近年來，電能質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展非常迅速，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　1.電能質(zhì)量控制的基礎(chǔ)理論研究方面

　　(1) 畸變波形下電能質(zhì)量含義的研究。

　　(2) 電能質(zhì)量的界定方法與評(píng)價(jià)體系的研究。

　　(3) 各功率成分的定義及物理意義的研究。

　　2.電能質(zhì)量的檢測(cè)及應(yīng)用儀器和設(shè)備方面

　　(1) 研究不同干擾條件下電能質(zhì)量的科學(xué)測(cè)量方法及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備。

　　(2) 針對(duì)各種電能質(zhì)量指標(biāo)均應(yīng)有合理的計(jì)算分析方法，特別是針對(duì)不同干擾源的預(yù)測(cè)計(jì)算方法及其誤差的估算等。

　　(3) 建立電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算分析程序和數(shù)據(jù)庫(kù)，及建立電能質(zhì)量控制裝置的系統(tǒng)仿真模型。

　　3.采用數(shù)字化控制技術(shù)方面

　　(1) 可實(shí)現(xiàn)程序控制，改變控制方法或計(jì)算方法不必改變控制電路。

　　(2) 可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，同時(shí)系統(tǒng)一般可不受溫度影響。

　　(3) 數(shù)字化控制裝置的重復(fù)性好、調(diào)試方便、便于批量生產(chǎn)。

　　(4) 易于實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行和智能化控制。

　　4.柔性交流輸電技術(shù)與柔性交流配電技術(shù)的發(fā)展與融合方面

　　基于電力電子技術(shù)的柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)與直接服務(wù)于用戶的柔性交流配電技術(shù)(DFACTS)相融合，不僅能加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力，而且能加強(qiáng)供電的可靠性和提高電能質(zhì)量。

　　5.非電力電子技術(shù)電能質(zhì)量控制器的發(fā)展方面

　　采用非電力電子技術(shù)手段提高電能質(zhì)量，包括應(yīng)用新的拓?fù)涓倪M(jìn)電路結(jié)構(gòu)，采用新的材料開發(fā)新器件等。

　　二、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)應(yīng)用趨勢(shì)和前景展望

　　STATCOM是一種基于大容量變流器技術(shù)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，結(jié)合自身技術(shù)特點(diǎn)與輸電系統(tǒng)的需求，STATCOM在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用有如下趨勢(shì)。

　?。?） 開關(guān)器件以IGBT為主。從使用的開關(guān)器件來看，已由最初的強(qiáng)迫換相晶閘管、GTO發(fā)展到IGBT、IGCT等高性能復(fù)合器件。IGBT 器件近年來發(fā)展最快，雖然存在著器件串聯(lián)等技術(shù)難題，但良好的性能已成為IGBT器件應(yīng)用的顯著優(yōu)勢(shì)。

　　(2) 主回路向鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)發(fā)展。雖然目前的STATCOM工程仍以多重化結(jié)構(gòu)為主，但其承受系統(tǒng)不平衡能力有限，無法滿足輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，限制了它在輸電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用;而鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的STATCOM具有分相可控，有利于解決系統(tǒng)的相間不平衡，無需多重化變壓器，避免復(fù)雜的IGBT串聯(lián)技術(shù)，易實(shí)現(xiàn)模塊化等顯著優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為大容量STATCOM結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之一。

　　(3) 采用壓接IGBT串聯(lián)技術(shù)。

　　采用壓接IGBT串聯(lián)技術(shù)可大幅提高STATCOM裝置的集成度。與目前常用的焊接IGBT不同，壓接IGBT結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，特別是使用中一旦出現(xiàn)損壞失效呈現(xiàn)短路特性，無需復(fù)雜的旁路技術(shù)，不會(huì)影響其他器件的運(yùn)行，非常適合工程應(yīng)用。該技術(shù)的突破為高集成度大容量STATCOM裝置的開發(fā)提供了可能。

　　(4) 方案設(shè)計(jì)向可移動(dòng)化方向發(fā)展。與同容量SVC相比，STATCOM更便于做成移動(dòng)式，可以向系統(tǒng)緊急需要無功的地點(diǎn)快速轉(zhuǎn)移、安裝和投入運(yùn)行，滿足系統(tǒng)重新布置無功補(bǔ)償裝置的要求，這也成為STATCOM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

　　(5) STATCOM技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。目前，STATCOM技術(shù)領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，不利于技術(shù)的推廣應(yīng)用。STATCOM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化是工程化的必然趨勢(shì)。

