本實用新型涉及配電網自動化領域，尤其涉及一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置。

背景技術：

配電網是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償器及一些附屬設施等組成的，在電力系統中起到分配電能的作用。由于我國配電網慣行的接地方式、線路架設方法，及線路中電壓互感器的不對稱布置，使得我國配電網長期存在三相對地參數不對稱的情況，容易引發(fā)三相電壓不平衡。三相電壓不平衡會給電力系統及用戶帶來一系列的危害，比如：降低配電變壓器的出力，危及變壓器的安全與壽命；增加電動機和輸電線路的損耗；影響用電設備尤其是單相負荷的正常運行；危及電網絕緣，并給故障檢測帶來困難，容易導致保護裝置誤動作等。一旦在三相電壓不平衡的情況下發(fā)生接地故障，還可能導致系統進入諧振狀態(tài)，使中性點電壓迅速增大，導致供電設備無法正常工作，影響配電系統供電可靠性。

目前，現有的國內外配電網三相電壓不平衡的治理方法，包括：采用手動或自動投切電容器組和電抗器組來實現，通過在線路投入電容器組或電抗器組，補償對地參數不平衡，但實際配電網運行方式多變，對地參數難以測量。而在中性點經消弧線圈接地系統中，為防止消弧線圈與線路對地電容發(fā)生諧振，產生更大的三相電壓不平衡，一般采用消弧線圈串聯或并聯合適大小的電阻接地，增加了消弧線圈補償回路的電網阻尼率，以抑制中性點電壓。

但是，上述方法難以迅速、準確地跟蹤配電網的動態(tài)變化，實現不平衡過電壓的實時補償，補償精度有限；且配電網對地參數難以測量，使抑制三相電壓不平衡的速度和精度存在局限性。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，以解決現有的裝置難以迅速、準確地跟蹤配電網的動態(tài)變化，實現不平衡過電壓的實時補償，補償精度有限；且配電網對地參數難以測量，使抑制三相電壓不平衡的速度和精度存在局限性的問題。

本實用新型實施例提供了一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，包括：采樣判斷電路、信號處理電路、比較計算電路和電流注入電路，其中，

所述采樣判斷電路的信號發(fā)送端與所述信號處理電路的信號接收端相連接；

所述信號處理電路的信號發(fā)送端與所述比較計算電路的信號接收端相連接；

所述比較計算電路的信號發(fā)送端與所述電流注入電路的信號接收端相連接。

可選的，所述比較計算電路包括：脈沖驅動電路、不可控整流器、逆變器和輸出濾波電路；所述脈沖驅動電路的信號接收端與所述信號處理電路的信號發(fā)送端相連接；所述脈沖驅動電路的信號發(fā)送端與所述逆變器的一個信號接收端相連接；所述不可控整流器的信號發(fā)送端與所述逆變器的另一個信號接收端相連接；所述逆變器的信號發(fā)送端與所述輸出濾波電路的信號接收端相連接。

可選的，所述電流注入電路包括：注入變壓器和消弧線圈電感，所述注入變壓器的初級線圈與所述輸出濾波電路的信號發(fā)送端相連接，所述注入變壓器的次級線圈與所述消弧線圈電感并聯。

