潘夏

【摘 要】在新的發(fā)展時(shí)期，無(wú)論是生產(chǎn)還是生活，人們對(duì)于配電網(wǎng)電能質(zhì)量都提出了更高的要求?；诖耍疚木团潆娋W(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行分析，首先介紹了在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而提出了應(yīng)用較為廣泛的配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)，包括無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)與諧波抑制技術(shù)，并進(jìn)一步對(duì)其在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的綜合運(yùn)用辦法進(jìn)行了總結(jié)分析。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；電能質(zhì)量控制技術(shù)；無(wú)功補(bǔ)償

0 前言

目前，國(guó)內(nèi)外的電力電子技術(shù)的研究與發(fā)展都趨于成熟，應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大，這對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的提升起到了顯著作用。但就目前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，還存在一些不足，必須通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)辦法對(duì)其進(jìn)行綜合治理，由此才能更好的滿足用戶(hù)對(duì)用電質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)，科學(xué)運(yùn)用配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)，還能通過(guò)節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行成本降低、企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益最大化的管理目標(biāo)。

1 常見(jiàn)的配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題

業(yè)內(nèi)常說(shuō)的電能質(zhì)量問(wèn)題大多與電壓、頻率有關(guān)，電壓或頻率發(fā)生偏差，導(dǎo)致直接電氣設(shè)備故障或損壞，進(jìn)而降低整個(gè)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。具體的電能質(zhì)量問(wèn)題，包括不同程度的電壓或頻率偏差、波形畸變、短時(shí)電壓中斷、電壓波動(dòng)和閃變等。而在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，影響配電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要因素，與無(wú)功波動(dòng)、非線性負(fù)載大量適用相關(guān)，由此導(dǎo)致的電壓質(zhì)量與諧波問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

異步電機(jī)、變壓器等是配電網(wǎng)的重要用電設(shè)備，具有感性負(fù)載特性，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要吸收大量的無(wú)功功率。就公共電網(wǎng)來(lái)看，若有功功率保持不變，一旦無(wú)功功率增加，則會(huì)進(jìn)一步增大系統(tǒng)電流，間接影響發(fā)電機(jī)與變電器等設(shè)備的容量增大，最終導(dǎo)致配電網(wǎng)中用電設(shè)備的總制造成本大幅度增加；而在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備與線路的損耗也會(huì)增加，最終導(dǎo)致電力投資成本與運(yùn)營(yíng)成本相應(yīng)增加，影響相關(guān)電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益與環(huán)保節(jié)約效益都受到極大的抑制[1]。

由諧波導(dǎo)致的配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題，也都源于配電網(wǎng)的構(gòu)成設(shè)備，包括電焊機(jī)、電力電子變流器、電弧爐等，都是主要的諧波源。它們所產(chǎn)生的諧波，容易形成波形畸變現(xiàn)象，若治理不及時(shí)，使其流入電網(wǎng)，形成的電網(wǎng)污染將會(huì)對(duì)其他設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅；同時(shí)，這種大范圍的電網(wǎng)污染，還會(huì)增加損耗，致使大量設(shè)備過(guò)熱甚至損壞；也有可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振，最終形成更為嚴(yán)重的安全事故。

2 配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)

配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟谔岣呦到y(tǒng)的功率因數(shù)，進(jìn)而降低用電設(shè)備的容量，對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、提升電能質(zhì)量具有重要意義。無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹恚褪菍⒁欢康娜菪栽O(shè)備，與感性負(fù)載并聯(lián)，在形成的新模式當(dāng)中，能量可以互相裝換，這樣一來(lái)，線路當(dāng)中的無(wú)功功率就會(huì)明顯減少。

某配電網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證電能質(zhì)量的綜合優(yōu)化，采用了電能質(zhì)量綜合優(yōu)化裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)MEC，并有效結(jié)合了底層與應(yīng)用層綜合控制技術(shù)，其中，底層控制即為直接電流控制技術(shù)，主要作用，就是將指定的霍爾采樣電流和內(nèi)環(huán)電流進(jìn)行PI反饋運(yùn)算，然后將其疊加到前饋電壓當(dāng)中，達(dá)到穩(wěn)定電流的控制效果；而應(yīng)用層，則主要用于生成指令電流，最終解耦被控系統(tǒng)當(dāng)中的治理方案，融合有功電流、諧波電流以及無(wú)功電流，最終得到合成后的指令電流，將其限幅之后，能夠達(dá)到防止MEC內(nèi)部電力電子器件過(guò)流的控制效果。在控制技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，主要涉及到如下內(nèi)容：

1）無(wú)功補(bǔ)償；無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用原理，就是利用電網(wǎng)中電流的超前或滯后電壓狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)的感性與容性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并相應(yīng)發(fā)出同頻但相反的無(wú)功電流，達(dá)到相互抵消的效果。就是在電網(wǎng)處于感性狀態(tài)時(shí)，MEC發(fā)出容性電流；當(dāng)電網(wǎng)為容性狀態(tài)時(shí)，MEC則發(fā)出感性無(wú)功電流，由此實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功的目的。但在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，由于功率因數(shù)無(wú)法統(tǒng)一為1.0，所以需要MEC依據(jù)實(shí)際設(shè)定參考值進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，最終得到切合電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的無(wú)功指令電流，以滿足其補(bǔ)償目標(biāo)。

