，該方可以省略鎖相環(huán)，且高效的補(bǔ)償對(duì)稱或不對(duì)稱負(fù)荷的無功功率，保持電壓趨于穩(wěn)定。文獻(xiàn)[32]提出了一種實(shí)時(shí)求取系統(tǒng)無功功率方法，將瞬時(shí)無功理論和對(duì)稱分量法結(jié)合，利用實(shí)時(shí)序分量功率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功補(bǔ)償，減小電壓波動(dòng)。

4.1.2 基于瞬時(shí)無功功率理論的補(bǔ)償方法

瞬時(shí)無功功率理論將三相電路的各相電壓和電流的瞬時(shí)值變換到dq兩相正交坐標(biāo)上研究，從而得到了諧波和無功電流檢測(cè)方法，如：iP-iq法、p-q以及id-iq法等。文獻(xiàn)[34]針對(duì)三相負(fù)荷不平衡問題提出了一種基于瞬時(shí)無功功率理論補(bǔ)償導(dǎo)納的新算法，以該算法控制靜態(tài)無功補(bǔ)償器(SVC)，同時(shí)補(bǔ)償了無功和三相不平衡。文獻(xiàn)[35]采用基于dq變換的運(yùn)算方式作為實(shí)時(shí)無功功率檢測(cè)方法，并將其應(yīng)用到裝置上實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。文獻(xiàn)[36]在基于瞬時(shí)無功功率理論的id-iq法基礎(chǔ)上，提出了將諧波環(huán)節(jié)中鎖相環(huán)的鑒相部分與Park變換相結(jié)合的新型諧波檢測(cè)算法。該方法不使用電壓信息直接提取諧波，消除了由電壓畸變、不對(duì)稱和電壓采集所帶來的檢測(cè)誤差，能快速的提取諧波。

4.2 負(fù)荷補(bǔ)償裝置

三相負(fù)荷不平衡補(bǔ)償裝置主要由檢測(cè)電路、控制電路、IGBT功率變換器組成[20]，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。其原理為：由檢測(cè)電路檢測(cè)電流、電壓信號(hào)后，控制電路再利用算法分離出有功、無功電流分量，計(jì)算補(bǔ)償量，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào);然后將驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳給IGBT驅(qū)動(dòng)電路，控制IGBT逆變橋交流側(cè)，形成補(bǔ)償電流。

目前，補(bǔ)償三相不平衡應(yīng)用最廣泛的方法是附加無功補(bǔ)償裝置，一方面，無功補(bǔ)償裝置響應(yīng)速度快，具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能；另一方面，兼具補(bǔ)償無功功率和濾除諧波的特點(diǎn)，能有效抑制三相不平衡。圖3為幾種無功補(bǔ)償裝置的分類。早期的無功補(bǔ)償裝置通過在三相間接入電容器、電抗器以及同步調(diào)相機(jī)，達(dá)到降低三相不平衡度的效果。雖然該方法結(jié)構(gòu)及控制方法簡(jiǎn)單，但不能實(shí)時(shí)跟蹤電流電壓，且分相調(diào)節(jié)有限、補(bǔ)償效果欠佳。只能適用于補(bǔ)償需求較低、負(fù)荷波動(dòng)較小的場(chǎng)合[36]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和用戶電能質(zhì)量需求，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置相繼出現(xiàn)。其中，靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、有源電力濾波器(APF)等是目前使用最多的補(bǔ)償裝置。

