CN206490439U

CN206490439U - 配电网三相电压不平衡的有源抑制装置

Info

Publication number: CN206490439U
Application number: CN201720127140.4U
Authority: CN
Inventors: 沈鑫; 张林山; 翟少磊; 王昕�; 刘柱揆; 闫永梅; 马红升
Original assignee: Electric Power Research Institute of Yunnan Power System Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Yunnan Power System Ltd
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2027-02-13

Abstract

本实用新型公开了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，包括：采样判断电路、信号处理电路、比较计算电路和电流注入电路；采样判断电路的信号发送端与信号处理电路的信号接收端相连接；信号处理电路的信号发送端与比较计算电路的信号接收端相连接；比较计算电路的信号发送端与电流注入电路的信号接收端相连接。本实用新型实施例提供的有源抑制装置，可以迅速、准确地检测配电网的动态变化，实现三相电压不平衡的实时补偿，而补偿过程不受配电网的对地参数的影响，且可提高抑制过程的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

Description

配电网三相电压不平衡的有源抑制装置

技术领域

本实用新型涉及配电网自动化领域，尤其涉及一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置。

背景技术

配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力系统中起到分配电能的作用。由于我国配电网惯行的接地方式、线路架设方法，及线路中电压互感器的不对称布置，使得我国配电网长期存在三相对地参数不对称的情况，容易引发三相电压不平衡。三相电压不平衡会给电力系统及用户带来一系列的危害，比如：降低配电变压器的出力，危及变压器的安全与寿命；增加电动机和输电线路的损耗；影响用电设备尤其是单相负荷的正常运行；危及电网绝缘，并给故障检测带来困难，容易导致保护装置误动作等。一旦在三相电压不平衡的情况下发生接地故障，还可能导致系统进入谐振状态，使中性点电压迅速增大，导致供电设备无法正常工作，影响配电系统供电可靠性。

目前，现有的国内外配电网三相电压不平衡的治理方法，包括：采用手动或自动投切电容器组和电抗器组来实现，通过在线路投入电容器组或电抗器组，补偿对地参数不平衡，但实际配电网运行方式多变，对地参数难以测量。而在中性点经消弧线圈接地系统中，为防止消弧线圈与线路对地电容发生谐振，产生更大的三相电压不平衡，一般采用消弧线圈串联或并联合适大小的电阻接地，增加了消弧线圈补偿回路的电网阻尼率，以抑制中性点电压。

但是，上述方法难以迅速、准确地跟踪配电网的动态变化，实现不平衡过电压的实时补偿，补偿精度有限；且配电网对地参数难以测量，使抑制三相电压不平衡的速度和精度存在局限性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，以解决现有的装置难以迅速、准确地跟踪配电网的动态变化，实现不平衡过电压的实时补偿，补偿精度有限；且配电网对地参数难以测量，使抑制三相电压不平衡的速度和精度存在局限性的问题。

本实用新型实施例提供了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，包括：采样判断电路、信号处理电路、比较计算电路和电流注入电路，其中，

所述采样判断电路的信号发送端与所述信号处理电路的信号接收端相连接；

所述信号处理电路的信号发送端与所述比较计算电路的信号接收端相连接；

所述比较计算电路的信号发送端与所述电流注入电路的信号接收端相连接。

可选的，所述比较计算电路包括：脉冲驱动电路、不可控整流器、逆变器和输出滤波电路；所述脉冲驱动电路的信号接收端与所述信号处理电路的信号发送端相连接；所述脉冲驱动电路的信号发送端与所述逆变器的一个信号接收端相连接；所述不可控整流器的信号发送端与所述逆变器的另一个信号接收端相连接；所述逆变器的信号发送端与所述输出滤波电路的信号接收端相连接。

可选的，所述电流注入电路包括：注入变压器和消弧线圈电感，所述注入变压器的初级线圈与所述输出滤波电路的信号发送端相连接，所述注入变压器的次级线圈与所述消弧线圈电感并联。

