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

　　1.電能質(zhì)量控制的基礎理論研究方面

　　(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)量的檢測及應用儀器和設備方面

　　(1) 研究不同干擾條件下電能質(zhì)量的科學(xué)測量方法及相應的監測儀器和設備。

　　(2) 針對各種電能質(zhì)量指標均應有合理的計算分析方法，特別是針對不同干擾源的預測計算方法及其誤差的估算等。

　　(3) 建立電能質(zhì)量指標計算分析程序和數據庫，及建立電能質(zhì)量控制裝置的系統仿真模型。

　　3.采用數字化控制技術(shù)方面

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

　　(2) 可提高系統穩定性、可靠性和靈活性，同時(shí)系統一般可不受溫度影響。

　　(3) 數字化控制裝置的重復性好、調試方便、便于批量生產(chǎn)。

　　(4) 易于實(shí)現并聯(lián)運行和智能化控制。

　　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(hù)的柔性交流配電技術(shù)(DFACTS)相融合，不僅能加強交流輸電系統的可控性和增大其電力傳輸能力，而且能加強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，包括應用新的拓撲改進(jìn)電路結構，采用新的材料開(kāi)發(fā)新器件等。

　　二、靜止同步補償器(STATCOM)應用趨勢和前景展望

　　STATCOM是一種基于大容量變流器技術(shù)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補償設備，結合自身技術(shù)特點(diǎn)與輸電系統的需求，STATCOM在輸電系統中的應用有如下趨勢。

　?。?） 開(kāi)關(guān)器件以IGBT為主。從使用的開(kāi)關(guān)器件來(lái)看，已由最初的強迫換相晶閘管、GTO發(fā)展到IGBT、IGCT等高性能復合器件。IGBT 器件近年來(lái)發(fā)展最快，雖然存在著(zhù)器件串聯(lián)等技術(shù)難題，但良好的性能已成為IGBT器件應用的顯著(zhù)優(yōu)勢。

　　(2) 主回路向鏈式結構發(fā)展。雖然目前的STATCOM工程仍以多重化結構為主，但其承受系統不平衡能力有限，無(wú)法滿(mǎn)足輸電系統穩定運行的要求，限制了它在輸電系統的推廣應用;而鏈式結構的STATCOM具有分相可控，有利于解決系統的相間不平衡，無(wú)需多重化變壓器，避免復雜的IGBT串聯(lián)技術(shù)，易實(shí)現模塊化等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為大容量STATCOM結構發(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結構緊湊，使用壽命長(cháng)，特別是使用中一旦出現損壞失效呈現短路特性，無(wú)需復雜的旁路技術(shù)，不會(huì )影響其他器件的運行，非常適合工程應用。該技術(shù)的突破為高集成度大容量STATCOM裝置的開(kāi)發(fā)提供了可能。

　　(4) 方案設計向可移動(dòng)化方向發(fā)展。與同容量SVC相比，STATCOM更便于做成移動(dòng)式，可以向系統緊急需要無(wú)功的地點(diǎn)快速轉移、安裝和投入運行，滿(mǎn)足系統重新布置無(wú)功補償裝置的要求，這也成為STATCOM技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

　　(5) STATCOM技術(shù)向標準化方向發(fā)展。目前，STATCOM技術(shù)領(lǐng)域缺乏統一的標準規范，不利于技術(shù)的推廣應用。STATCOM技術(shù)的標準化是工程化的必然趨勢。

　　目前STATCOM拓撲結構的研究熱點(diǎn)在于模塊化多電平變流器和靜止同步補償器與變壓器進(jìn)行一體化設計方面?？刂扑惴ㄑ芯繜狳c(diǎn)主要在于鏈式拓撲的電壓平衡控制、非理想電網(wǎng)情況下的控制策略以及在風(fēng)力發(fā)電系統中的應用。

　　三、靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置(SVC)應用趨勢和前景展望

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

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

　　基于TCR的SVC，雖然能夠快速抑制電壓波動(dòng)，節約能源，平滑的控制無(wú)功負荷的允許波動(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、中國和巴西開(kāi)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代電網(wǎng)的無(wú)功補償，正向著(zhù)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)和平滑調節方向發(fā)展，用基于MCR的SVC改造和建設電網(wǎng)的無(wú)功補償，是提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低線(xiàn)損，提高電網(wǎng)穩定水平的積極、有效、可行的措施，有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。

