基于协调控制 SVG的低压配网三相负荷不平衡治理技术

广东电网有限责任公司惠州供电局、中国科学院广州能源研究所的研究人员邓惠华、李国良、周晓明、李汉荣、王浩，在2017年《电工技术学报》增刊1上撰文，针对集中式静止无功发生器（SVG）补偿系统补偿效果单一、不含通信功能的分布式SVG补偿系统补偿容量不能智能分配的问题,提出基于协调控制SVG的低压配网三相负荷不平衡补偿系统。

该补偿系统引入通信总线,采用协调控制方法,使低压线路下游接入的SVG可利用补偿其下游不平衡电流后的剩余容量,依次对上游SVG不足容量进行补偿,该补偿形成的逆向潮流可进一步减轻各节点的低电压问题。该补偿系统既可以充分利用各SVG的补偿容量,同时也综合地解决了配电变压器电流不平衡、节点低电压等问题。

在Matlab/Simulink数字仿真软件下进行了该补偿系统补偿效果的仿真,结果证明了该补偿系统的准确性。在四种不同负荷情况下比较采用四种不同补偿系统的低压配网配电变压器二次侧不平衡电流和各节点电压降,结果表明该补偿系统的效果最佳。

随着配网用户对用电质量要求的不断提高，国家各大电网公司对低压配网的电能质量问题日益重视，近年来低压配网的电能质量治理成为重点工作，其中有关三相负荷不平衡的危害分析及治理已成为关注的重要研究课题之一。

低压配网存在大量的单相负荷，负荷特征复杂、用电同时率低等特点导致的三相负荷不平衡问题呈现长期性特征[1-3]。三相负荷不平衡可造成配电变压器处于不平衡运行状态，导致配电变压器损耗增大、局部温升较大，从而缩短变压器使用寿命[4,5]；可造成低压线路中性点电位偏移、压降和功率损耗增大，导致部分用户电压偏低和电网损耗增大；可造成用电设备不能正常工作等问题[3,4]。

现有的低压配网三相负荷不平衡治理措施主要包括人工调整换相、智能换相和采用无源/有源补偿装置三种方式[1, 6-19]。相比于其他两种措施，采用无源/有源补偿装置[6-19]适用于配网用户负荷分散的场合，具有动态均衡三相负荷电流、无短时断电问题和使用寿命远超换相装置等优点。

静止无功发生器（Static Var Generator, SVG）是有源三相不平衡负荷补偿装置，采用电力电子开关器件，具有远高于无源补偿装置的调节速度和开关寿命，解决低压配网三相负荷不平衡带来的电能质量问题效果最佳。

本文研究的SVG采用分布式接入方法。因SVG只能平衡其并联接入点上游线路的电流、线损和上游节点低电压，故采用集中式接入方法在低压配网线路首端或中段接入SVG不能同时兼顾平衡三相电流、减少线损和消除节点低电压。

若采用分布式接入方式，在低压配网多个节点分别接入SVG，则可在平衡各节点三相电流的同时，减少线损和消除节点低电压。分布式接入SVG补偿系统中，若多个SVG 之间无通信，SVG采用独立补偿的控制策略，则各SVG的容量仅能用于补偿下游不平衡电流。因此，当低压配网负荷变化较大时多个SVG的设计容量难以确定，在补偿系统运行时存在部分 SVG 容量不够和部分SVG容量过剩的现象。

本文在分布式接入SVG补偿系统的基础上，增加SVG之间的通信总线，并提出SVG协调控制方法。基于该协调控制方法，下游SVG可利用其补偿下游不平衡电流后剩余容量，根据通信获取的上游SVG不足容量及距离，依次对上游SVG进行补偿。

该补偿系统可充分利用各SVG的容量，同时下游SVG对上游SVG不足容量的补偿形成逆向潮流，可进一步减轻各节点的低电压问题。在SVG控制算法中，直流电压环、负序电流环和零序电流环等控制环的实现及补偿容量的计算均采用dq变换，有效提高了SVG的补偿速度及各SVG的协调控制速度。

为验证所提补偿系统的优点及正确性，本文基于Matlab/Simulink数字仿真软件对所提补偿系统进行了三相不平衡负荷补偿效果的仿真证明；随后，基于理论计算给出了不同补偿系统在不同三相负荷不平衡情况下低压配网配电变压器二次侧不平衡电流和各节点电压降的对比。

图1 基于协调控制SVG的补偿系统示意图

结论

本文针对现有基于SVG三相负荷不平衡补偿系统不能同时兼顾平衡三相负荷电流和消除节点低电压的问题，在分布式接入SVG补偿系统的基础上，引入通信总线，提出协调控制方法，形成了基于协调控制SVG的低压配网三相负荷不平衡综合补偿系统。

Matlab/Simulink下的仿真结果展示了本文所提补偿系统的使用效果，证明了该补偿系统的可行性。通过仿真对不同补偿系统在不同负荷情况下低压配网配电变压器二次侧不平衡电流和各节点电压降的进行了对比，表明该补偿系统在综合解决低压配网配电变压器二次侧三相电流不平衡和节点的低电压问题效果最佳。

本文所提补偿系统为低压配网综合解决因三相负荷不平衡带来的配电变压器电流不平衡和节点低电压问题提供了一种行之有效的方法。