摘要：在当前社会经济快速发展以及工业化水平不断提高的背景下，大功率用电设备接入电网的现象越来越频繁，对电能供应质量产生了较大的影响。其中比较明显的即是三相四线制配电系统出现三相电流不平衡的问题，同时会有大量的无功和谐波电流混入，对电网安全稳定运行产生了极大的威胁。因此本文主要分析三相不平衡调节器的原理，并对其进行主电路设计，基于锁相技术对其电流检测的不平衡调节进行研究，最后提出控制系统设计方法，以保障电网正常、稳定运行。
关键词：谐波抑制功能；三相不平衡；调节器；分析
前言
随着我国人们生活水平的大幅提升和工业生产规模逐渐扩大的形势下，对电能的需求量越来越大，各种大型用电设备接入电网的数量急速增加。对电网供应质量产生了极大的影响，在一定程度上可能会导致供电稳定性不足。同时大功率电力设备在负载状态下，会带来大量的谐波污染，导致电压出现波动，严重威胁电网的安全可靠性，因此采用带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器以实现电力网络平稳运行，提高电能质量。
1 电网三相不平衡调节器的原理
带有谐波抑制功能的三相不平衡调节是由网侧交流电源以及非线性负载部分和不平衡调节器工作部分组成，其可如图1所示。其中调节器的构成又包含了主电路、驱动电路以及指令电流运算电路和指令电流跟踪电路等部分。而在三相不平衡调节器的运行过程中，指令电流运算电路是其最为核心的算法，在实际工作状态下，调节器会通过电流以及电压霍尔元件等收集负载电流和网侧电压的样本，然后将电流信号输送到指令电流的运算电路中，经计算分析后则可获得参考指令电流，并与实际电流信号进行对比，计算得到适当的占空比信号，同时发送到驱动电路模块中，经信号放大后进入到开关管，再依据驱动波形控制电流的通断。这一过程中，三相不平衡调节器可以实现对非线性不平衡负载的谐波分量进行补偿，从而有效改善电能质量[1]。
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图1 三相不平衡调节器系统的原理示意图
2 带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器分析
2.1 主电路设计
对带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器的主电路进行设计，首先则是对直流母线电容进行合理设计，其直接关系到直流测电压对补偿要求的满足程度。并且直流母线电容一般是由储能、滤波和缓冲无功功率的功能和作用，当三相不平衡调节器处于正常的稳定运行状态时，其实际上是一种逆变的状态，为了确保逆变的成功率。通常是将逆变的输出电压控制到大于电网电压的峰值，所以直流侧母线的电容电压值的变化情况取决于电网电压所采用的调制方式。
另外还需注重对LCL滤波器进行合理设计，由于三相不平衡调节器所发出的补偿电流会经过滤波器之后，在于负载侧电流形成叠加，从而可以有效实现电流调节功能汇入到电网中。而对于网侧滤波器的设计则与三相不平衡调节系统的动态性和稳态特性具有较大的关系，能够直接关系到给定指令电流信号的跟踪反应速度，同时在稳定运行状况下，可以对电流纹波的大小产生一定的影响。因此如果采用传统的单电感滤波方式，要想充分达到电网对电流纹波的限制，则需要保障电感值相对较大，但其很容易增加系统的体积和成本。在此基础上，大电感必将会给系统控制带来较大的惯性，会降低系统对指令电流信号的实际响应速度。在应用LCL滤波器时，凭借其具有的独特性能和滤波优势，能够有效应对大功率和对纹波要求较低的场合，通过三阶系统来对衰减高频段的电流纹波[2]。
2.2 电流检测及锁相技术
由于在三相不平衡调节器的控制策略当中，如果按照采样电路所得到的数据开展电流检测活动，对于整个控制过程来说，核心是提取指令电流，其准确度可以决定三相不平衡调节器的最终性能。所以从根本上来说，补偿电流指令对三相不平衡调节器的最佳工作状态会产生一定的影响。因此为保障其性能的优越性，则应将负载电流的检测算法作为补偿类调节器的重点。其中比较常用的即是基于瞬时无功理论的电流检测算法，这种算法计算的过程比较简单，不需要对电网电压进行锁相，但是对于电网电压的稳定性要求较高。一旦电网电压出现畸变的情况时，可能会导致检测的准确性受到影响，通常情况下，该算法只适用于三相三线制系统。
而锁相技术则是在参考指令电流提取时，电网电压的锁相环节是准确获取电压相位和频率的关键步骤。当三相不平衡调节器在发挥相应功能时，会对系统中的无功损耗采取补偿，从而可以确保调节之后的入网电流功率因数接近于1，此时指令目标电流与网侧电压会处于同一相位，应当事先对网侧电压的相位参数进行检测，常用的锁相技术包括基于过零检测的硬件锁相以及基于单同步坐标系的软件锁相。
2.3 控制系统设计
对带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器控制系统的设计分析，其主要是采用双闭环控制策略，即是电压外环控制与电流内环控制的结合。而且三相不平衡调节器的直流侧电压一般为自稳定方式，在系统电流补偿无功和谐波电流时，还能够有效的降低自身的工程损耗。所以在应对各种复杂电流补偿调节工作时，一般依靠电流内环对指令电流信号的跟踪性能，在满足电流控制要求的相关电流跟踪算法作用下，通过重复控制策略，可以有效抑制电网电压在发生畸变时，直流电压波动对电流控制而造成的影响。因此在电流内环设计的过程中，可以采用比例串联重复控制方式，在交流状态下，利用重复控制提高稳态性能。在电压外环的设计中，要实现其稳定直流母线电压的功能，提高指令电流信号在调制过程中的控制实效性，进而提升带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器的工作性能。
结束语
综上所述，在当前大量大功率设备接入电网的形势下，为尽可能的保障电网电压正常、稳定，降低谐波污染，则需要利用带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器，充分保障电能供电质量。通过分析得知，对三相不平衡调节器的研制需要对主电路进行合理设计，科学开展电流检测，并有效采用控制系统设计方案，以实现更好的补偿电流中的无功和谐波电流，最大限度的提高电能入网电流的质量，确保供电具有稳定性和安全性，充分满足社会发展的实际需求。
参考文献
[1]姜泽旭. 带有谐波抑制功能的三相不平衡调节器研究[D].合肥工业大学,2019.
[2]王舜. 具有谐波抑制功能的反激式微逆变器设计与实现[D].华北电力大学,2018.