　　目前STATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn)在于模塊化多電平變流器和靜止同步補(bǔ)償器與變壓器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)方面。控制算法研究熱點(diǎn)主要在于鏈?zhǔn)酵負(fù)涞碾妷浩胶饪刂?、非理想電網(wǎng)情況下的控制策略以及在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　三、靜止式動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)應(yīng)用趨勢(shì)和前景展望

　　近20年來，世界各地發(fā)生的由電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國(guó)的高度重視，這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。

　　采用靜止無功補(bǔ)償器(SVC)是解決上述問題的有效措施之一。SVC技術(shù)在全世界的輸配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，它在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性以及改善配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量等方面發(fā)揮了重要作用，是目前各國(guó)普遍采用的先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，可作為電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略防御手段。

　　基于TCR的SVC，雖然能夠快速抑制電壓波動(dòng)，節(jié)約能源，平滑的控制無功負(fù)荷的允許波動(dòng)，但波形呈鋸齒形，是一個(gè)很大的諧波源，而且還必須和FC同時(shí)運(yùn)行，這些缺點(diǎn)限制了它的發(fā)展。

　　近幾年，俄羅斯、烏克蘭、中國(guó)和巴西開始使用磁控電抗器(Magnetically

　　Controlled Reactor-MCR)。磁控電抗器與TCR不同，可控硅元件的功率和工作電壓僅為電抗器額定功率和電壓的0.5%左右，與普通雙繞組變壓器相似?，F(xiàn)代電網(wǎng)的無功補(bǔ)償，正向著優(yōu)化、動(dòng)態(tài)和平滑調(diào)節(jié)方向發(fā)展，用基于MCR的SVC改造和建設(shè)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償，是提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低線損，提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平的積極、有效、可行的措施，有著廣闊的發(fā)展前景。

　　四、無源濾波器(PPF)應(yīng)用趨勢(shì)和前景展望

　　無源濾波器是目前應(yīng)用最為廣泛的電網(wǎng)諧波治理裝置，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，由無源濾波器和有源濾波器結(jié)合組成的混合型濾波器(Hybrid Active Power Fiher 簡(jiǎn)稱HAPF)也慢慢進(jìn)入到實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域，它兼顧了無源濾波器成本低和有源濾波器性能好的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。

　　并聯(lián)型APF和并聯(lián)LC濾波器組合成的并聯(lián)混合型APF，由Takeda等人于1987年提出。該結(jié)構(gòu)中，LC濾波器承擔(dān)大部分諧波和無功電流補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)，APF的作用是改善整個(gè)系統(tǒng)的性能以及抑制LC與電網(wǎng)阻抗之間可能發(fā)生的諧振。H.Fiijita等人于1990年提出的APF與LC濾波器串聯(lián)，再并聯(lián)到電網(wǎng)的并聯(lián)混合型APF。該結(jié)構(gòu)中，諧波和無功電流主要由LC濾波器補(bǔ)償，而APF通過注入諧波電壓使得LC支路對(duì)諧波呈現(xiàn)低阻抗，從而改善LC濾波器的濾波特性，克服LC濾波器易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的缺點(diǎn)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在的不足是補(bǔ)償?shù)臒o功電流將通過稱合變壓器流入APF，故不適用于同時(shí)補(bǔ)償大容量無功和諧波的場(chǎng)合。F.Z.Peng等人于1988年提出的串聯(lián)混合型APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，APF對(duì)基波呈現(xiàn)低阻抗，但對(duì)諧波呈現(xiàn)高阻抗，迫使諧波電流流入LC濾波器。

　　注入式并聯(lián)混合型APF是為降低APF容量而提出的另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)因具有能降低裝置有源部分基波分壓、減少有源部分容量等優(yōu)點(diǎn)，近些年來得到了較大的關(guān)注。

　　除了上述幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還提出了幾種混合型APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些方案將不同變流器進(jìn)行組合，其中一個(gè)主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償無功，而另一個(gè)主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償諧波，從而充分發(fā)揮不同器件所構(gòu)成的裝置的特點(diǎn)。

　　在工程實(shí)踐中，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)無源濾波器的，沒有對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。近年來，有一些學(xué)者提出了基于多目標(biāo)遺傳算法的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這種方法比較全面的考慮了無源濾波器設(shè)計(jì)中存在的問題和影響因素，以無源濾波器的初始投資、無功補(bǔ)償容量、濾波效果等作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)出的無源濾波器具有較好的綜合性能。

　　五、有源濾波器(APF)應(yīng)用趨勢(shì)和前景展望

　　有源濾波器(APF)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，仍然面臨電力電子器件的價(jià)格與高壓場(chǎng)合下應(yīng)用這兩方面的挑戰(zhàn)。

　　IGBT作為功率半導(dǎo)體器件的首選器件，廣泛地應(yīng)用于可再生能源發(fā)電、智能配電與控制、分布式發(fā)電、電力牽引等領(lǐng)域，成為節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的主要支撐。