　　四、無(wú)源濾波器(PPF)應用趨勢和前景展望

　　無(wú)源濾波器是目前應用最為廣泛的電網(wǎng)諧波治理裝置，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，由無(wú)源濾波器和有源濾波器結合組成的混合型濾波器(Hybrid Active Power Fiher 簡(jiǎn)稱(chēng)HAPF)也慢慢進(jìn)入到實(shí)際工程應用領(lǐng)域，它兼顧了無(wú)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。該結構中，LC濾波器承擔大部分諧波和無(wú)功電流補償的任務(wù)，APF的作用是改善整個(gè)系統的性能以及抑制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。該結構中，諧波和無(wú)功電流主要由LC濾波器補償，而APF通過(guò)注入諧波電壓使得LC支路對諧波呈現低阻抗，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)。這種拓撲結構存在的不足是補償的無(wú)功電流將通過(guò)稱(chēng)合變壓器流入APF，故不適用于同時(shí)補償大容量無(wú)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拓撲結構。該結構中，APF對基波呈現低阻抗，但對諧波呈現高阻抗，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撲結構。該結構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(lái)得到了較大的關(guān)注。

　　除了上述幾種拓撲結構外，國內外學(xué)者還提出了幾種混合型APF拓撲結構，這些方案將不同變流器進(jìn)行組合，其中一個(gè)主要負責補償無(wú)功，而另一個(gè)主要負責補償諧波，從而充分發(fā)揮不同器件所構成的裝置的特點(diǎn)。

　　在工程實(shí)踐中，一般是根據經(jīng)驗來(lái)設計無(wú)源濾波器的，沒(méi)有對其參數進(jìn)行優(yōu)化。近年來(lái)，有一些學(xué)者提出了基于多目標遺傳算法的無(wú)源濾波器優(yōu)化設計方法，這種方法比較全面的考慮了無(wú)源濾波器設計中存在的問(wèn)題和影響因素，以無(wú)源濾波器的初始投資、無(wú)功補償容量、濾波效果等作為優(yōu)化目標，設計出的無(wú)源濾波器具有較好的綜合性能。

　　五、有源濾波器(APF)應用趨勢和前景展望

　　有源濾波器(APF)在國內市場(chǎng)的大規模應用，仍然面臨電力電子器件的價(jià)格與高壓場(chǎng)合下應用這兩方面的挑戰。

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

　　雖然國外的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)口購買(mǎi)的。我國只能進(jìn)口國外IGBT芯片，自己進(jìn)行少量封裝。進(jìn)口期件過(guò)高的價(jià)格也成為了抑制電力電子設備大規模商業(yè)化應用的主要因素之一。_

　　APF的補償模式比較靈活，如僅僅補償負載電流中的諧波分量、同時(shí)補償負載電流中的諧波和無(wú)功分量、補償電網(wǎng)電壓中的諧波等等。當然，較大的系統容量使得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)合的應用。因此，市場(chǎng)上現有的APF產(chǎn)品主要應用于低壓配電網(wǎng)。

　　隨著(zhù)諧波污染的惡化，國家將加強對諧波污染的處罰力度，并出臺更為明確的法規。受此推動(dòng)，APF的市場(chǎng)需求將會(huì )顯著(zhù)增加。

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

　　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(zhù)IGBT國產(chǎn)化的加速推進(jìn)，其性?xún)r(jià)比也將得到大幅的提升。

　　諧波電流檢測算法方面，為了解決瞬時(shí)無(wú)功功率理論在單相系統中難以應用的問(wèn)題，出現了所謂的自適應噪聲消除方法(ANC)。此外， [[i]][[ii]][[iii]][[iv]]將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )理論與信號處理中的自適應噪聲對消技術(shù)相結合，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的自適應諧波電流檢測方法。目前這些方法大多處于仿真研究階段。

　　控制算法方面，針對常用的PI算法，近年來(lái)，有學(xué)者提出了一種針對非直流信號的積分器——廣義積分器，受到國內外學(xué)者的重視。

　　調制算法方面，鑒于滯環(huán)控制存在上述缺點(diǎn)，以?xún)?yōu)化開(kāi)關(guān)頻率和減小穩態(tài)誤差為出發(fā)點(diǎn)，國內外學(xué)者提出了各種改進(jìn)的滯環(huán)控制方法。