可选的，所述输出滤波电路包括：滤波电感和滤波电容，所述滤波电容并联于所述逆变器和所述注入变压器之间，所述滤波电感串联于所述逆变器和所述滤波电容之间。

可选的，所述装置还包括：逆变器直流侧电容和电阻，所述逆变器直流侧电容和电阻并联于所述不可控整流器和所述逆变器之间。

由以上技术方案可知，本实用新型实施例提供了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，包括采样判断电路、信号处理电路、比较计算电路和电流注入电路；采样判断电路的信号发送端与信号处理电路的信号接收端相连接；信号处理电路的信号发送端与比较计算电路的信号接收端相连接；比较计算电路的信号发送端与电流注入电路的信号接收端相连接。本实用新型实施例提供的采样判断电路，用于采集配电网三相电压和中性点电压，根据所述中性点电压与所述配电网三相电压的大小关系，判断所述配电网是否发生三相电压不平衡；如果所述配电网发生三相电压不平衡，则由信号处理电路向发生所述三相电压不平衡的配电网中性点注入电流，根据遍历最优注入电流的方法，调整所述注入电流的相位和幅值，确定使所述中性点电压最低的最优注入电流；再由比较计算电路将所述最优注入电流作为参考电流，通过闭环反馈控制方法，与实际注入电流进行比较计算，得到最终的注入电流；最后由电流注入电路根据所述最终的注入电流，生成脉冲信号，产生脉冲电压，所述脉冲电压经过处理后注入中性点，使所述中性点电压为零，消除所述配电网三相电压不平衡。因此，本实用新型实施例提供的有源抑制装置，可以迅速、准确地检测配电网的动态变化，实现三相电压不平衡的实时补偿，而补偿过程不受配电网的对地参数的影响，且可提高抑制过程的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例示出的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例示出的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置的电路原理图；

图3(a)为本实用新型实施例示出的固定幅值时注入电流相位与中性点电压的关系图；

图3(b)为本实用新型实施例示出的固定相位时注入电流幅值与中性点电压的关系图；

图4为本实用新型实施例示出的比较计算电路采用的闭环反馈控制方法的控制框图；

图5为本实用新型实施例示出的比例谐振控制器的根轨迹示意图；

图6为本实用新型实施例示出的比例谐振控制器k_r变化时的波特图；

图7为本实用新型实施例示出的三相电压不平衡抑制前后中性点电压仿真波形图；

图8为本实用新型实施例示出的三相电压不平衡抑制前后三相电压仿真波形图；

图9为本实用新型实施例示出的三相不平衡时注入的零序电流与参考电流的对比波形图。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置的结构框图。

本实用新型实施例提供了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，包括：采样判断电路1、信号处理电路2、比较计算电路3和电流注入电路4，其中，

所述采样判断电路1的信号发送端与所述信号处理电路的信号接收端相连接；所述信号处理电路的信号发送端与所述比较计算电路的信号接收端相连接；所述比较计算电路的信号发送端与所述电流注入电路的信号接收端相连接。

采样判断电路1，用于采集所述配电网三相电压和中性点电压，根据所述中性点电压与所述配电网三相电压的大小关系，判断所述配电网是否发生三相电压不平衡；

信号处理电路2，用于如果所述配电网发生三相电压不平衡，则向发生所述三相电压不平衡的配电网中性点注入电流，根据遍历最优注入电流的方法，调整所述注入电流的相位和幅值，确定使所述中性点电压最低的最优注入电流；

比较计算电路3，用于将所述最优注入电流作为参考电流，通过闭环反馈控制方法，与实际注入电流进行比较计算，得到最终的注入电流；

电流注入电路4，用于根据所述最终的注入电流，生成脉冲信号，产生脉冲电压，所述脉冲电压经过处理后注入中性点，使所述中性点电压为零，消除所述配电网三相电压不平衡。

可选的，所述比较计算电路3包括：脉冲驱动电路、不可控整流器、逆变器和输出滤波电路；所述脉冲驱动电路的信号接收端与所述信号处理电路2的信号发送端相连接；所述脉冲驱动电路的信号发送端与所述逆变器的一个信号接收端相连接；所述不可控整流器的信号发送端与所述逆变器的另一个信号接收端相连接；所述逆变器的信号发送端与所述输出滤波电路的信号接收端相连接。

脉冲驱动电路用于发送脉冲信号，由脉冲宽度调制驱动，利用微处理器的数字信号输出对模拟电路进行控制；不可控整流器由不可控二极管组成，用于对电路进行整流；逆变器用于将直流电转换为交流电；输出滤波电路用于对电路进行滤波。

