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隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電子設(shè)備以控制靈活的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)，主要可分為兩大類：功率變換型和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)型。功率變換型包括發(fā)電端的風(fēng)力發(fā)電變流器和光伏發(fā)電變流器、消納可再生能源的電力儲(chǔ)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(tài)開(kāi)關(guān)（SOP）。

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)型包含配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器（DSTATCOM）/靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）、電力彈簧（ES）和統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）。其中SVG和APF的工作原理類似，通過(guò)柔性控制變流器注入電流，使其與給定或檢測(cè)的無(wú)功功率或諧波電流大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率或諧波電流的補(bǔ)償。

配電網(wǎng)深入用電負(fù)荷末端，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍存在單相接地故障，接地故障電弧無(wú)法自行熄滅將引發(fā)火災(zāi)和電網(wǎng)設(shè)備擊穿損壞。傳統(tǒng)的消弧線圈無(wú)法補(bǔ)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(guó)內(nèi)外學(xué)者借鑒有源無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制原理，將柔性電力電子技術(shù)應(yīng)用于接地故障電流補(bǔ)償。

瑞典SN公司研制出剩余電流補(bǔ)償裝置（RCC），其結(jié)構(gòu)為有源逆變器經(jīng)升壓變壓器并聯(lián)于消弧線圈兩端，有源逆變器補(bǔ)償接地故障電流的有功分量和諧波分量，實(shí)現(xiàn)接地故障電流的全補(bǔ)償。有學(xué)者提出以單相級(jí)聯(lián)H橋變流器作為接地故障電流補(bǔ)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(shè)備，包括功率變換型、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)型和接地故障電流補(bǔ)償型，均存在設(shè)備功能單一，僅能滿足特定的電網(wǎng)運(yùn)行需求，設(shè)備利用率較低，造價(jià)較高等問(wèn)題。為節(jié)約成本，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始研究將電力電子設(shè)備的功能進(jìn)行融合，以提高設(shè)備的利用效率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性。他們所研究的多功能電力電子設(shè)備主要融合功率變換和電能質(zhì)量治理中的兩種功能，均對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的電氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，尚未考慮接地故障電流補(bǔ)償。

有學(xué)者提出以三相級(jí)聯(lián)H橋變流器作為接地故障電流補(bǔ)償裝置，三相直接掛接于配電線路，中性點(diǎn)直接接地，可拓展用于無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制。但每相級(jí)聯(lián)H橋變流器耐壓為線電壓，需投入較多電力電子元件。有學(xué)者提出SVG中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，具有接地故障電流補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償功能的裝置，每相級(jí)聯(lián)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(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)性能欠佳。

針對(duì)配電網(wǎng)已有電力電子裝置功能單一和接地故障電流補(bǔ)償裝置僅在故障期間發(fā)揮作用，使用率低，以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度欠佳和承受電壓高等問(wèn)題，福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員提出SVG中性點(diǎn)經(jīng)級(jí)聯(lián)H橋（Cascaded H-Birdge, CHB）接地的新型四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)，為降低綜合成本，以新型四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為綜合補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)，將有功和無(wú)功功率補(bǔ)償、三相不平衡負(fù)荷補(bǔ)償和三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱電流補(bǔ)償，以及接地故障電流補(bǔ)償?shù)裙δ芗芍镣惶籽a(bǔ)償裝置，并研究與之適應(yīng)的控制方法。

他們提出基于分序解耦控制的多目標(biāo)協(xié)同控制策略，成功實(shí)現(xiàn)了功率交換、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和接地故障電流補(bǔ)償?shù)确矫娴娜诤?，理論上也可集成至PET、SOP和可再生能源并網(wǎng)逆變器中，有效提升了電力電子設(shè)備的適用性?？紤]配電線路三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱電流和接地故障電流補(bǔ)償?shù)南嗷ビ绊?，進(jìn)一步提出了三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱電流補(bǔ)償與接地故障電流補(bǔ)償?shù)那袚Q方法，避免了二者切換期間因延時(shí)而產(chǎn)生過(guò)電流的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，研究人員還提出了無(wú)需測(cè)量對(duì)地參數(shù)的三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱電流的求取方法，在中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制綜合補(bǔ)償裝置接地橋臂使中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓為零，同時(shí)測(cè)量接地橋臂電流，該電流即為三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱電流。

他們最后表示，下一步將研發(fā)基于四橋臂級(jí)聯(lián)H橋變流器的綜合補(bǔ)償裝置樣機(jī)，對(duì)該綜合補(bǔ)償方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

本文編自2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“含四橋臂H橋變流器的不對(duì)稱配電網(wǎng)綜合補(bǔ)償方法”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。