　　隨著(zhù)控制理論的發(fā)展，滑模變結構控制、模糊控制 [[v]][[vi]]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制 [[vii]][[viii]][[ix]][[x]]和專(zhuān)家系統 [[xi]]等智能控制方法在也被嘗試應用在A(yíng)PF控制中，這些智能控制方法很少有單獨應用的，多數都是與其他控制相結合，以改善APF的控制性能，是APF控制技術(shù)未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。

　　六、動(dòng)態(tài)電壓恢復器(DVR)技術(shù)分析

　　根據應用場(chǎng)合不同，DVR可分為中壓DVR和低壓DVR。中壓DVR應用于三相三線(xiàn)電力系統，而低壓DVR應用于三相四線(xiàn)電力系統。對于不平衡電壓暫降，中壓DVR只需補償正序和負序電壓，而低壓DVR還需要額外補償零序電壓。

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

　　目前對動(dòng)態(tài)電壓恢復器的研究主要是軟件的研究，包括：電壓檢測方法的研究和補償策略的研究。

　　DVR具有良好的補償功能，對于抑制動(dòng)態(tài)電壓發(fā)生跌落有較好的效果。要使其發(fā)揮功能，需運用科學(xué)合理的檢測方法快速且無(wú)偏差的檢測出需要補償的電壓信號。按照擾動(dòng)特征量提取方法的不同，可將電壓跌落的檢測方法分為：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(wú)功功率理論的dq變換方法，pqr變換法等。

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

　　七、固態(tài)切換開(kāi)關(guān)(SSTS)技術(shù)分析

　　傳統的SSTS系統由一組電力電子器件組成，可以快速實(shí)現電能的傳輸由一路電源向另一路電源的轉換。但是，電力電子器件不是單純的傳導元件，電流的持續流過(guò)必然導致大量的能量損耗以及對附加冷卻設備的需求，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(kāi)關(guān)的概念，通過(guò)機械開(kāi)關(guān)和電力電子器件的并聯(lián)實(shí)現無(wú)中斷供電。在系統正常運行時(shí)，電能由機械開(kāi)關(guān)輸送給用戶(hù);當執行動(dòng)作指令時(shí)，機械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電力電子器件同時(shí)動(dòng)作，電能由電力電子開(kāi)關(guān)輸送給用戶(hù)，電流過(guò)第一個(gè)零點(diǎn)時(shí)，利用電子器件的特性將其截斷，動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)1/4周期。

　　這樣，就可以通過(guò)幾路由混合開(kāi)關(guān)控制的輸電路徑構成的SSTS系統，實(shí)現無(wú)中斷供電，保護用戶(hù)的用電質(zhì)量。這種全新的SSTS系統不僅保證了向用戶(hù)的高質(zhì)量供電，同時(shí)具有結構緊湊、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(hù)。SSTS的研究勢必彌補國內電力行業(yè)SSTS系統的空白，使其成為解決配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)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畸變。其中，最突出的問(wèn)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(lái)許多諧波，一方面由于某些微電源自身構成諧波源，另一方面是微電源需要通過(guò)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，則其直接與系統相聯(lián);若微電源發(fā)出直流電或高頻交流電，則通過(guò)逆變器與系統相聯(lián)。

　　鑒于微網(wǎng)系統中的諧波大多數是因為電力電子技術(shù)的逆變整流單元和某些非線(xiàn)性負荷引起，而治理諧波污染的本質(zhì)在于降低或者濾除流經(jīng)系統的諧波電流，從而將其控制在電力系統容許的范圍內，因而對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)中出現的諧波問(wèn)題一定程度上要求通過(guò)電力濾波裝置來(lái)處理，抑制諧波的手段一般分為 LC 無(wú)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)。

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

　　對諧波諧振現象的抑制措施除了安裝有源濾波器及補償設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償(harmonic current compensation)功能。前者通過(guò)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為強電阻性阻抗，后者則在檢測到附近的設備發(fā)出諧波電流時(shí)啟動(dòng)。通過(guò)這2個(gè)改進(jìn)可以使微網(wǎng)整體表現為對諧波的強阻尼環(huán)境，從根本上消除諧波諧振現象的產(chǎn)生條件。

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