可選的，所述輸出濾波電路包括：濾波電感和濾波電容，所述濾波電容并聯于所述逆變器和所述注入變壓器之間，所述濾波電感串聯于所述逆變器和所述濾波電容之間。

可選的，所述裝置還包括：逆變器直流側電容和電阻，所述逆變器直流側電容和電阻并聯于所述不可控整流器和所述逆變器之間。

由以上技術方案可知，本實用新型實施例提供了一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，包括采樣判斷電路、信號處理電路、比較計算電路和電流注入電路；采樣判斷電路的信號發(fā)送端與信號處理電路的信號接收端相連接；信號處理電路的信號發(fā)送端與比較計算電路的信號接收端相連接；比較計算電路的信號發(fā)送端與電流注入電路的信號接收端相連接。本實用新型實施例提供的采樣判斷電路，用于采集配電網三相電壓和中性點電壓，根據所述中性點電壓與所述配電網三相電壓的大小關系，判斷所述配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡；如果所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡，則由信號處理電路向發(fā)生所述三相電壓不平衡的配電網中性點注入電流，根據遍歷最優(yōu)注入電流的方法，調整所述注入電流的相位和幅值，確定使所述中性點電壓最低的最優(yōu)注入電流；再由比較計算電路將所述最優(yōu)注入電流作為參考電流，通過閉環(huán)反饋控制方法，與實際注入電流進行比較計算，得到最終的注入電流；最后由電流注入電路根據所述最終的注入電流，生成脈沖信號，產生脈沖電壓，所述脈沖電壓經過處理后注入中性點，使所述中性點電壓為零，消除所述配電網三相電壓不平衡。因此，本實用新型實施例提供的有源抑制裝置，可以迅速、準確地檢測配電網的動態(tài)變化，實現三相電壓不平衡的實時補償，而補償過程不受配電網的對地參數的影響，且可提高抑制過程的動、穩(wěn)態(tài)性能、響應速度及抑制精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例示出的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置的結構框圖；

圖2為本實用新型實施例示出的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置的電路原理圖；

圖3(a)為本實用新型實施例示出的固定幅值時注入電流相位與中性點電壓的關系圖；

圖3(b)為本實用新型實施例示出的固定相位時注入電流幅值與中性點電壓的關系圖；

圖4為本實用新型實施例示出的比較計算電路采用的閉環(huán)反饋控制方法的控制框圖；

圖5為本實用新型實施例示出的比例諧振控制器的根軌跡示意圖；

圖6為本實用新型實施例示出的比例諧振控制器k_r變化時的波特圖；

圖7為本實用新型實施例示出的三相電壓不平衡抑制前后中性點電壓仿真波形圖；

圖8為本實用新型實施例示出的三相電壓不平衡抑制前后三相電壓仿真波形圖；

圖9為本實用新型實施例示出的三相不平衡時注入的零序電流與參考電流的對比波形圖。

具體實施方式

參見圖1，為本實用新型實施例提供的一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置的結構框圖。

本實用新型實施例提供了一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，包括：采樣判斷電路1、信號處理電路2、比較計算電路3和電流注入電路4，其中，

所述采樣判斷電路1的信號發(fā)送端與所述信號處理電路的信號接收端相連接；所述信號處理電路的信號發(fā)送端與所述比較計算電路的信號接收端相連接；所述比較計算電路的信號發(fā)送端與所述電流注入電路的信號接收端相連接。

采樣判斷電路1，用于采集所述配電網三相電壓和中性點電壓，根據所述中性點電壓與所述配電網三相電壓的大小關系，判斷所述配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡；

信號處理電路2，用于如果所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡，則向發(fā)生所述三相電壓不平衡的配電網中性點注入電流，根據遍歷最優(yōu)注入電流的方法，調整所述注入電流的相位和幅值，確定使所述中性點電壓最低的最優(yōu)注入電流；

比較計算電路3，用于將所述最優(yōu)注入電流作為參考電流，通過閉環(huán)反饋控制方法，與實際注入電流進行比較計算，得到最終的注入電流；

電流注入電路4，用于根據所述最終的注入電流，生成脈沖信號，產生脈沖電壓，所述脈沖電壓經過處理后注入中性點，使所述中性點電壓為零，消除所述配電網三相電壓不平衡。

可選的，所述比較計算電路3包括：脈沖驅動電路、不可控整流器、逆變器和輸出濾波電路；所述脈沖驅動電路的信號接收端與所述信號處理電路2的信號發(fā)送端相連接；所述脈沖驅動電路的信號發(fā)送端與所述逆變器的一個信號接收端相連接；所述不可控整流器的信號發(fā)送端與所述逆變器的另一個信號接收端相連接；所述逆變器的信號發(fā)送端與所述輸出濾波電路的信號接收端相連接。

