王晓奇
内蒙古电力（集团）有限责任公司 乌兰察布电业局 内蒙古乌兰察布 012000
摘要：随着各种电能质量控制设备的接入，由于电能质量控制设备的类型不同、响应速度不同，设备之间的控制目标可能会相互影响，从而降低动态性能。因此，有必要采用主动控制手段来协调各种设备的输出和动作，以防止电能质量调制效果不佳。为了避免配电网中电能质量控制设备之间的相互干扰，综合考虑和解决了常见的谐波失真、高低压等电能质量问题。根据电网参数和配电网运行情况，基于基波和谐波潮流计算各控制节点对被控节点的谐波灵敏度和电压无功灵敏度。以APF和SVG为中心划分影响区域，针对区域内被控节点计算各控制节点的协调系数，实现APF和SVG的协调运行。
关键词：电能质量；SVG；APF；协调控制；配电网；灵敏度；
当下对电能质量治理的研究主要在电能质量治理设备的性能提升和容量分配上，对电能质量治理设备的协调控制配合研究较少。对配电网常用的SVG、APF等电能质量治理设备的调控能力和控制策略进行分析，以基波潮流与谐波潮流的相互影响为基础，分析各类电能质量治理设备运行时的相互干扰，即对其各自控制目标间的干扰。将各电能质量治理设备作为控制节点，用灵敏度表示各控制节点输出对其余节点的干扰，从而提出通过设置协调系数消除设备间的干扰以实现电能质量治理设备的协调控制。
一、电能质量独特性
通过微网的运行特性可以看出由于微网是一个弱惯性系统不再同于传统的大电网，其包含着众多电力电子变换器是一个高度非线性环境，不同电力电子变换器控制策略之间也互相耦合干扰。除了传统电网中的电压波动、闪变、电流畸变、频率不稳定、三相不平衡等电能质量问题，微网电能质量问题具有其独特性。加之微网或者含微网的配网中敏感负载对供电可靠性和电能质量提出了越来越高甚至苛刻的要求，电能质量问题受到越来越多的关注和研究，有必须要去单独考虑微网及含微网的配电系统中存在相关电能质量的独特问题。
1.微网内含有大量非线性电力电子变换器接口电路，加上用于电能质量治理的传统装置如有源电力滤波器(APF)，静止无功发生器SVG)，动态电压补偿器(DVR)等，众多非线性电力电子器件集中在一个相对封闭的小区域里，这形成了一个多逆变器的非线性环境。多个微源和多个电能质量治理装置这些功率器件之间的控制互相耦合、干扰，使得微网电能质量控制变得更加复杂，微网内部多逆变器系统是电能质量治理要首先面对的客观环境。
2.从本质上说，无论微源还是电能质量治理装置所采用的电力电子接口都是受控电压源或者受控电流源。而微网作为一个受区域环境限制的区域包容了大密度电力电子接口，其控制策略之间会互相耦合影响，对控制造成了不确定性和不可靠性。
二、灵敏度指标
在配电网具有谐波源的情况下，将生成基波潮流和各次谐波潮流。谐波潮流是经由非线性负荷的基波潮流变换而成的，在所有潮流中占比很小，且与基波潮流相互耦合。谐波潮流的改变会影响基波功率，而基波潮流的变化对谐波潮流的作用更大。谐波潮流等式约束如下：
Ih=YhUh
在计算基波潮流时由于谐波的作用，主要为对各节点产生的k次谐波功率，即
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式中Pi、Qi为节点i总有功及无功功率，P1 i、Q1 i为节点i的基波有功及无功功率，Pi k、Qi k为节点i的k次谐波有功及无功功率。基于谐波电压对谐波电流的作用，谐波源的注入电流可以根据节点基波电压和谐波源特性得到：
Ik i=g（Ui 1，Ui 2，…，Ui h）
式中，Ui 1，Ui 2，…，Ui h为节点i的基波和各次谐波电压值，Ii k为节点i的k次谐波电流。由于谐波参数基本不变，各谐波源节点的谐波电流与节点基波电压幅值成比例，当节点基波电压变化时，各谐波源节点的谐波电流也相应改变。配电网中的无功主要与各节点电压大小有关，且J矩阵中的各元素很小，可简化得：
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将系数L转换为节点导纳矩阵的形式：
L=UBU
B为配电网的导纳阵。
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定义各APF均流系数Ki，
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1.计算各控制节点电能质量治理装置参数对各被控节点参数的灵敏度，即SVG控制节点注入无功对各被控节点电压的电压-无功灵敏度和APF控制节点注入谐波电流对各被控节点谐波电压的谐波灵敏度。
2.根据控制节点装置容量和被控节点灵敏度等指标综合考虑发生扰动时的各控制节点配置。对于APF，协调系数为各控制节点对该被控节点的谐波灵敏度与总谐波灵敏度之比；对于SVG，协调系数为各控制节点对该被控节点的电压-无功灵敏度与总电压-无功灵敏度之比；对于APF和SVG，先忽略不同类控制节点相互之间的影响，根据上述只有一类控制节点时的分配方法配置SVG参数，再根据各被控节点对控制节点的电压-无功灵敏度、谐波灵敏度和Kin（谐波电流与节点基波电压之比）计算APF的协调系数。
3.监控主站实时监测各节点支路电流畸变率和电压波动，基于各被控节点灵敏度指标计算各控制节点的协调系数，对各区域控制节点参数进行进一步优化配置。控制节点参数由区域控制器发送到各本地控制器。当区域协调控制器故障时，本地控制器基于下一条线路参数得到补偿电流，协调系数置为1，转发给控制节点。
4.仿真验证。以仿真算例为基础，形成如图2所示15节点配电网。分别在节点3、11、14接谐波源，在节点5、9、13接无功负荷。同时在节点2、14安装APF，在节点5安装SVG。当SVG和APF自行调节时，
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协调运行后在牺牲电流畸变率的情况下，电压波动范围得到改善，在应用时需要有所取舍。
总之，通过监控主站的实时监测，基于各控制节点的灵敏度指标通过区域协调控制器设置协调系数，本地控制器基于协调系数调节各控制节点。从仿真结果来看，对于调节效果需要作出一定的取舍，进行进一步改善。在控制过程中，仅考虑了APF和SVG的谐波补偿和无功补偿能力，实际上两类装置都兼具更多功能，因此可以在更多方面进行配合协调控制。
参考文献：
[1]刘海，低压智能配电网技术研究综述.2019.
[2]张金群，关于配电网电能质量治理设备协调控制研究.2020.