岳威
摘要：随着我国社会经济水平的不断提高，用电需求也不断增加，这就需要加强对配电网的有效管理，才能够确保电力输送的稳定性和安全性。但是，在配电网的实际运行过程中，存在各种因素导致配电网出现不平衡的情况，也会产生谐波的问题，对配电网的安全运行造成了不利影响。本文将对配电网出现不平衡和谐波的问题进行分析，并提出相应的解决策略，以供参考。
关键词：配电网谐波不平衡解决措施
近年来，我国的社会经济飞速发展，不仅提高了人们的生活质量，也改变了人们的工作习惯。如今在配电网终端中应用到了更多的电力电子变换装置，如办公、照明、空调等。在这些电力电子变换装置的帮助，人们的用电质量得到了显著提升，但与此同时也可能导致配电网出现不平衡和谐波的问题，如果不采取有效措施进行优化，极有可能导致配电网出现三相电压不平衡的现象，还有可能造成一定的线路损伤，导致变压器的损耗不断增加，甚至可能导致中性点电压出现偏离的情况，严重影响配电网的正常运行，可能存在潜在的配电网安全风险[1]。因此，针对配电网不平衡和谐波问题采取有效的措施进行优化，是保障配电网安全运行的重要途径。
1配电网不平衡和谐波问题的基本概念
在社会经济水平的提高下，我国的用电需求正在不断增加，用电类型也与日俱增，这就使得如今的配电网结构朝着更加复杂的趋势发展。随着负荷类型的不断增加，以及用户用电时间的不断延长，配电变压器台区很容易出现三相不平衡的严重问题，如果没有及时采取有效措施，那么在用户用电需求不断增加的背景下，该问题会更加突出，最终影响配电网的正常运行[2]。
三相不平衡的问题如果一直存在，会影响整个电力系统的正常运行，导致电压不稳、电压偏移、线路损坏、变压器耗能增加等严重后果。针对配电网不的问题，许多专家学者纷纷进行，学者纷纷进行了讨论和研究。例如，王茂海采用瞬时功率法开展研究的过程中，针对无功功率元件进行探讨，证明了如何有效实现对其的不平衡补偿[3];乔琨等人则对晶闸管控制电抗器的方式进行了研究，找到了有效的不平衡补偿办法[4];林志雄等人分析了配电网不平衡所带来的严重危害，并针对这些危害提出了一定的解决策略，但是从实际应用来看这些解决策略缺乏操作性：如果在进行无功补偿时只采用单一的装置，就会限制不平衡补偿的效果，无法达到预期，如通过TCR虽然能够达到一定的补偿效果，但是这种设备的体积较大，且造价较高，在实际运行过程中也可能出现较为严重的谐波问题;而通过电源滤波器进行不平衡补偿时，需要较大的容量才能实现补偿操作，并且这一措施需要较高的成本[5]。
2配电网不平衡和谐波问题的解决策略
2.1晶闸管投切电容过程
如果在无功容量方面，补偿器所有相存在一定差异，就会改变其配电网中的负荷。因此当负载较为稳定的情况下，需要从分布式补偿的角度出发，首先对晶闸管投切电容进行分析，确定其总体容量后，再实行有效的分组工作[6]。因此，在实际工作中，需要对相关装置进行有效设定，并对控制内容进行合理科学的简化，避免出现分组细化的情况。晶闸管投切电容拥有较多的控制形式，因此为了达到不平衡补偿的目标，可以通过无功补偿法进行有效控制。
2.2确定有源滤波器
首先，为了三相三線制系统能够达到预期的运行效果，在选择有源滤波器时必须以适宜作为基础标准，并通过变压器引出其中线[7]。在处理配电网不平衡和谐波问题的过程中，需要充分发挥有源滤波器的价值和作用，不断根据问题的现实情况优化方案，从而尽可能将优化方案的成本降到最低。在三相三线制系统中，有源滤波器在进行无功检测时能够实现瞬时检测，同时在输出的过程中采用三角波控制的方法来提高检测效果。其次，为了让有源滤波器的作用最大限度地发挥出来，进行操作时一定要准备好规范化的保护措施，主要包括以下几点。
2.2.1要对直流测充电电流情况进行有效控制
有源滤波器在使用过程中，需要先在直流侧进行有效的充电，在这一过程中，有源滤波器的元件上会产生较大的电流，因此需要采取有效措施严格控制电流的流过。一般情况下，在通电的初始阶段进行控制时会采用全电阻模式，在通电0.5s后会减少50%的电阻，在通电1s后将电阻切断。
2.2.2要对充放电流情况进行有效控制。
有源滤波器在进行工作的过程中，直流侧的电流会慢慢下降，这样就能够实现无功功率的有效补偿。在这一过程中，直流侧充电PI调节器发挥着重要的作用，如果其P值相对较高，则可能提升直流测充电电流，如果不采取有效措施进行控制，就可能损坏有电路。因此，在有源滤波器的工作过程中，需要有效控制P值的大小，要有效调整PI的放大系统。在运行的初始阶段，可以让P值保持在较小的数值上，并根据运行过程中直流电压的变化情况逐渐增加，从而对充电电流进行有效控制。
2.2.3如果负荷的变化速度较快，则需进一步加强对充放电流的控制
有源滤波器在进行无功监测的过程中，因为瞬时检测效果可能使负荷出现较快的变化速度，这就导致有源滤波器的大容量无功补偿比TSC速度更快，就可能导致主电路中出现大量电流，甚至可能导致电路损坏。此时可以采用“限无功法”的方式来优化，确保有源滤波器能够在其全控型器件的帮助下实现对最大无功功率的控制，从而使充放电电流得到有效降低。