脈沖驅動電路用于發(fā)送脈沖信號，由脈沖寬度調制驅動，利用微處理器的數字信號輸出對模擬電路進行控制；不可控整流器由不可控二極管組成，用于對電路進行整流；逆變器用于將直流電轉換為交流電；輸出濾波電路用于對電路進行濾波。

可選的，所述電流注入電路4包括：注入變壓器和消弧線圈電感，所述注入變壓器的初級線圈與所述輸出濾波電路的信號發(fā)送端相連接，所述注入變壓器的次級線圈與所述消弧線圈電感并聯。

可選的，所述輸出濾波電路包括：濾波電感和濾波電容，所述濾波電容并聯于所述逆變器和所述注入變壓器之間，所述濾波電感串聯于所述逆變器和所述濾波電容之間。

由于配電網中的逆變設備含有大量諧波、非線性負荷，嚴重危害電網安全穩(wěn)定運行，因此，需要利用輸出濾波電路進行濾波處理。

可選的，所述裝置還包括：逆變器直流側電容和電阻，所述逆變器直流側電容和電阻并聯于所述不可控整流器和所述逆變器之間。

本實用新型實施例提供的有源抑制裝置，由采樣判斷電路1實時采集配電網的三相電壓和中性點電壓，并以此判斷配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡現象，由信號處理電路 22對有源逆變器注入的電流進行處理，通過遍歷最優(yōu)注入電流的方法，確定可使中性點電壓達到最低時的最優(yōu)注入電流，由比較計算電路3將實際注入到中性點的電流與最優(yōu)注入電流進行比較計算，通過閉環(huán)反饋控制方法，控制實際注入電流與最優(yōu)注入電流相等，得到最終注入電流；由電流注入電路4將最終注入電流即刻注入到配電網中性點，補償三相對地不平衡電流，抑制中性點電壓為零，從而實現消除配電網三相電壓不平衡。本實用新型實施例提供的有源抑制裝置，在抑制配電網三相電壓不平衡的過程中，無需實時測量配電網的對地參數，在補償中性點電流時不受配電網對地參數的影響，補償精度更高，并通過閉環(huán)反饋控制方法，可以穩(wěn)定地提高注入電流的可控性，控制精度高、穩(wěn)態(tài)誤差低，進而提高抑制過程的動、穩(wěn)態(tài)性能、響應速度及抑制精度。

在實際應用時，本實用新型實施例提供的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，可按照以下方法步驟進行：

S1、采集配電網三相電壓和中性點電壓，根據所述中性點電壓與所述配電網三相電壓的大小關系，判斷所述配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡；

S2、如果所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡，則向發(fā)生所述三相電壓不平衡的配電網中性點注入電流，根據遍歷最優(yōu)注入電流的方法，調整所述注入電流的相位和幅值，確定使所述中性點電壓最低的最優(yōu)注入電流；

S3、將所述最優(yōu)注入電流作為參考電流，通過閉環(huán)反饋控制方法，與實際注入電流進行比較計算，得到最終的注入電流；

S4、根據所述最終的注入電流，生成脈沖信號，產生脈沖電壓，所述脈沖電壓經過處理后注入中性點，使所述中性點電壓為零，消除所述配電網三相電壓不平衡。

本實用新型實施例提供的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，通過有源逆變器向配電網中性點注入特定幅值與相位的電流，補償三相對地不平衡電流，調控零序電壓，將中性點電壓抑制到零，從而實現三相電壓不平衡的抑制。

本實用新型實施例提供的消除配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，其有源抑制原理為：

參見圖2，為本實用新型實施例提供的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置的電路原理圖。

圖2中，E_A、E_B、E_C是配電網三相電源，R_A、R_B、R_C、C_A、C_B、C_C分別表示配電線路三相對地電阻及電容，L_C為消弧線圈電感，T表示注入變壓器，C_dc、R_dc為逆變器直流側電容、電阻，L₀、C₀構成逆變器的輸出濾波電路。

