湖南大學國家電能變換與控制工程技術研究中心的研究人員姜飛、涂春鳴等，在2015年第23期《電工技術學報》上撰文，提出一種適用于主動配電網(wǎng)（ADN）的多功能串聯(lián)補償器（MFSC），可作為分布式能源系統(tǒng)與公共交流配電網(wǎng)的連接接口，實現(xiàn)動態(tài)電壓補償及故障限流的雙功能。分別分析電網(wǎng)正常運行及發(fā)生短路故障下，MFSC的工作原理和直流系統(tǒng)能量平衡原理，并建立MFSC電壓補償及故障限流數(shù)學模型。

此外，提出MFSC的電壓補償模式、故障限流模式、分布式電源與儲能單元協(xié)調模式的控制策略。最后，在PSCAD/EMTDC仿真軟件上驗證了所提新拓撲的有效性，并搭建實驗室平臺驗證了其電壓補償功能及限流功能的正確性。

隨著各級政府及居民環(huán)境保護意識的逐步提升，分布式能源（如太陽能、風能等）發(fā)電技術（DistributedGeneraTIon，DG）獲得了蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)配電網(wǎng)需逐步轉變?yōu)橹鲃优潆娋W(wǎng)（AcTIveDistribuTIonNetwork，ADN），以滿足對分布式能源的主動控制及主動管理等要求。

然而，DG大量接入對ADN系統(tǒng)的電壓、短路容量等造成顯著影響［3］；ADN中的各種類別故障（短路故障、電壓跌落等）也將對電網(wǎng)設備安全及高效運行產(chǎn)生潛在危害。因此，設計一種同時具備電壓補償與故障限流功能的新拓撲，對傳統(tǒng)配電網(wǎng)向ADN快速轉變以及ADN的安全、穩(wěn)定運行具有重要意義。

近年來，文獻已提出了利用電力電子變換器作為新能源發(fā)電并網(wǎng)接口，同時具備改善電能質量功能的拓撲結構。提出了將傳統(tǒng)串、并聯(lián)變換器結構與分布式能源、能量存儲進行結合再配置，能夠更好的適用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。此外，串、并聯(lián)變換器的直流側均可采用獨立分布式能源供電，維持直流側電壓穩(wěn)定，提高變換器運行效率。

故障限流器的主流研究方向為基于電力電子技術的固態(tài)限流器和基于超導技術的超導限流器，主要集中在限流模塊的拓撲優(yōu)化、控制策略及其對電網(wǎng)的影響。文獻提出了一種能夠控制電網(wǎng)正常運行下的電壓補償深度及電網(wǎng)短路故障下的電流限制程度的拓撲結構。

文獻提出了一種耦合法固態(tài)限流器，能夠實現(xiàn)電網(wǎng)短路故障電流限制的功能。提出了一種適用于諧振型高頻交流母線新型固態(tài)短路限流器的驅動電源。

傳統(tǒng)固態(tài)限流器運行機理是通過對多個電力電子器件的通斷來實現(xiàn)限流模塊投切功能，因此，本文考慮將固態(tài)限流器與相近似拓撲的電能質量調節(jié)拓撲復用，單獨控制限流模塊，達到實現(xiàn)多種電能質量調節(jié)裝置的功能。

文獻［建立了帶限流模塊的統(tǒng)一潮流控制拓撲結構（UnifiedPowerFlowController，UPFC），具有常規(guī)UPFC和三相橋式固態(tài)限流器的多種功能。分析了基于磁通補償原理的固態(tài)限流器拓撲及原理。提出了串聯(lián)型有源電力濾波器（SeriesAcTIvePowerFilter，SAPF）的串聯(lián)變壓器二次側，并聯(lián)變阻器和反并聯(lián)二極管支路方法，能夠實現(xiàn)保護變換器的作用，但由于額外增加支路復雜，且控制難度大，易造成配合失效［19］。

由此可知，通過對電力電子設備拓撲結構的簡單改進或復用實現(xiàn)所需額外功能是可行的。經(jīng)調研，動態(tài)電壓恢復器（DynamicVoltageRestorer，DVR）拓撲與固態(tài)限流器拓撲存在一定的相似性，考慮將固態(tài)限流器與動態(tài)電壓恢復器相同結構復用［22］，作為主動配電網(wǎng)內分布式能源系統(tǒng)與公共交流配電網(wǎng)的一個連接端口。

本文提出了一種適用于主動配電網(wǎng)的多功能串聯(lián)補償器（Multi-FunctionSeriesCompensator，MFSC），其交流側串聯(lián)接入公共交流配電網(wǎng)，分布式能源系統(tǒng)的直流母線通過DC-DC雙向變換器與MFSC的直流側電容連接，可為MFSC提供穩(wěn)定的直流側電壓。

當電網(wǎng)未發(fā)生短路故障時，MFSC實現(xiàn)對交流配電網(wǎng)的電壓暫升、暫降調節(jié)；當公共交流配電網(wǎng)負載側發(fā)生短路故障時，MFSC能有效隔離交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)，并實現(xiàn)對交流系統(tǒng)故障電流的限制功能。

本文細致分析了MFSC的拓撲結構、工作機理及控制策略，并在PSCAD/EMTDC仿真軟件上驗證了所提新拓撲功能的有效性，搭建實驗室樣機平臺重點驗證了MFSC的電壓補償及故障限流功能可行。

圖1基于多功能串聯(lián)補償器的主動配電網(wǎng)結構

結論

本文提出了一種多功能串聯(lián)補償器，其直流側能量由分布式電源與儲能單元通過直流母線可靠供給，當公共交流配電網(wǎng)未發(fā)生短路故障時，可實現(xiàn)對電壓跌落、抬升的可靠補償；當公共交流配電網(wǎng)負載側發(fā)生短路故障時，能夠快速分離分布式能源系統(tǒng)與公共交流配網(wǎng)，并對交流系統(tǒng)中的短路電流進行迅速限制。

1）所提MFSC系統(tǒng)采用拓撲結構復用技術，可將其作為分布式能源系統(tǒng)與公共交流配電網(wǎng)的一種連接裝置。其直流側通過分布式電源提供可靠能量，解決了原有電網(wǎng)補償裝置在深度電壓補償時能量不足的問題。

2）MFSC系統(tǒng)可根據(jù)實際情況應用于需同時考慮優(yōu)化電能質量及故障電流限制的復雜配網(wǎng)系統(tǒng)，也可在交直流混合配網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮一定作用。本文重點研究了MFSC多功能實現(xiàn)的可行性，但對于分布式能源系統(tǒng)與公共交流配電網(wǎng)的交互影響仍需深入研究。