4.2.1 靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功補(bǔ)償器(Static Var Compensator，SVC)主要類型有晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)以及混合型補(bǔ)償器(TCR+TSC、MSC+TCR)等，圖4為幾種常用的裝置。TCR的單相由反并聯(lián)的晶閘管和電抗器串聯(lián)組成，通過調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)節(jié)電流的大小和無功功率。晶閘管觸發(fā)角α的有效調(diào)節(jié)范圍為90°～180°，當(dāng)α=90°時(shí)，晶閘管完全導(dǎo)通，電抗器完全接入，吸收的電流和無功功率最大；當(dāng)α=180°時(shí)，晶閘管完全截止，電抗器未接入系統(tǒng)，吸收的電流和無功功率為零；當(dāng)90°<α<180°時(shí)，晶閘管部分導(dǎo)通，吸收的電流和無功功率在最大值和零之間變化。由此可見，靜止無功補(bǔ)償器是一個(gè)可控、可連續(xù)調(diào)節(jié)的無功功率發(fā)生或吸收裝置，但同時(shí)TCR在控制晶閘管的過程中會(huì)產(chǎn)生諧波。TSC則由反并聯(lián)的晶閘管開關(guān)和電容器組構(gòu)成，與TCR不同的是TSC中的晶閘管等效于開關(guān)，通過晶閘管的開通與關(guān)斷兩種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)電容器組的投切。因此，TSC不會(huì)對(duì)電容造成諧波污染，可電容器組的容量不可調(diào)，會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償問題，控制速度也較慢。為實(shí)現(xiàn)更有效的補(bǔ)償效果，產(chǎn)生了一種混合型靜止無功補(bǔ)償器TCR+TSC，如圖4(c)所示。該裝置兼具了TCR和TSC的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)投入電容器組后出現(xiàn)欠補(bǔ)償時(shí)，則再投入電容器組進(jìn)行補(bǔ)償；若出現(xiàn)過補(bǔ)償，則調(diào)節(jié)TCR投入所需要的電抗值來抵消多余容性無功功率，并調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)電抗器的電感值，使補(bǔ)償效果達(dá)到最優(yōu)。

SVC具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)方便、補(bǔ)償效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于三相不平衡負(fù)荷補(bǔ)償。文獻(xiàn)[37]采用TCR+TSC作為三相不平衡補(bǔ)償裝置，既能補(bǔ)償三相不平衡又提高了三相負(fù)荷的功率因素。同樣文獻(xiàn)[38]研究設(shè)計(jì)了三相不平衡負(fù)荷的TCR+FC型SVC，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證了其良好的補(bǔ)償效果。文獻(xiàn)[39]對(duì)TCR+FC型SVC裝置的控制進(jìn)行了研究，采用基于瞬時(shí)無功理論的控制算法，以實(shí)現(xiàn)高壓自動(dòng)補(bǔ)償。但SVC也有不足之處，它主要通過接入的阻抗值來調(diào)節(jié)電流和無功功率，補(bǔ)償效果易受到電網(wǎng)電壓的影響。

4.2.2 靜止同步補(bǔ)償器

靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator ，STATCOM)應(yīng)用在配電網(wǎng)中通常被稱為D-STATCOM，其主電路結(jié)構(gòu)分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路，如圖5所示。主電路由交流側(cè)、變流器、直流側(cè)組成，交流側(cè)連接電抗器，起濾除諧波作用；變流器由電力電子開關(guān)器件IGBT組成，實(shí)現(xiàn)交流側(cè)與直流側(cè)的能量交換；直流側(cè)以電容、電感作為儲(chǔ)能元件，將直流電壓、電流逆變送到交流側(cè)。由于電流源型電逆變器中的儲(chǔ)能電抗損耗較大，運(yùn)行效率相對(duì)較低，所以電壓源型逆變器應(yīng)用最為廣泛。

STATCOM并聯(lián)在配電網(wǎng)中，可等效為可變無功電源，可靈活控制無功電流、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所需無功功率和諧波，有效地抑制配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡。相比于SVC，STATCOM具有響應(yīng)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更大、補(bǔ)償效果更好、諧波更少和體積小等優(yōu)點(diǎn)。因此，STATCOM被廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)中，且技術(shù)也成為研究熱點(diǎn)并快速發(fā)展。文獻(xiàn)[42]研究了電壓不平衡下鏈?zhǔn)絊TATCOM的補(bǔ)償方式，提出了無功補(bǔ)償和電壓控制兩種改進(jìn)補(bǔ)償方式。文獻(xiàn)[43]提出級(jí)聯(lián)星型STATCOM的負(fù)序電壓前饋和零序電壓穩(wěn)壓的控制方法，可避免電網(wǎng)故障時(shí)的電壓失穩(wěn)，并抑制三相不平衡。