由基爾霍夫定律可知，中性點電壓為：

其中，分別為配電網三相對地參數的導納。

若向中性點注入電流：I_i＝E_AY_A+E_BY_B+E_CY_C；

則U_N＝0，從而實現了三相不平衡過電壓的抑制。

基于上述有源抑制原理，本實用新型實施例提供的裝置按照如下方法進行。

具體地，在步驟S1中，由采樣判斷電路1執(zhí)行，采集配電網三相電壓和中性點電壓，根據所述中性點電壓與所述配電網三相電壓的大小關系，判斷所述配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡；

實時檢測配電網三相電壓和中性點電壓，如果所述中性點電壓大于所述配電網三相電壓的5％，則判斷所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡；如果所述中性點電壓小于或等于所述配電網三相電壓的5％，則判斷所述配電網未發(fā)生三相電壓不平衡。

在步驟S2中，如果所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡，則向發(fā)生所述三相電壓不平衡的配電網中性點注入電流，根據遍歷最優(yōu)注入電流的方法，調整所述注入電流的相位和幅值，確定使所述中性點電壓最低的最優(yōu)注入電流；

向發(fā)生三相電壓不平衡的配電網中注入電流，根據有源抑制原理可知，注入電流與配電網的對地參數有關，但電網運行方式多變，難以實現對地參數的實時測量，因此，本實用新型實施例提供的信號處理電路2所采用的遍歷最優(yōu)注入電流的方法，即通過調整注入電流的相位和幅值，搜尋中性點電壓最小時的注入電流，確定的最優(yōu)注入電流的結果更加準確，方法更易實現，進而替代現有的檢測配電網對地參數的方法。

上述公開的遍歷最優(yōu)注入電流的方法，由信號處理電路2執(zhí)行，具體包括以下步驟：

S201、連續(xù)采集中性點電壓，以一非零的所述注入電流的幅值為基準幅值，改變所述注入電流的相位；

S202、遍歷所述中性點電壓集，如果所述中性點電壓集中存在中性點電壓的最小值，則確定所述中性點電壓最小值對應的所述注入電流的相位為最優(yōu)相位；

S203、以所述最優(yōu)相位為基準相位，改變所述注入電流的幅值；

S204、遍歷所述中性點電壓集，如果所述中性點電壓集中存在中性點電壓的最小值，則確定所述中性點電壓最小值對應的所述注入電流的幅值為最優(yōu)幅值；

S205、根據所述最優(yōu)相位和所述最優(yōu)幅值，得到所述最優(yōu)注入電流。

本實用新型實施例提供的裝置所采用的遍歷最優(yōu)注入電流的方法，由信號處理電路 2執(zhí)行，其實質是：先連續(xù)測量中性點電壓，并固定某一非零的注入電流的幅值，然后以Δθ為基準改變注入電流的相位，查找使中性點電壓最小時的注入電流的相位，將此時的相位確定為最優(yōu)相位；再固定該最優(yōu)相位，以ΔI為基準改變注入電流幅值，查找使中性點電壓最小時的注入電流的幅值，將此時的幅值確定為最優(yōu)幅值。綜合以上兩個查找步驟，最終得到最優(yōu)注入電流。

在實際應用中，遍歷注入電流的最優(yōu)幅值和相位，其實現的前提是注入電流的幅值和相位均單調收斂。為了驗證中性點電壓與注入電流的單調性關系，以380V模擬配電網三相電壓不平衡狀態(tài)下，中性點電壓與注入電流幅值和相位的關系為例進行舉例說明，如圖3(a)和(b)所示。設置的配電網三相電壓不平衡參數如表1所示。