2）諧波抑制；MEC通過(guò)檢測(cè)，明確配電網(wǎng)當(dāng)中諧波電流的整體狀況，進(jìn)而發(fā)出與諧波電流相反的電流，最終實(shí)現(xiàn)抑制并消除諧波目的。針對(duì)諧波抑制需求，裝設(shè)濾波裝置，也是主要的控制手段，常用的設(shè)備類(lèi)型包括無(wú)源電力濾波器與有源電力濾波器。PPE是最早的無(wú)源濾波裝置，由電容、電阻以及電感元件組成，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，將PPF的諧振頻率與需要濾除的諧波頻率進(jìn)行一致設(shè)置，利用諧振點(diǎn)低阻抗分流作用，即可將相同頻率處的大部分諧波電流，引入到PPF中，實(shí)現(xiàn)諧波消除。另外一種有源電力濾波器為APF，是一種較為新型的電力電子濾波設(shè)備，具有響應(yīng)速度快、控制靈活，且能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，能夠有效消除PPF這類(lèi)傳統(tǒng)設(shè)備的固有缺點(diǎn)[2]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，利用APF不僅能夠?qū)崿F(xiàn)濾波，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，更是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)功的有效補(bǔ)償，且在補(bǔ)償過(guò)程中，能夠保證不會(huì)再發(fā)生諧振現(xiàn)象，當(dāng)配電網(wǎng)當(dāng)中的阻抗變化，對(duì)APF的濾波效果不會(huì)產(chǎn)生影響時(shí)，則能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)快速變化的諧波，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

3）電壓補(bǔ)償；MEC的內(nèi)外環(huán)控制相應(yīng)速度十分快，所以在其應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的及時(shí)跟蹤，并依據(jù)獲取的實(shí)時(shí)跟蹤數(shù)據(jù)，對(duì)電（下轉(zhuǎn)第104頁(yè)）（上接第86頁(yè)）網(wǎng)波動(dòng)于閃變及時(shí)做出響應(yīng)輸出。這樣一來(lái)，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單項(xiàng)或三相驟升與驟降故障時(shí)，MEC相應(yīng)發(fā)出感性或容性的無(wú)功電壓，就可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定配電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。

3 配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)的綜合運(yùn)用

在配電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化過(guò)程中，采用MEC能夠達(dá)到預(yù)期的治理效果，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，MEC一般都安裝在變壓器的下側(cè)，便于集中補(bǔ)償。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)容量的補(bǔ)償需要以變壓器的電壓越限狀況、額定容量、短路容量、不平衡率以及諧波電流含量等參數(shù)為依據(jù)。在某試點(diǎn)配電變臺(tái)區(qū)的運(yùn)行測(cè)試當(dāng)中，采用了100kvar的MEC，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償治理，投運(yùn)前后24h，需要對(duì)配電變壓器低壓側(cè)治理裝置的運(yùn)行變化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用了日制3197測(cè)試儀，詳細(xì)收集電壓與電流、有功與無(wú)功、功率因數(shù)、電流頻率含量與電壓等。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，三相不平衡度的計(jì)算如下：

I=×100%

式中的Imax是最大三相電流；I則為三相電流的平均值。

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)驗(yàn)顯示，在MEC投運(yùn)前，電網(wǎng)系統(tǒng)的三相不平衡度為59.4%，而在投運(yùn)之后，明顯下降至7.6%；另外，中性線電流也由110.5A，降到了26.8A，由此可見(jiàn)，配電網(wǎng)當(dāng)中的三相不平衡問(wèn)題得到有效改善。

除三相不平衡問(wèn)題，配電網(wǎng)電能質(zhì)量中的其他問(wèn)題也得到了有效解決，包括實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓的精準(zhǔn)控制，能夠保證電壓滿足運(yùn)行范圍；而變壓器的利用效率也得到了顯著提升，在負(fù)載高峰時(shí)期提升約23.5%；在不平衡嚴(yán)重狀況下，提高了約36%。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行分析，有利于從多個(gè)角度進(jìn)行配電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化提升。通過(guò)相關(guān)分析，針對(duì)不同的配電網(wǎng)運(yùn)行缺陷，選擇更加先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)及裝置，從而全面保障配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，進(jìn)而能夠顯著提升用戶(hù)的用電體驗(yàn)，增加用戶(hù)滿意度。因此，在未來(lái)配電網(wǎng)運(yùn)行研究過(guò)程中，要重視配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用，從而維護(hù)配電網(wǎng)運(yùn)行水平的不斷提升。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]曾祥君，羅莎，胡曉曦，王沾，喻錕.主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷控制與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（01）：41-47.endprint