可选的，所述电流注入电路4包括：注入变压器和消弧线圈电感，所述注入变压器的初级线圈与所述输出滤波电路的信号发送端相连接，所述注入变压器的次级线圈与所述消弧线圈电感并联。

由于配电网中的逆变设备含有大量谐波、非线性负荷，严重危害电网安全稳定运行，因此，需要利用输出滤波电路进行滤波处理。

本实用新型实施例提供的有源抑制装置，由采样判断电路1实时采集配电网的三相电压和中性点电压，并以此判断配电网是否发生三相电压不平衡现象，由信号处理电路22对有源逆变器注入的电流进行处理，通过遍历最优注入电流的方法，确定可使中性点电压达到最低时的最优注入电流，由比较计算电路3将实际注入到中性点的电流与最优注入电流进行比较计算，通过闭环反馈控制方法，控制实际注入电流与最优注入电流相等，得到最终注入电流；由电流注入电路4将最终注入电流即刻注入到配电网中性点，补偿三相对地不平衡电流，抑制中性点电压为零，从而实现消除配电网三相电压不平衡。本实用新型实施例提供的有源抑制装置，在抑制配电网三相电压不平衡的过程中，无需实时测量配电网的对地参数，在补偿中性点电流时不受配电网对地参数的影响，补偿精度更高，并通过闭环反馈控制方法，可以稳定地提高注入电流的可控性，控制精度高、稳态误差低，进而提高抑制过程的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

在实际应用时，本实用新型实施例提供的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，可按照以下方法步骤进行：

S1、采集配电网三相电压和中性点电压，根据所述中性点电压与所述配电网三相电压的大小关系，判断所述配电网是否发生三相电压不平衡；

S2、如果所述配电网发生三相电压不平衡，则向发生所述三相电压不平衡的配电网中性点注入电流，根据遍历最优注入电流的方法，调整所述注入电流的相位和幅值，确定使所述中性点电压最低的最优注入电流；

S3、将所述最优注入电流作为参考电流，通过闭环反馈控制方法，与实际注入电流进行比较计算，得到最终的注入电流；

S4、根据所述最终的注入电流，生成脉冲信号，产生脉冲电压，所述脉冲电压经过处理后注入中性点，使所述中性点电压为零，消除所述配电网三相电压不平衡。

本实用新型实施例提供的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，通过有源逆变器向配电网中性点注入特定幅值与相位的电流，补偿三相对地不平衡电流，调控零序电压，将中性点电压抑制到零，从而实现三相电压不平衡的抑制。

本实用新型实施例提供的消除配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，其有源抑制原理为：

参见图2，为本实用新型实施例提供的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置的电路原理图。

图2中，E_A、E_B、E_C是配电网三相电源，R_A、R_B、R_C、C_A、C_B、C_C分别表示配电线路三相对地电阻及电容，L_C为消弧线圈电感，T表示注入变压器，C_dc、R_dc为逆变器直流侧电容、电阻，L₀、C₀构成逆变器的输出滤波电路。

由基尔霍夫定律可知，中性点电压为：

其中，分别为配电网三相对地参数的导纳。

若向中性点注入电流：I_i＝E_AY_A+E_BY_B+E_CY_C；

则U_N＝0，从而实现了三相不平衡过电压的抑制。

基于上述有源抑制原理，本实用新型实施例提供的装置按照如下方法进行。

具体地，在步骤S1中，由采样判断电路1执行，采集配电网三相电压和中性点电压，根据所述中性点电压与所述配电网三相电压的大小关系，判断所述配电网是否发生三相电压不平衡；

实时检测配电网三相电压和中性点电压，如果所述中性点电压大于所述配电网三相电压的5％，则判断所述配电网发生三相电压不平衡；如果所述中性点电压小于或等于所述配电网三相电压的5％，则判断所述配电网未发生三相电压不平衡。

在步骤S2中，如果所述配电网发生三相电压不平衡，则向发生所述三相电压不平衡的配电网中性点注入电流，根据遍历最优注入电流的方法，调整所述注入电流的相位和幅值，确定使所述中性点电压最低的最优注入电流；