表1三相不平衡有源抑制系統相關參數

參見圖3(a)，為固定幅值時注入電流相位與中性點電壓的關系圖。

由圖可知，固定注入電流幅值時，隨著相位的增大，中性點電壓先減小后增大，存在唯一的使中性點電壓最低的注入電流的相位，將此相位確定為最優(yōu)相位。

參見圖3(b)，為固定相位時注入電流幅值與中性點電壓的關系圖。

從圖中可以看出，固定注入電流的最優(yōu)相位，中性點電壓隨注入電流幅值的增大而先減小后增大，存在唯一的使中性點電壓最低的注入電流幅值，將此幅值確定為最優(yōu)幅值。

本實用新型實施例提供的由信號處理電路2執(zhí)行的遍歷最優(yōu)注入電流的方法，通過上述分析得到了注入電流與中性點電壓的單調關系，可以準確的確定使中性點電壓達到最小時的注入電流，無需實時測量因配電網運行方式多變，而難以實現測量的配電網的對地參數。該遍歷最優(yōu)注入電流的方法，可以替代現有的檢測方式，使檢測到的最優(yōu)注入電流更加的準確、合理。

在步驟S3中，由比較計算電路3執(zhí)行，將所述最優(yōu)注入電流作為參考電流，通過閉環(huán)反饋控制方法，與實際注入電流進行比較計算，得到最終的注入電流；

為減小外界干擾對注入電流的影響，提高逆變器輸出波形的穩(wěn)定性，對注入電流采用閉環(huán)反饋控制方法。該方法可以穩(wěn)定地提高注入電流的可控性，控制精度高、穩(wěn)態(tài)誤差低，進而提高系統的動、穩(wěn)態(tài)性能、響應速度及抑制精度。

本實用新型實施例提供的比較計算電路3所采用的閉環(huán)反饋控制方法，根據通過遍歷得到的最優(yōu)注入電流，以此作為參考電流，與實際注入電流進行比較計算，將得到的最終注入電流輸入到電流閉環(huán)。

參見圖4，為本實用新型實施例提供的比較計算電路3采用的閉環(huán)反饋控制方法的控制框圖。

具體地，本實用新型實施例提供的比較計算電路3所采用的閉環(huán)反饋控制方法，具體包括以下步驟：

S301、采集中性點電壓和注入所述中性點的實際注入電流；

該方法以注入電流為控制目標，通過傳遞函數，控制注入電流，使實際的注入電流滿足注入條件。如圖4所示，I_i為注入電流。

S302、對所述實際注入電流進行控制和轉換處理，得到閉環(huán)反饋控制傳遞函數；

將實際注入電流經過比例諧振控制器控制，得到傳遞函數結果為G_PR，然后經過逆變器轉換處理，此時經過控制和轉換的結果為比例諧振控制器傳遞函數與逆變器增益?zhèn)鬟f函數的乘積，即其中PR表示比例諧振控制器，K_INV為逆變器增益。

S303、獲取閉環(huán)反饋控制傳遞函數的輸出電壓，對所述中性點電壓和所述輸出電壓依次進行正反饋卷積計算和積分計算，得到計算結果；

根據經過閉環(huán)反饋控制傳遞函數的逆變器的輸出電壓，和中性點電壓一起進行卷積計算，將得到的卷積計算結果再經過一系列的積分計算，得到最終的計算結果。

S304、以所述最優(yōu)注入電流為參考電流，控制所述計算結果與所述參考電流相等，得到所述最終的注入電流；其中，所述計算結果為對所述實際注入電流進行計算的結果。

根據步驟S3中的結果，將得到的最優(yōu)注入電流作為參考電流，再將上一步驟中得到的計算結果與參考電流進行卷積計算，得到最終的注入電流，使最終的注入電流與參考電流相等，即完成全部的傳遞函數。

為參考電流，控制實際注入電流，使得滿足上述約束條件的注入電流為最終注入中性點的電流，此電流注入中性點后，可使中性點電壓為零，實現抑制配電網電壓不平衡的目的。此時注入中性點中，抑制中性點電壓為零的電流為零序電流。