　　雖然國(guó)外的IGBT產(chǎn)業(yè)取得了很大進(jìn)展，但令人嘆惋的是，我們國(guó)家目前并未形成自己的IGBT產(chǎn)業(yè)，目前我們使用的IGBT管子全部是進(jìn)口購(gòu)買的。我國(guó)只能進(jìn)口國(guó)外IGBT芯片，自己進(jìn)行少量封裝。進(jìn)口期件過高的價(jià)格也成為了抑制電力電子設(shè)備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要因素之一。_

　　APF的補(bǔ)償模式比較靈活，如僅僅補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波分量、同時(shí)補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波和無功分量、補(bǔ)償電網(wǎng)電壓中的諧波等等。當(dāng)然，較大的系統(tǒng)容量使得APF比PPF的成本高，接入高壓電網(wǎng)時(shí)需要使用升壓變壓器也限制了APF在高壓大功率場(chǎng)合的應(yīng)用。因此，市場(chǎng)上現(xiàn)有的APF產(chǎn)品主要應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)。

　　隨著諧波污染的惡化，國(guó)家將加強(qiáng)對(duì)諧波污染的處罰力度，并出臺(tái)更為明確的法規(guī)。受此推動(dòng)，APF的市場(chǎng)需求將會(huì)顯著增加。

　　未來有源濾波器技術(shù)的發(fā)展將主要依賴于電力電子器件的發(fā)展、新的諧波檢測(cè)算法與控制算法。

　　電力電子器件方面，超大功率、超快速、模塊化、智能化是IGBT發(fā)展的方向。同時(shí)，伴隨著IGBT國(guó)產(chǎn)化的加速推進(jìn)，其性價(jià)比也將得到大幅的提升。

　　諧波電流檢測(cè)算法方面，為了解決瞬時(shí)無功功率理論在單相系統(tǒng)中難以應(yīng)用的問題，出現(xiàn)了所謂的自適應(yīng)噪聲消除方法(ANC)。此外， [[i]][[ii]][[iii]][[iv]]將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與信號(hào)處理中的自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)相結(jié)合，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)諧波電流檢測(cè)方法。目前這些方法大多處于仿真研究階段。

　　控制算法方面，針對(duì)常用的PI算法，近年來，有學(xué)者提出了一種針對(duì)非直流信號(hào)的積分器——廣義積分器，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。

　　調(diào)制算法方面，鑒于滯環(huán)控制存在上述缺點(diǎn)，以優(yōu)化開關(guān)頻率和減小穩(wěn)態(tài)誤差為出發(fā)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種改進(jìn)的滯環(huán)控制方法。

　　隨著控制理論的發(fā)展，滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制 [[v]][[vi]]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 [[vii]][[viii]][[ix]][[x]]和專家系統(tǒng) [[xi]]等智能控制方法在也被嘗試應(yīng)用在APF控制中，這些智能控制方法很少有單獨(dú)應(yīng)用的，多數(shù)都是與其他控制相結(jié)合，以改善APF的控制性能，是APF控制技術(shù)未來的一個(gè)發(fā)展方向。

　　六、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)技術(shù)分析

　　根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，DVR可分為中壓DVR和低壓DVR。中壓DVR應(yīng)用于三相三線電力系統(tǒng)，而低壓DVR應(yīng)用于三相四線電力系統(tǒng)。對(duì)于不平衡電壓暫降，中壓DVR只需補(bǔ)償正序和負(fù)序電壓，而低壓DVR還需要額外補(bǔ)償零序電壓。

　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以串聯(lián)在敏感負(fù)荷與系統(tǒng)電源之間，防止系統(tǒng)電壓干擾造成敏感負(fù)荷工作異常。

　　目前對(duì)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的研究主要是軟件的研究，包括：電壓檢測(cè)方法的研究和補(bǔ)償策略的研究。

　　DVR具有良好的補(bǔ)償功能，對(duì)于抑制動(dòng)態(tài)電壓發(fā)生跌落有較好的效果。要使其發(fā)揮功能，需運(yùn)用科學(xué)合理的檢測(cè)方法快速且無偏差的檢測(cè)出需要補(bǔ)償?shù)碾妷盒盘?hào)。按照擾動(dòng)特征量提取方法的不同，可將電壓跌落的檢測(cè)方法分為：缺損電壓法和基波分量法、小波變換法、峰值電壓法、基于瞬時(shí)無功功率理論的dq變換方法，pqr變換法等。

　　DVR的補(bǔ)償策略需要滿足在電網(wǎng)電壓跌落后維持負(fù)載電壓的幅值不變，常用的補(bǔ)償策略有：跌落前電壓補(bǔ)償法、同相電壓補(bǔ)償法和最小能量補(bǔ)償法。