向发生三相电压不平衡的配电网中注入电流，根据有源抑制原理可知，注入电流与配电网的对地参数有关，但电网运行方式多变，难以实现对地参数的实时测量，因此，本实用新型实施例提供的信号处理电路2所采用的遍历最优注入电流的方法，即通过调整注入电流的相位和幅值，搜寻中性点电压最小时的注入电流，确定的最优注入电流的结果更加准确，方法更易实现，进而替代现有的检测配电网对地参数的方法。

上述公开的遍历最优注入电流的方法，由信号处理电路2执行，具体包括以下步骤：

S201、连续采集中性点电压，以一非零的所述注入电流的幅值为基准幅值，改变所述注入电流的相位；

S202、遍历所述中性点电压集，如果所述中性点电压集中存在中性点电压的最小值，则确定所述中性点电压最小值对应的所述注入电流的相位为最优相位；

S203、以所述最优相位为基准相位，改变所述注入电流的幅值；

S204、遍历所述中性点电压集，如果所述中性点电压集中存在中性点电压的最小值，则确定所述中性点电压最小值对应的所述注入电流的幅值为最优幅值；

S205、根据所述最优相位和所述最优幅值，得到所述最优注入电流。

本实用新型实施例提供的装置所采用的遍历最优注入电流的方法，由信号处理电路 2执行，其实质是：先连续测量中性点电压，并固定某一非零的注入电流的幅值，然后以Δθ为基准改变注入电流的相位，查找使中性点电压最小时的注入电流的相位，将此时的相位确定为最优相位；再固定该最优相位，以ΔI为基准改变注入电流幅值，查找使中性点电压最小时的注入电流的幅值，将此时的幅值确定为最优幅值。综合以上两个查找步骤，最终得到最优注入电流。

在实际应用中，遍历注入电流的最优幅值和相位，其实现的前提是注入电流的幅值和相位均单调收敛。为了验证中性点电压与注入电流的单调性关系，以380V模拟配电网三相电压不平衡状态下，中性点电压与注入电流幅值和相位的关系为例进行举例说明，如图3(a)和(b)所示。设置的配电网三相电压不平衡参数如表1所示。

表1三相不平衡有源抑制系统相关参数

参见图3(a)，为固定幅值时注入电流相位与中性点电压的关系图。

由图可知，固定注入电流幅值时，随着相位的增大，中性点电压先减小后增大，存在唯一的使中性点电压最低的注入电流的相位，将此相位确定为最优相位。

参见图3(b)，为固定相位时注入电流幅值与中性点电压的关系图。

从图中可以看出，固定注入电流的最优相位，中性点电压随注入电流幅值的增大而先减小后增大，存在唯一的使中性点电压最低的注入电流幅值，将此幅值确定为最优幅值。

本实用新型实施例提供的由信号处理电路2执行的遍历最优注入电流的方法，通过上述分析得到了注入电流与中性点电压的单调关系，可以准确的确定使中性点电压达到最小时的注入电流，无需实时测量因配电网运行方式多变，而难以实现测量的配电网的对地参数。该遍历最优注入电流的方法，可以替代现有的检测方式，使检测到的最优注入电流更加的准确、合理。

在步骤S3中，由比较计算电路3执行，将所述最优注入电流作为参考电流，通过闭环反馈控制方法，与实际注入电流进行比较计算，得到最终的注入电流；

为减小外界干扰对注入电流的影响，提高逆变器输出波形的稳定性，对注入电流采用闭环反馈控制方法。该方法可以稳定地提高注入电流的可控性，控制精度高、稳态误差低，进而提高系统的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

本实用新型实施例提供的比较计算电路3所采用的闭环反馈控制方法，根据通过遍历得到的最优注入电流，以此作为参考电流，与实际注入电流进行比较计算，将得到的最终注入电流输入到电流闭环。

参见图4，为本实用新型实施例提供的比较计算电路3采用的闭环反馈控制方法的控制框图。

具体地，本实用新型实施例提供的比较计算电路3所采用的闭环反馈控制方法，具体包括以下步骤：

S301、采集中性点电压和注入所述中性点的实际注入电流；

该方法以注入电流为控制目标，通过传递函数，控制注入电流，使实际的注入电流满足注入条件。如图4所示，I_i为注入电流。

S302、对所述实际注入电流进行控制和转换处理，得到闭环反馈控制传递函数；

将实际注入电流经过比例谐振控制器控制，得到传递函数结果为G_PR，然后经过逆变器转换处理，此时经过控制和转换的结果为比例谐振控制器传递函数与逆变器增益传递函数的乘积，即其中PR表示比例谐振控制器，K_INV为逆变器增益。