本實用新型實施例提供的閉環(huán)反饋控制方法的全部傳遞函數可表示為： G(s)＝G_PRK_INVG_Y；

其中，

式中，k_p、k_r為比例諧振控制器的比例、積分系數，ω₀為諧振頻率，ω_c為截止頻率， C_s、L_s、R_s分別表示配電網的等效電容、等效電感及等效電阻。

本實用新型實施例提供的比較計算電路3所采用的閉環(huán)反饋控制方法，基于比例諧振控制，其控制過程即為傳遞函數的過程，由脈沖驅動電路控制整流器、逆變器及輸出濾波器共同完成，通過控制注入電流，使其與參考電流，即最優(yōu)注入電流相等，使得注入電流為可以抑制中性點電壓為零時的零序電流，該閉環(huán)反饋控制方法的控制過程穩(wěn)定，可以實現對注入電流的精準控制，以提高抑制過程的動、穩(wěn)態(tài)性能。

具體地，上述步驟S303，對中性點電壓和所述輸出電壓依次進行正反饋卷積計算和積分計算，得到計算結果的過程，具體包括以下步驟：

S3031、根據所述閉環(huán)反饋控制傳遞函數，對所述中性點電壓和所述輸出電壓進行正反饋卷積計算，得到正反饋卷積結果；

S3032、根據所述正反饋卷積結果，進行電感積分計算，得到實時電流值；

根據逆變器的輸出電壓U₀和中性點電壓U_N，進行卷積計算。卷積計算之后輸出信號，并進行電感L₀積分計算，得到流過濾波電感的電流值I_L。

S3033、對所述實時電流值和所述實際注入電流進行卷積計算，得到卷積計算結果；

S3034、根據所述卷積計算結果，進行電容積分計算，得到積分計算值；

對流過濾波電感的電流值和實際注入電流再次進行卷積計算，得到電流流過濾波電容，對流過濾波電容上的電流I_C進行電容C₀積分計算，得到的積分計算值被傳遞到下一步。

S3035、將所述中性點電壓帶入所述積分計算值，依次進行等效電阻逆運算、等效電容微分計算和等效電感積分計算，得到計算結果。

將中性點電壓U_N帶入步驟S3034中，對配電網的等效電阻R_s進行逆運算，對配電網的等效電容C_s進行微分計算，對配電網的等效電感L_s進行積分計算，此三個計算過程為并行計算過程，是同時進行的。

其中，C_s＝(C_A+C_B+C_C)/n²，R_s＝n²(R_A//R_B//R_C)，L_s＝n²L_c，n為注入變壓器變比， R_A、R_B、R_C是電力系統中的A、B、C三相電阻。

本實用新型實施例提供的閉環(huán)反饋控制方法，由比較計算電路3執(zhí)行，以有源逆變器向配電網中注入的電流為控制目標，通過傳遞函數的控制過程，控制實際注入電流與參考電流相等，將此時的電流注入中性點，補償三相對地不平衡電流，抑制中性點的零序電壓，從而實現配電網三相電壓不平衡的抑制。該方法可以穩(wěn)定地提高注入電流的可控性，控制精度高、穩(wěn)態(tài)誤差低，進而提高抑制過程的動、穩(wěn)態(tài)性能、響應速度及抑制精度。

由上述傳遞函數的公式可知，影響傳遞函數結果的因素包括比例諧振控制器的比例系數和積分系數，因此，為了提高有源抑制方法在抑制過程中的穩(wěn)定性，保證在受到外界干擾及對地參數變化時控制系統仍能有較好的動、穩(wěn)態(tài)性能，有必要通過動、穩(wěn)態(tài)分析設計比例諧波控制器的參數，采用先確定比例系數再確定積分系數的控制器參數設計方法，具體步驟如下。

