- 頭條福州大學科研人員提出不對稱配電網的綜合補償方法2022-12-02 作者：游建章、郭謀發 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為解決配電網電力電子設備存在的功能單一、利用率低、造價高及協同難等問題，福州大學電氣工程與自動化學院的研究人員游建章、郭謀發，在2022年第11期《電工技術學報》上撰文，提出含四橋臂H橋變流器的新型多功能綜合補償裝置拓撲結構及其綜合補償方法。
隨著電力電子技術的迅速發展，電力電子設備以控制靈活的特點廣泛應用于配電網，主要可分為兩大類：功率變換型和電能質量調節型。功率變換型包括發電端的風力發電變流器和光伏發電變流器、消納可再生能源的電力儲能變流器、用于功率雙向控制的電力電子變壓器（PET）和柔性多狀態開關（SOP）。
電能質量調節型包含配電網靜止同步補償器（DSTATCOM）/靜止無功發生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）、動態電壓恢復器（DVR）、電力彈簧（ES）和統一電能質量調節器（UPQC）。其中SVG和APF的工作原理類似，通過柔性控制變流器注入電流，使其與給定或檢測的無功功率或諧波電流大小相等、方向相反，實現無功功率或諧波電流的補償。
配電網深入用電負荷末端，結構復雜，普遍存在單相接地故障，接地故障電弧無法自行熄滅將引發火災和電網設備擊穿損壞。傳統的消弧線圈無法補償諧波和有功分量，接地故障殘流較大，仍存在接地故障電弧重燃和人身觸電的隱患。因此國內外學者借鑒有源無功補償和諧波抑制原理，將柔性電力電子技術應用于接地故障電流補償。
瑞典SN公司研制出剩余電流補償裝置（RCC），其結構為有源逆變器經升壓變壓器并聯于消弧線圈兩端，有源逆變器補償接地故障電流的有功分量和諧波分量，實現接地故障電流的全補償。有學者提出以單相級聯H橋變流器作為接地故障電流補償裝置，省去了升壓變壓器和消弧線圈。
上述已有的柔性電力電子設備，包括功率變換型、電能質量調節型和接地故障電流補償型，均存在設備功能單一，僅能滿足特定的電網運行需求，設備利用率較低，造價較高等問題。為節約成本，國內外學者開始研究將電力電子設備的功能進行融合，以提高設備的利用效率，增強經濟性。他們所研究的多功能電力電子設備主要融合功率變換和電能質量治理中的兩種功能，均對電網正常運行狀態下的電氣量進行調節，尚未考慮接地故障電流補償。
有學者提出以三相級聯H橋變流器作為接地故障電流補償裝置，三相直接掛接于配電線路，中性點直接接地，可拓展用于無功補償和諧波抑制。但每相級聯H橋變流器耐壓為線電壓，需投入較多電力電子元件。有學者提出SVG中性點經消弧線圈接地，具有接地故障電流補償和無功補償功能的裝置，每相級聯H橋變流器耐壓為相電壓，但受消弧線圈元件特性影響，接地故障電流補償的動態性能欠佳。
針對配電網已有電力電子裝置功能單一和接地故障電流補償裝置僅在故障期間發揮作用，使用率低，以及拓撲結構存在動態響應速度欠佳和承受電壓高等問題，福州大學電氣工程與自動化學院的研究人員提出SVG中性點經級聯H橋（Cascaded H-Birdge, CHB）接地的新型四橋臂拓撲結構。同時，為降低綜合成本，以新型四橋臂拓撲結構作為綜合補償裝置結構，將有功和無功功率補償、三相不平衡負荷補償和三相對地參數不對稱電流補償，以及接地故障電流補償等功能集成至同一套補償裝置，并研究與之適應的控制方法。
他們提出基于分序解耦控制的多目標協同控制策略，成功實現了功率交換、電能質量調節和接地故障電流補償等方面的融合，理論上也可集成至PET、SOP和可再生能源并網逆變器中，有效提升了電力電子設備的適用性。考慮配電線路三相對地參數不對稱電流和接地故障電流補償的相互影響，進一步提出了三相對地參數不對稱電流補償與接地故障電流補償的切換方法，避免了二者切換期間因延時而產生過電流的風險。
另外，研究人員還提出了無需測量對地參數的三相對地參數不對稱電流的求取方法，在中性點不對稱電壓超過設定值時，控制綜合補償裝置接地橋臂使中性點不對稱電壓為零，同時測量接地橋臂電流，該電流即為三相對地參數不對稱電流。
他們最后表示，下一步將研發基于四橋臂級聯H橋變流器的綜合補償裝置樣機，對該綜合補償方法進行實驗驗證。
本文編自2022年第11期《電工技術學報》，論文標題為“含四橋臂H橋變流器的不對稱配電網綜合補償方法”。本課題得到了國家自然科學基金資助項目的支持。