S303、获取闭环反馈控制传递函数的输出电压，对所述中性点电压和所述输出电压依次进行正反馈卷积计算和积分计算，得到计算结果；

根据经过闭环反馈控制传递函数的逆变器的输出电压，和中性点电压一起进行卷积计算，将得到的卷积计算结果再经过一系列的积分计算，得到最终的计算结果。

S304、以所述最优注入电流为参考电流，控制所述计算结果与所述参考电流相等，得到所述最终的注入电流；其中，所述计算结果为对所述实际注入电流进行计算的结果。

根据步骤S3中的结果，将得到的最优注入电流作为参考电流，再将上一步骤中得到的计算结果与参考电流进行卷积计算，得到最终的注入电流，使最终的注入电流与参考电流相等，即完成全部的传递函数。

为参考电流，控制实际注入电流，使得满足上述约束条件的注入电流为最终注入中性点的电流，此电流注入中性点后，可使中性点电压为零，实现抑制配电网电压不平衡的目的。此时注入中性点中，抑制中性点电压为零的电流为零序电流。

本实用新型实施例提供的闭环反馈控制方法的全部传递函数可表示为： G(s)＝G_PRK_INVG_Y；

其中，

式中，k_p、k_r为比例谐振控制器的比例、积分系数，ω₀为谐振频率，ω_c为截止频率，C_s、L_s、R_s分别表示配电网的等效电容、等效电感及等效电阻。

本实用新型实施例提供的比较计算电路3所采用的闭环反馈控制方法，基于比例谐振控制，其控制过程即为传递函数的过程，由脉冲驱动电路控制整流器、逆变器及输出滤波器共同完成，通过控制注入电流，使其与参考电流，即最优注入电流相等，使得注入电流为可以抑制中性点电压为零时的零序电流，该闭环反馈控制方法的控制过程稳定，可以实现对注入电流的精准控制，以提高抑制过程的动、稳态性能。

具体地，上述步骤S303，对中性点电压和所述输出电压依次进行正反馈卷积计算和积分计算，得到计算结果的过程，具体包括以下步骤：

S3031、根据所述闭环反馈控制传递函数，对所述中性点电压和所述输出电压进行正反馈卷积计算，得到正反馈卷积结果；

S3032、根据所述正反馈卷积结果，进行电感积分计算，得到实时电流值；

根据逆变器的输出电压U₀和中性点电压U_N，进行卷积计算。卷积计算之后输出信号，并进行电感L₀积分计算，得到流过滤波电感的电流值I_L。

S3033、对所述实时电流值和所述实际注入电流进行卷积计算，得到卷积计算结果；

S3034、根据所述卷积计算结果，进行电容积分计算，得到积分计算值；

对流过滤波电感的电流值和实际注入电流再次进行卷积计算，得到电流流过滤波电容，对流过滤波电容上的电流I_C进行电容C₀积分计算，得到的积分计算值被传递到下一步。

S3035、将所述中性点电压带入所述积分计算值，依次进行等效电阻逆运算、等效电容微分计算和等效电感积分计算，得到计算结果。

将中性点电压U_N带入步骤S3034中，对配电网的等效电阻R_s进行逆运算，对配电网的等效电容C_s进行微分计算，对配电网的等效电感L_s进行积分计算，此三个计算过程为并行计算过程，是同时进行的。

其中，C_s＝(C_A+C_B+C_C)/n²，R_s＝n²(R_A//R_B//R_C)，L_s＝n²L_c，n为注入变压器变比， R_A、R_B、R_C是电力系统中的A、B、C三相电阻。

本实用新型实施例提供的闭环反馈控制方法，由比较计算电路3执行，以有源逆变器向配电网中注入的电流为控制目标，通过传递函数的控制过程，控制实际注入电流与参考电流相等，将此时的电流注入中性点，补偿三相对地不平衡电流，抑制中性点的零序电压，从而实现配电网三相电压不平衡的抑制。该方法可以稳定地提高注入电流的可控性，控制精度高、稳态误差低，进而提高抑制过程的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