2.2.4要对装置结构进行有效控制
如图1所示，是一种针对配电网不平衡和谐波问题的有效综合治理办法。从图1的治理装置结构中可以看到，TSC控制和APF控制是该装置的开关，能够进一步简化控制的内容，同时APF能够检测电网入口位置的电流情况，从而对谐波进行有效控制，避免过多谐波进入到上级电网中。但是这种治理结构同样存在一些不足之处，例如，作为容性SVC的TSC很有可能和电网阻抗出现作用，从而产生谐振的问题，这会对配电网的正常运行造成一定影响。
由于APF的成本是由具体的容量决定的，并且APF的成本和大容量TSC的成本相比更低，因此在进行大容量无功补偿时可以选择TSC，让配电网不平衡的问题得到有效解决，随后再利用APF有效补偿TSC带来的极差影响，从而解决产生的谐波问题，让配电网的运行质量得以提升。
3配电网不平衡和谐波问题解决策略的现实应用
本文通过Matlab、Simulink平台对上述解决方式进行仿真实验，并得到了相应的实验参数，如表1所示。表2则是不平衡负荷的相关参数。
首先，在进行容量情况的确定时，采用分布式补偿方法。同时，从电网负荷的实际情况分析，设置相应的相地和相间分组。其中在相地组中，通过Y接方法来实现对零序电流的补偿，确保达到6kvar的单位容量;在相间组中，则通过△接方法实现对负序电流的补偿，确保达到2kvar的单位容量。
在控制有源滤波的實际容量时，一般采用全电容补偿的办法，实现有效划分无功补偿组的目的。将TSC级差作为参考依据，并结合负载谐波含量进行考虑，让APF的容量能够控制在有效范围内。这种方式不仅可以让无功补偿的效果得到有效提升，也能够让谐波的问题得到有效依据，计算公式如式（1）所示：
（1）
式中，E的含义是配电网的电压实际数值;Ud则代表了有源滤波器的直流侧电压情况，ω则代表了配电网系统的角频率，L则是指在串联电感下的具体电感值;I则代表补偿的实际电流值。
从实际数据分析来看，由于TSC级差的范围在8kvar左右，因此可以得出以下计算式子：电流加上1/4的三项不可控整流桥电流就等于APF容量下的电流情况，计算结果可以得出答案38A。随后，分析APF容量电流在裕度的影响下的变化，得出结论APF所产生的总补偿电流约为50A。根据公式计算，可以得到以下计算结果，如表3所示。
将表3中得到的计算结果直接在仿真平台上进行模拟实验，在进行补偿实验之前，可以看出三相电流的波形情况，如图2（a）所示，同时也可以看出中线电流的波形情况，如图2（b）所示。
从图2中可以看出，在补偿之前，配电网中存在较为严重的三相电流不平衡情况，也存在较为一的谐波问题，尤其是从图2（b）中可以看出中线电流存在过大的问题。因此，可以通过容量选取法对TSC进行有效控制;而通过三角波比较法对APF进行有效控制，在采取两种办法进行补偿后，可以从图3中看到补偿后的三相电流与中线电流波形情况。
从图3中可以看出，在采取了相应的补偿措施后，不但三相电流不平衡的问题得到了有效解决，同时也对中线电流进行了有效控制，确保中线电流维持在20A左右，从而有效地解决了谐波的问题，让中线电流量大大降低，有利于进一步加强配电网运行的安全性质量。
3结语
综上所述，配电网中三相电流不平衡的现象极为常见，并由此带来了较为严重的谐波问题，因此，必须通过有效的改进措施来解决不平衡和谐波的问题。本文通过对全电容补偿法进行有效优化，并通过晶闸管投切电容器对不平衡问题进行有效治理，同时结合有源滤波器的使用进一步提高综合治理的质量和效率，并在“限无功法”和“变P法”的帮助下，加强保护有源滤波器的实际使用效果，让装置的稳定性得以提升。最后，通过Matlab、Simulink平台对综合治理的策略进行实验验证，证明该方案的理论方向正确，且拥有一定的可操作性，控制方法更为简便快捷，控制装置的体积相对较小，建造成本相对较低，因此可以在实际中推广使用，有效解决配电网中的不平衡和谐波问题，为配电网的正常运行奠定良好基础。
参考文献
[1] 李英量，蔡鹤鸣，王康，等.改善不平衡配电网电压质量的分布式储能序次优化配置方法[J].电力建设，2022，43（1）：87-95.
[2] 张帅，于希永，刘柱，等.基于配电物联网的谐波监测及三相不平衡调节系统[J].电力信息与通信技术，2021，19（12）：43-48.
[3] 刘德华.配电网三相不平衡治理装置对比分析[J].大众用电，2021，36（11）：32-33.
[4] 刘科研，贾东梨，王薇嘉，等.考虑负荷不平衡分布的低压配电网线损实用计算策略[J].电力需求侧管理，2021，23（6）：81-86.
[5] 孙云奇.治理三相不平衡的优化控制技术分析[J].电子技术，2021，50（10）：178-179.
[6] 王振坤.低压配电网超高次谐波检测及滤波研究[D].太原：太原科技大学，2021.
[7] 沙千理.用于低压配电网三相不平衡治理的三相四桥臂SVG研究[D].北京：华北电力大学，2021.
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