第一，設計控制器的比例系數k_p。設計最佳的比例系數實質是設計可以增加穩(wěn)定控制的參數，使控制過程更加的穩(wěn)定，進而保證有源抑制方法的抑制效果達到最佳，消除配電網的三相電壓不平衡。

在設計控制器比例系數k_p時，先將比例諧振控制器等效為比例控制器，并通過分析開環(huán)傳遞函數根軌跡的方式確定k_p的取值。

舉例說明，在實際進行設計時，為使得系統輸出平滑且超調較小，可設定系統阻尼比ζ＝0.707，此時ω_c＝ζω₀＝222rad/s，其他各參數具體取值如表2所示：

表2控制系統相關參數

如圖5所示，為比例諧振控制器的根軌跡示意圖。

從圖中可以看出，閉環(huán)系統存在三條根軌跡，其中一條從復平面的原點沿實軸的負方向指向無窮遠處，另外兩條沿實軸對稱，從共軛的極點指向零點。由于根軌跡均處于復平面的左半部分，故系統的增益k_p從零取到無窮大時，系統均處于穩(wěn)定的狀態(tài)。由此可知，

第二，設計控制器的積分系數k_r。設計最佳的積分系數實質是設計可以增加穩(wěn)定控制的參數，使控制過程更加的穩(wěn)定，進而保證有源抑制方法的抑制效果達到最佳，消除配電網的三相電壓不平衡。

由于控制器系統階數較高，因此通過根軌跡法確定控制器系統的比例系數后，可根據勞斯穩(wěn)定性判據確定控制器積分系數的范圍。將相關參數帶入閉環(huán)特征方程1+G(s)＝0 可得：

勞斯穩(wěn)定性判據表達式為：As⁵+Bs⁴+Cs³+Ds²+Es¹+F＝0；

其中，A＝R_sL₀L_s(C₀+C_s)；

B＝k_pk_INVR_sC_sL_s+L₀L_s[1+2ω_cR_s(C₀+C_s)]；

根據勞斯穩(wěn)定性判據列勞斯表，如表3所示：

表3閉環(huán)特征方程對應的勞斯表

其中，Y₁＝(BC-AD)/B；Y₂＝(BE-AF)/B；Z₁＝(Y₁D-Y₂B)/Y₁；Z₂＝F； R＝(Z₁Y₂-Z₂Y₁)/Z₁；T＝Z₂。

根據表3，結合勞斯穩(wěn)定性判據，可計算得出系統穩(wěn)定時，k_r需滿足的關系為k_r>0。因此，對于任意取值為正的積分系數，均能滿足系統穩(wěn)定性的要求。

為進一步確定k_r的取值，使控制系統擁有更優(yōu)的動、穩(wěn)態(tài)性能，通過分析波特圖選取k_r值。圖6為比例諧振控制器k_r變化時的波特圖，其表示的是k_p＝3時，k_r分別取0.1， 1，10，100時閉環(huán)系統的波特圖。

由圖6可知，k_r的不同的取值并不會改變系統的穩(wěn)定性，這與用勞斯穩(wěn)定性判據分析的結果相同，但隨著k_r的增大，系統的相角裕度隨之減小，因此，k_r越小，系統的穩(wěn)定性就越好；同時，不同k_r值對應的低頻段及高頻段的幅頻特性基本相同，說明k_r的變化并不會影響系統的穩(wěn)態(tài)誤差和抗干擾能力。

綜合上述分析，結合圖6，設計諧振系數k_r＝1。此時系統相位裕度為90°，基波頻率處增益為35.8dB，遠離基波頻率處增益下降較快，滿足系統的動、穩(wěn)態(tài)性能要求。因此，采用閉環(huán)反饋控制方法能有效地對注入電流進行控制，提高系統的抗干擾能力，保證輸出波形平滑、穩(wěn)定。

本實用新型實施例公開的比較計算電路3所采用的閉環(huán)反饋控制方法，基于比例諧振控制，先確定控制器的比例系數，再確定積分系數，提高了注入電流的可控性，實現無差拍調控，進而提高系統的動、穩(wěn)態(tài)性能。