　　七、固態(tài)切換開關(guān)(SSTS)技術(shù)分析

　　傳統(tǒng)的SSTS系統(tǒng)由一組電力電子器件組成，可以快速實(shí)現(xiàn)電能的傳輸由一路電源向另一路電源的轉(zhuǎn)換。但是，電力電子器件不是單純的傳導(dǎo)元件，電流的持續(xù)流過必然導(dǎo)致大量的能量損耗以及對(duì)附加冷卻設(shè)備的需求，從而致使了綜合效率的降低和成本的提高。

　　為此引入混合型開關(guān)的概念，通過機(jī)械開關(guān)和電力電子器件的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)無中斷供電。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電能由機(jī)械開關(guān)輸送給用戶;當(dāng)執(zhí)行動(dòng)作指令時(shí)，機(jī)械開關(guān)斷開，電力電子器件同時(shí)動(dòng)作，電能由電力電子開關(guān)輸送給用戶，電流過第一個(gè)零點(diǎn)時(shí)，利用電子器件的特性將其截?cái)啵瑒?dòng)作時(shí)間不超過1/4周期。

　　這樣，就可以通過幾路由混合開關(guān)控制的輸電路徑構(gòu)成的SSTS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無中斷供電，保護(hù)用戶的用電質(zhì)量。這種全新的SSTS系統(tǒng)不僅保證了向用戶的高質(zhì)量供電，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝面積小、綜合效率高的特點(diǎn)，適用于有較高供電質(zhì)量要求的用戶。SSTS的研究勢(shì)必彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)電力行業(yè)SSTS系統(tǒng)的空白，使其成為解決配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的有效手段。

　　八、微網(wǎng)電能質(zhì)量治理技術(shù)分析

　　微網(wǎng)的電能質(zhì)量受到自身和大電網(wǎng)的雙重影響，并且因電力電子裝置的大量使用，使得微網(wǎng)的電壓和電流波形出現(xiàn)畸變。其中，最突出的問題在于諧波電流的污染和電壓的波動(dòng)閃變。微電源之所以會(huì)給大電網(wǎng)帶來許多諧波，一方面由于某些微電源自身構(gòu)成諧波源，另一方面是微電源需要通過電力電子裝置接入大電網(wǎng)。若微電源直接發(fā)出基頻交流電，則其直接與系統(tǒng)相聯(lián);若微電源發(fā)出直流電或高頻交流電，則通過逆變器與系統(tǒng)相聯(lián)。

　　鑒于微網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波大多數(shù)是因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)的逆變整流單元和某些非線性負(fù)荷引起，而治理諧波污染的本質(zhì)在于降低或者濾除流經(jīng)系統(tǒng)的諧波電流，從而將其控制在電力系統(tǒng)容許的范圍內(nèi)，因而對(duì)諧波的治理從諧波源處考慮有兩種方法：其一，在產(chǎn)生諧波的地方將諧波電流進(jìn)行就地吸收處理;其二，在源頭處抑制諧波電流的產(chǎn)生。

　　微網(wǎng)中出現(xiàn)的諧波問題一定程度上要求通過電力濾波裝置來處理，抑制諧波的手段一般分為 LC 無源濾波器和有源濾波器(APF-Active Power Filter)以及二者的組合混合濾波器(HPF-Hybrid Power Filter)。

　　電力系統(tǒng)的無功平衡需要電壓來維持，因而要改善微網(wǎng)中的電壓波動(dòng)和閃變問題，主要依靠各種無功補(bǔ)償措施。常用的無功補(bǔ)償裝置主要有靜止無功補(bǔ)償器(SVC)和靜止無功發(fā)生器(SVG)。

　　對(duì)諧波諧振現(xiàn)象的抑制措施除了安裝有源濾波器及補(bǔ)償設(shè)備的一般性方法以外，還可以從改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的角度入手。所有微電源的逆變器應(yīng)該都具備2種功能：消極的“諧波電壓阻尼”(harmonic voltage damping)功能與積極的諧波電流補(bǔ)償(harmonic current compensation)功能。前者通過控制回路的約束讓逆變器在所有階次的諧波電壓面前都表現(xiàn)為強(qiáng)電阻性阻抗，后者則在檢測(cè)到附近的設(shè)備發(fā)出諧波電流時(shí)啟動(dòng)。通過這2個(gè)改進(jìn)可以使微網(wǎng)整體表現(xiàn)為對(duì)諧波的強(qiáng)阻尼環(huán)境，從根本上消除諧波諧振現(xiàn)象的產(chǎn)生條件。

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