4.2.3 有源電力濾波器

有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)能綜合補(bǔ)償三相不平衡、無功以及濾除諧波，在改善電能質(zhì)量方面被廣泛應(yīng)用。按照主電路儲(chǔ)能元件可分為電壓型有源濾波和電流型有源濾波，主電路圖如7所示。電壓型APF直流側(cè)接電容作為儲(chǔ)能元件，獨(dú)立的多電平模塊化結(jié)構(gòu)，可以級(jí)聯(lián)不同數(shù)目的單元產(chǎn)生不同的電平，損耗較低；而電流型APF以電感作為儲(chǔ)能元件，直流側(cè)電感損耗較大，且不能擴(kuò)展到多電平[40]。因此，電壓型APF目前使用較多。

APF由于兼具無功補(bǔ)償、諧波抑制的功能以及實(shí)際應(yīng)用的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，大多集中于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略。文獻(xiàn)[44]提出了改進(jìn)注入支路的并聯(lián)混合型有源電力濾波器，在諧波電流注入支路上不設(shè)置對(duì)諧波補(bǔ)償注入電網(wǎng)有影響的阻抗，并采用一種新的定頻滯環(huán)電壓控制方法來控制逆變器輸出電壓，以達(dá)到諧波補(bǔ)償電流和直流側(cè)電容電壓的準(zhǔn)確控制。文獻(xiàn)[45]針對(duì)APF的控制策略采用PI控制調(diào)節(jié)基波電流，諧振控制抑制諧波電流，并將兩種控制結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償高次諧波電流的同時(shí)提高魯棒性。文獻(xiàn)[46]針對(duì)三相不平衡問題，對(duì)四橋臂APF在靜止坐標(biāo)下采用改進(jìn)PR控制，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在電網(wǎng)負(fù)載和頻率不穩(wěn)定情況下仍能有效抑制諧波、補(bǔ)償三相不平衡。

綜上所述，對(duì)以上無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)說明各裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。如表1所示。

4 總結(jié)和展望

本文主要對(duì)配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)荷的治理方法進(jìn)行闡述。首先概述了配電網(wǎng)三相不平衡治理的必要性，介紹了三相不平衡度的計(jì)算方法；然后從負(fù)荷相序平衡、配網(wǎng)重構(gòu)、負(fù)荷補(bǔ)償三個(gè)方面詳細(xì)綜述了配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)荷補(bǔ)償方法，由于負(fù)荷補(bǔ)償裝置調(diào)節(jié)方便、補(bǔ)償效果明顯、補(bǔ)償速度快，并且具有諧波抑制功能使得其在實(shí)際工程中起到了重要作用。雖然目前已有許多學(xué)者對(duì)負(fù)荷三相不平衡進(jìn)行深入研究，也取得了較大突破，但還存在以下問題沒有得到實(shí)質(zhì)性解決：

(1)由于負(fù)荷變動(dòng)更靈活，需要提高負(fù)荷三相不平衡的補(bǔ)償靈活度，能更快速地跟蹤負(fù)荷變化；

(2)配電網(wǎng)中的配電變壓器在三相負(fù)荷不平衡工況下運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生零序電流，零序電流會(huì)對(duì)三相不平衡度產(chǎn)生較大影響，后續(xù)也應(yīng)考慮如何減少或者消除零序電流在系統(tǒng)中的流動(dòng)；

(3)事實(shí)上，無功補(bǔ)償裝置成本較高，今后的研究可著力于利用控制策略來消除諧波和三相不平衡電流。

表1 負(fù)荷補(bǔ)償裝置的性能比較