不對稱電壓的綜合有源控制法

作者/馬帥、劉賓、李巖、趙信華、韓濤、趙勇，國網山東省電力公司萊蕪供電公司；李樂、謝菁，中國石油大學(華東)信息與控制工程學院

不對稱電壓的綜合有源控制法

作者/馬帥、劉賓、李巖、趙信華、韓濤、趙勇，國網山東省電力公司萊蕪供電公司；李樂、謝菁，中國石油大學(華東)信息與控制工程學院

小電流接地系統不對稱電壓有源控制技術是一種新型的不對稱電壓控制方法，與傳統的不對稱電壓控制方法相比更為靈活、有效。本文以不對稱電壓有源控制原理為基礎，在總結現有的不對稱電壓有源控制法的基礎上，提出了融合兩點法和跟蹤隨調法兩種思路的綜合有源控制方法，減小控制時間的同時又保證了控制的精確度。

非有效接地系統；不對稱電壓；有源補償；綜合有源控制

引言

隨著社會經濟發展，人類對電能質量要求日益提高，電壓作為其重要指標直接關系著電網運行的安全性和可靠性，不對稱電壓的控制將是其重要考慮內容之一[1–4]。

系統不對稱電壓會影響電力設施的效率和性能，甚至損耗電力其壽命或對其造成損傷[5–6]，利用有效措施限制不對稱電壓至關重要。

傳統不對稱電壓控制方法主要包括線路換位、增加三相耦合電容器、使消弧線圈適當偏離諧振點運行或增大阻尼率等[7–9]。這些方法由于存在施工難度大、需增加設備投入、不能自適應線路參數和結構動態改變、自動化程度低等缺點，電壓限制效果并不理想。利用有源補償技術[10]控制不對稱電壓主要是利用有源補償裝置在系統中性點注入電流，為系統零序電流提供一個阻抗無窮大的返回路徑，從

而對不對稱電壓進行控制。此方法克服傳統方法的諸多缺點與難題，真正實現不對稱電壓的自適應控制。

本文根據文獻[11]提出的由兩種不同情況下的不對稱電壓確定注入電流的兩點法，和文獻[12]提出的注入電流由初值逐漸調節至所需電流值的跟蹤隨調法，確定了一種利用兩點法確定跟蹤隨調法的初值的綜合法。

綜合法是跟蹤隨調法與兩點法的綜合，它結合了兩點法控制速度快和跟蹤隨調法精度高的優點，減小控制時間的同時又保證了控制的精確度。

1.不對稱電壓的有源控制原理

當系統存在不對稱電壓時，利用有源補償裝置向系統提供一個注入電流，使其等于該系統中性點直接接地時流經系統中性點的零序電流，便可將不對稱電壓控制到零。以上就是有源補償技術控制不對稱電壓為零的作用機理。

如圖1為含不對稱電壓有源補償裝置的配電網示意圖。

中性點不接地或經消弧線圈接地系統，若使中性點不對稱電壓0U˙和0pU˙ 補償為零，對應的注入電流都是[13–14]：

圖1 含有源補償裝置的配電網示意圖

其中，phU 為相電壓幅值，0u˙是系統不對稱度，CΣ是三相對地電容之和。

2.不對稱電壓綜合有源控制法

■2.1 不對稱電壓的兩點有源控制法

在非有效接地系統中，控制不對稱電壓到任意目標值的注入電流 I˙i應為：

聯合式(2)和式(3)可推出：

■2.2 不對稱電壓的跟蹤隨調有源控制法[15]

對于一固定的注入電流相位，不對稱電壓最小值對應的注入電流幅值有且只有一個；控制不對稱電壓為零的注入電流相位與其它任意注入電流幅值下不對稱電壓取最小值時的注入電流相位相同。根據此規律，當系統存在不對稱電壓時，可從任意幅值和相位的初始注入電流開始，先固定注入電流幅值改變其相位，確定使不對稱電壓達到最小的注入電流相位，該相位即為控制不對稱電壓為零的注入電流相位；再固定該相位改變注入電流幅值，使不對稱電壓達到零。這種方法無需測量系統線路的三相參數，只需根據不對稱電壓與注入電流間的關系便可控制不對稱電壓為零。

