摘要：低压配电网中的电能质量问题严重影响着电网的稳定运行，无法保证供电的可靠性。常规解决方案无法实现对现场的连续动态补偿，且设备价格昂贵，占用空间。本文提出了一种综合补偿控制策略，结合亚派有源电力滤波器产品，能实现对现场谐波、无功、不平衡的综合补偿，补偿效果良好，且能实现连续动态补偿，运行与维护成本较低。
随着三型两网的发展，电力电子设备更多的投入到电力系统中，这将会对配电网的电能质量带来严重的考验。如微电网并离网引起的电压波动，电机设备短时运行对电网注入的大量谐波，以及配电网线路负荷的非均匀用电引起的三相电流不平衡等都会对电网的稳定运行以及供电可靠性带来一定的影响，同时也会使变压器等设备处于高负荷运行态、或非经济运行状态，严重影响配电网设备寿命与用电负荷的寿命，因此保证配电网的电能质量将有效的提高配电系统的供电可靠性，提高设备以及配电网线路的使用寿命，有利于配电网的稳定运行。
针对如上问题，目前也有很多的解决方案，包括利用电容器提高电网的功率因数、避免电压波动，利用换相开关对三相不平衡负荷进行相间转移，利用单调谐滤波器对电网中的谐波进行剔除等。但以上方案都有一定的局限性，如电容补偿和换相开关只能做到非连续性调节，单调谐滤波器只能针对指定谐波进行补偿，皆无法做到连续动态综合补偿。本文提出了一种综合动态补偿方案，利用有源电力滤波器（APF）的快速连续调节，结合相应算法实现了对配电网不同谐波工况的连续动态补偿。
电力电子负荷的使用使得电网电流呈现非正弦周期分量，可分解为标准频率的正弦量和各高次频率的正弦量的叠加，在进行补偿时本文采取全补偿模式，通过PARK变化与CLARK变换将静止坐标系下的电流转换到DQ0旋转坐标系，此时基波分量转化为直流分量，其他高次谐波则为交流分量，再利用LPF低通滤波器将交流分量部分滤除，则实现对谐波的剔除。经过坐标变换后的D轴分量和Q轴分量分别代表有功分量和无功分量，因此在谐波的提取时可以考虑是否对无功进行补偿，可设计无功选择控制器，在不进行无功补偿时直接将Q轴变量经过LPF后得到基波电流，再将采样电流与基波电流进行矢量计算得到补偿电流，可以对谐波进行滤除；有无功补偿功能时，将Q轴的参考基准设为0，采样电流经过坐标变化后与之进行比较，差值部分作为补偿电流，实现对无功的补偿。不平衡部分则在PARK和CLARK变换时体现在0轴上，利用0轴分量的控制实现对不平衡的补偿。
本文控制系统模型采用双闭环控制系统，外环采用直流侧电压和均压控制，内环进行电流控制，通过PI控制器消除静态误差，实现对指令电流的跟踪控制。后文中将通过搭建仿真模型对不同工况进行分析，验证本控制方案的可行性。
根据以上原理分析，搭建如图1所示的系统模型，系统为双电源电压配电系统，P+jQ为非线性负载，CB表示断路器，M-APF为该控制策略下的有源电力滤波器。M-APF包括各采样互感器，APF控制器采用单电感滤波型两电平有源电力滤波器，整个系统包括采样调理、谐波提取、双环控制、脉宽调制与脉冲驱动过程。
根据以上原理分析，搭建仿真模型。通过对不同负荷情况下的仿真分析来验证该控制策略的可行性。控制部分原理如图2所示，主要包括PLL锁相，直流侧电压控制器，LPF滤波器，无功选择控制器，PWM脉冲生成器，以及相关的PI控制器，坐标变换部分构成。
运行时间为0.5秒，其中0-0.4秒有补偿，0.4秒时切除补偿，如图3所示可知，补偿后的系统电流基本为正弦波，0.4秒时切除补偿，未补偿的电流发生严重畸变，通过实验验证该控制策略能实现对谐波的补偿。
统计了0-0.6秒运行期间系统的输出有功P和输出无功功率Q，其中0-0.4秒有补偿，0.4秒时切除补偿，如图4所示可知，切除补偿后的无功输出为5.569kVar，在补偿期间输出无功为0.023kVAR，基本上实现了对无功的补偿。
运行时间为0.5秒，其中0-0.4秒有补偿，0.4秒时切除补偿，如图5所示可知，未加入补偿时，三相电流不平衡且含有谐波，在加入补偿时可由图知三相电流恢复平衡，且剔除了电流中的谐波成分。
该方案能实现对负载的快速有效补偿，能实现对谐波、无功 、不平衡的综合补偿，补偿效果良好，便于集成化，有利于后期维护。
该方案采用L型滤波器进行原理性验证，高次谐波部分未能完全滤除，后续可考虑采用LCL型滤波器。
该方案仅对电流不平衡进行补偿，未考虑电压不平衡状态下的锁相不准问题，后续可对此进行研究，可改进PLL锁相环对其进行完善。
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