由上述传递函数的公式可知，影响传递函数结果的因素包括比例谐振控制器的比例系数和积分系数，因此，为了提高有源抑制方法在抑制过程中的稳定性，保证在受到外界干扰及对地参数变化时控制系统仍能有较好的动、稳态性能，有必要通过动、稳态分析设计比例谐波控制器的参数，采用先确定比例系数再确定积分系数的控制器参数设计方法，具体步骤如下。

第一，设计控制器的比例系数k_p。设计最佳的比例系数实质是设计可以增加稳定控制的参数，使控制过程更加的稳定，进而保证有源抑制方法的抑制效果达到最佳，消除配电网的三相电压不平衡。

在设计控制器比例系数k_p时，先将比例谐振控制器等效为比例控制器，并通过分析开环传递函数根轨迹的方式确定k_p的取值。

举例说明，在实际进行设计时，为使得系统输出平滑且超调较小，可设定系统阻尼比ζ＝0.707，此时ω_c＝ζω₀＝222rad/s，其他各参数具体取值如表2所示：

表2控制系统相关参数

如图5所示，为比例谐振控制器的根轨迹示意图。

从图中可以看出，闭环系统存在三条根轨迹，其中一条从复平面的原点沿实轴的负方向指向无穷远处，另外两条沿实轴对称，从共轭的极点指向零点。由于根轨迹均处于复平面的左半部分，故系统的增益k_p从零取到无穷大时，系统均处于稳定的状态。由此可知，

第二，设计控制器的积分系数k_r。设计最佳的积分系数实质是设计可以增加稳定控制的参数，使控制过程更加的稳定，进而保证有源抑制方法的抑制效果达到最佳，消除配电网的三相电压不平衡。

由于控制器系统阶数较高，因此通过根轨迹法确定控制器系统的比例系数后，可根据劳斯稳定性判据确定控制器积分系数的范围。将相关参数带入闭环特征方程1+G(s)＝0 可得：

劳斯稳定性判据表达式为：As⁵+Bs⁴+Cs³+Ds²+Es¹+F＝0；

其中，A＝R_sL₀L_s(C₀+C_s)；

B＝k_pk_INVR_sC_sL_s+L₀L_s[1+2ω_cR_s(C₀+C_s)]；

根据劳斯稳定性判据列劳斯表，如表3所示：

表3闭环特征方程对应的劳斯表

其中，Y₁＝(BC-AD)/B；Y₂＝(BE-AF)/B；Z₁＝(Y₁D-Y₂B)/Y₁；Z₂＝F； R＝(Z₁Y₂-Z₂Y₁)/Z₁；T＝Z₂。

根据表3，结合劳斯稳定性判据，可计算得出系统稳定时，k_r需满足的关系为k_r>0。因此，对于任意取值为正的积分系数，均能满足系统稳定性的要求。

为进一步确定k_r的取值，使控制系统拥有更优的动、稳态性能，通过分析波特图选取k_r值。图6为比例谐振控制器k_r变化时的波特图，其表示的是k_p＝3时，k_r分别取0.1， 1，10，100时闭环系统的波特图。

由图6可知，k_r的不同的取值并不会改变系统的稳定性，这与用劳斯稳定性判据分析的结果相同，但随着k_r的增大，系统的相角裕度随之减小，因此，k_r越小，系统的稳定性就越好；同时，不同k_r值对应的低频段及高频段的幅频特性基本相同，说明k_r的变化并不会影响系统的稳态误差和抗干扰能力。

综合上述分析，结合图6，设计谐振系数k_r＝1。此时系统相位裕度为90°，基波频率处增益为35.8dB，远离基波频率处增益下降较快，满足系统的动、稳态性能要求。因此，采用闭环反馈控制方法能有效地对注入电流进行控制，提高系统的抗干扰能力，保证输出波形平滑、稳定。

本实用新型实施例公开的比较计算电路3所采用的闭环反馈控制方法，基于比例谐振控制，先确定控制器的比例系数，再确定积分系数，提高了注入电流的可控性，实现无差拍调控，进而提高系统的动、稳态性能。