利用上述依次調節注入電流相位和幅值的方法，也可以將不對稱電壓控制到任意非0的目標值[16]。

■2.3 不對稱電壓的綜合有源控制法

不對稱電壓的兩點法和跟蹤隨調法各具利弊。為充分發揮它們優勢、彌補兩者的缺點，可以采用融合兩種思路的綜合有源控制方法：當系統存在不對稱電壓時，先采用兩點法，再采用跟蹤隨調法，將兩點法計算所得注入電流作為跟蹤隨調法的初始電流1I˙，即利用跟蹤隨調法修正兩點法的控制誤差，使不對稱電壓趨近于目標值。

綜合法是跟蹤隨調法與兩點法的綜合，它結合了兩點法控制速度快和跟蹤隨調法精度高的優點，既可顯著縮小注入電流的調整范圍，減少控制時間，又可最大程度地克服不對稱電壓控制中有源補償裝置、電壓互感器等環節誤差的影響，保證控制的精確度。

3.結論

有源補償技術控制系統不對稱電壓克服傳統方法的諸多缺點與難題，可自適應系統結構、參數的動態變化，具有較高的精確度和穩定性。

現有的不對稱電壓的有源控制方法包括直接注入電流法、兩點法、跟蹤隨調法等。本文的綜合法是跟蹤隨調法與兩點法的綜合根據性能分析，兼具了兩點法控制速度快和跟蹤隨調法精度高的優點，控制性能最優。

＊ [1]林海雪.電能質量指標的完善化及其展望[J].中國電機工程學報,2014,19(3):5073-5079.

＊ [2]邵如平,韓正偉,林錦果.電能質量指標分析[J].電力系統自動化學報,2007,34(29):118-121.

＊ [3]楊洪耕,肖先勇,劉俊勇.電能質量問題的研究和技術進展（一）—電能質量一般概念[J].電力自動化設備,2003,23(10):1-4.

＊ [4]李天友,金文龍,徐丙垠.配電技術[M].北京:中國電力出版社,2008.

＊ [5]趙作斌,張克杰.長距離不同電壓等級電纜降壓混合運行的實踐方式[J].農村電氣化,2012,(6):29-30.

＊ [6]劉玉友,姚金霞,任萬彬,等. 35KV海底電纜電壓異常原因分析及對策[J].山東電力技術,2008,(2):56-58.

＊ [7]高峰.基于信號注入法的電網對地電容電流測量裝置的研究[D].華北電力大學,2005.

＊ [8]張釗.基于限制諧振過電壓的消弧線圈系統阻尼電阻整定原則[C].第十九屆輸配電研討會論文集,華東六省一市電機工程(電力)學會,2011:1-3.

＊ [9]LIAN Hongbo, TAN Weipu, LI Wenfeng, et al. Research on a new compensation mode in MV power network[C]. Power Systems Conference and Exposition(PES’04), October 2004:1234-1239.

＊ [10]DRUML GERNOT, KUGI ANDREAS, SEIFERT OLAF. New met hod to control Petersen coils by injection of two frequencies[C]. 18th International Conference and Exhibition on Electric ity Distribution(CIRED’ 05), Turin, Italy, June 2005: 1-5.HUA NG S.F., CHEN Z.H., ZHANG Y.P., et al. Adaptive residual current compensation for robust fault-type selection in mho elements[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, 20(2): 573-578.

＊ [11]QU Yilong, TAN Weipu, YANG Yihan. H-Infinity control the ory apply to new type arc-suppression coil system[C]. 7th Int ernational Conference on Electronics and Drive Systems(P ES’07), Bangkok, Thailand, November 2007: 1753-1757.

＊ [12]曾祥君,胡京瑩,王媛媛,等.基于柔性接地技術的配電網三相不平衡過電壓抑制方[J].中國電機工程學報,2014,34(4):678-684.

＊ [13]薛永端,謝菁.中性點非有效接地系統的不對稱電壓兩點有源控制方法[P].中國:201410306779.X,2014-10-08.

＊ [14]謝菁,薛永端,徐丙垠.小電流接地系統不對稱電壓有源補償控制方法[J].電力系統自動化,2015,39(5):115-121.

＊ [15]薛永端,徐丙垠.中性點非有效接地方式電力系統中的電壓控制方法[P].中國:201210196420.2,2012-10-17.

＊ [16]謝菁.小電流接地系統不對稱電壓有源控制原理研究[D].青島：中國石油大學（華東）,2015.