由以上技術方案可知，本實用新型實施例提供了一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，包括采樣判斷電路1、信號處理電路2、比較計算電路3和電流注入電路4；采樣判斷電路1的信號發(fā)送端與信號處理電路2的信號接收端相連接；信號處理電路2 的信號發(fā)送端與比較計算電路3的信號接收端相連接；比較計算電路3的信號發(fā)送端與電流注入電路4的信號接收端相連接。本實用新型實施例提供的采樣判斷電路1，用于采集配電網三相電壓和中性點電壓，根據所述中性點電壓與所述配電網三相電壓的大小關系，判斷所述配電網是否發(fā)生三相電壓不平衡；如果所述配電網發(fā)生三相電壓不平衡，則由信號處理電路2向發(fā)生所述三相電壓不平衡的配電網中性點注入電流，根據遍歷最優(yōu)注入電流的方法，調整所述注入電流的相位和幅值，確定使所述中性點電壓最低的最優(yōu)注入電流；再由比較計算電路3將所述最優(yōu)注入電流作為參考電流，通過閉環(huán)反饋控制方法，與實際注入電流進行比較計算，得到最終的注入電流；最后由電流注入電路4 根據所述最終的注入電流，生成脈沖信號，產生脈沖電壓，所述脈沖電壓經過處理后注入中性點，使所述中性點電壓為零，消除所述配電網三相電壓不平衡。因此，本實用新型實施例提供的有源抑制裝置，可以迅速、準確地檢測配電網的動態(tài)變化，實現三相電壓不平衡的實時補償，而補償過程不受配電網的對地參數的影響，且可提高抑制過程的動、穩(wěn)態(tài)性能、響應速度及抑制精度。

為了驗證本實用新型實施例提供的配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置的正確性和可行性，下面結合仿真和樣機實驗進行說明。

以在線電壓為10kV的模擬配電網中，搭建如圖2所示系統的仿真模型，具體設置的參數如表1和表2所示。

在系統產生三相不平衡過電壓后0.1s的時刻投入三相不平衡有源抑制裝置，抑制前后的仿真波形如圖7-9所示。

圖7為三相電壓不平衡抑制前后中性點電壓仿真波形圖，抑制前中性點電壓峰值達到2kV，大大超出了相電壓的5％，三相嚴重不平衡；通過向中性點注入零序電流后，中性點電壓被抑制到50V以內，三相電壓恢復平衡狀態(tài)。

圖8為三相電壓不平衡抑制前后三相電壓仿真波形圖，注入電流前C相電壓低于A、 B兩相，三相電壓不平衡，注入電流后三相電壓被強制平衡。

圖9為三相不平衡時注入的零序電流與參考電流的對比波形圖，可以看出，注入電流能迅速、精確地跟蹤參考電流波形，閉環(huán)控制的效果較好。

由此可知，本實用新型提出的一種配電網三相電壓不平衡的有源抑制裝置，通過有源逆變器向配電網中性點注入電流，可實現零序電壓的控制，從而抑制三相不平衡過電壓。比較計算電路3所采用的基于比例諧振控制的注入電流閉環(huán)反饋控制方法，根據配電網需求提出了先確定比例系數、再選取積分系數的控制器參數設計方法，實現了對注入電流的控制，提高系統的動、穩(wěn)態(tài)性能。仿真和樣機實驗證明配電線路三相不平衡有源抑制裝置能抑制由對地參數不對稱引起的三相不平衡過電壓，同時，基于比例諧振的控制方法能提高系統的穩(wěn)定性、響應速度及抑制精度。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的實用新型后，將容易想到本實用新型的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本實用新型的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本實用新型的一般性原理并包括本實用新型未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本實用新型的真正范圍和精神由所附的權利要求指出。

應當理解的是，本實用新型并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本實用新型的范圍僅由所附的權利要求來限制。