由以上技术方案可知，本实用新型实施例提供了一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，包括采样判断电路1、信号处理电路2、比较计算电路3和电流注入电路4；采样判断电路1的信号发送端与信号处理电路2的信号接收端相连接；信号处理电路2 的信号发送端与比较计算电路3的信号接收端相连接；比较计算电路3的信号发送端与电流注入电路4的信号接收端相连接。本实用新型实施例提供的采样判断电路1，用于采集配电网三相电压和中性点电压，根据所述中性点电压与所述配电网三相电压的大小关系，判断所述配电网是否发生三相电压不平衡；如果所述配电网发生三相电压不平衡，则由信号处理电路2向发生所述三相电压不平衡的配电网中性点注入电流，根据遍历最优注入电流的方法，调整所述注入电流的相位和幅值，确定使所述中性点电压最低的最优注入电流；再由比较计算电路3将所述最优注入电流作为参考电流，通过闭环反馈控制方法，与实际注入电流进行比较计算，得到最终的注入电流；最后由电流注入电路4 根据所述最终的注入电流，生成脉冲信号，产生脉冲电压，所述脉冲电压经过处理后注入中性点，使所述中性点电压为零，消除所述配电网三相电压不平衡。因此，本实用新型实施例提供的有源抑制装置，可以迅速、准确地检测配电网的动态变化，实现三相电压不平衡的实时补偿，而补偿过程不受配电网的对地参数的影响，且可提高抑制过程的动、稳态性能、响应速度及抑制精度。

为了验证本实用新型实施例提供的配电网三相电压不平衡的有源抑制装置的正确性和可行性，下面结合仿真和样机实验进行说明。

以在线电压为10kV的模拟配电网中，搭建如图2所示系统的仿真模型，具体设置的参数如表1和表2所示。

在系统产生三相不平衡过电压后0.1s的时刻投入三相不平衡有源抑制装置，抑制前后的仿真波形如图7-9所示。

图7为三相电压不平衡抑制前后中性点电压仿真波形图，抑制前中性点电压峰值达到2kV，大大超出了相电压的5％，三相严重不平衡；通过向中性点注入零序电流后，中性点电压被抑制到50V以内，三相电压恢复平衡状态。

图8为三相电压不平衡抑制前后三相电压仿真波形图，注入电流前C相电压低于A、B两相，三相电压不平衡，注入电流后三相电压被强制平衡。

图9为三相不平衡时注入的零序电流与参考电流的对比波形图，可以看出，注入电流能迅速、精确地跟踪参考电流波形，闭环控制的效果较好。

由此可知，本实用新型提出的一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，通过有源逆变器向配电网中性点注入电流，可实现零序电压的控制，从而抑制三相不平衡过电压。比较计算电路3所采用的基于比例谐振控制的注入电流闭环反馈控制方法，根据配电网需求提出了先确定比例系数、再选取积分系数的控制器参数设计方法，实现了对注入电流的控制，提高系统的动、稳态性能。仿真和样机实验证明配电线路三相不平衡有源抑制装置能抑制由对地参数不对称引起的三相不平衡过电压，同时，基于比例谐振的控制方法能提高系统的稳定性、响应速度及抑制精度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种配电网三相电压不平衡的有源抑制装置，其特征在于，包括：采样判断电路、信号处理电路、比较计算电路和电流注入电路，其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较计算电路包括：脉冲驱动电路、不可控整流器、逆变器和输出滤波电路；所述脉冲驱动电路的信号接收端与所述信号处理电路的信号发送端相连接；所述脉冲驱动电路的信号发送端与所述逆变器的一个信号接收端相连接；所述不可控整流器的信号发送端与所述逆变器的另一个信号接收端相连接；所述逆变器的信号发送端与所述输出滤波电路的信号接收端相连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电流注入电路包括：注入变压器和消弧线圈电感，所述注入变压器的初级线圈与所述输出滤波电路的信号发送端相连接，所述注入变压器的次级线圈与所述消弧线圈电感并联。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述输出滤波电路包括：滤波电感和滤波电容，所述滤波电容并联于所述逆变器和所述注入变压器之间，所述滤波电感串联于所述逆变器和所述滤波电容之间。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：逆变器直流侧电容和电阻，所述逆变器直流侧电容和电阻并联于所述不可控整流器和所述逆变器之间。