配网电能质量分析与改善方法探索

发表时间：2018-06-25T16:23:24.673Z 来源：《电力设备》2018年第4期 作者： 乔亮 季丹丹[导读] 摘要：电力系统中，电能是以额定的频率和电压向用户供电。 （国网洛阳供电公司 河南洛阳 471000）

摘要：电力系统中，电能是以额定的频率和电压向用户供电。电能质量指的是电网中各点电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合标准的程度。传统上，对电能质量关注的指标是频率偏差和电压偏差，而对电力污染的重视不够，致使这些指标不断恶化，严重威胁着电力系统的安全经济运行。因此，对供电质量的要求也更高。如不及时地加以解决电能质量问题，将会造成大量的经济损失。以下文章提出了配网电能质量分析与改善方法。

关键词：配网电能；质量；改善方法 前言

当今配电网电能质量的突出问题主要为:：电网电压波动大，低电压与过电压问题非常突出，负载电流的三相不平衡造成变压器三相带载不均衡，非线性负载造成严重的电压污染。这些问题是当前国内配电网中待解决的问题，并且，随着社会生产力的不断发展这些问题暴露出来，以下文章提出了配网电能改善方法。 1电能质量下降的原因分析

电力系统中的非线性负荷向电网注入大量的谐波电流并引起三相电压不对称，公用电网中的非线性负荷主要是各种电力电子装置(含家用电器、计算机等电源部分)、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。在电力电子装置大量应用之后，它成为最主要的谐波源。发电机是公用电网的电源，在设计发电机时，采取了许多削弱谐波电动势的措施，因此，其输出电压的谐波含量是很小的。国际电工委员会(IEC)规定发电机的端电压波形在任何瞬间与其基波波形之差不得大于基波幅值的5%。因此，在分析公用电网的谐波时，可以认为发电机电动势为纯正弦波形，不考虑其谐波分量。变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的，励磁电流的谐波含量和铁心饱和程度直接相关，即和其所加的电压有关。正常情况下，所加电压为额定电压，铁心基本工作在线性范围内，谐波电流含量不大。但在轻载时电压升高，铁心工作在饱和区，谐波电流含量就会大大增加。电弧炉的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。电弧长度的不稳定性和随机性，使得其电流谐波频谱十分复杂。电弧炉工作在熔炼期间谐波电流很大，当工作在精练期间时，由于电弧特性较稳定，谐波电流较小，这是电能质量下降的原因。 2配网电能质量改善方法 2.1选择合适的调压变压器

从变电站设计开始综合考虑，选择有载调压变压器和合适的额定出口电压，同时应在低压母线加装电容器，配备一定容量的电抗器，以防止产生谐波放大。对于无人值班变电站，应考虑装设电压无功自动控制装置(VQC)，采取逆调压的方式，进行实时控制，以保证电压在正常的偏差范围内波动。对于电容器的配置，在条件允许的情况下，应采取分组、分级投切的方式，以避免由于整组电容器容量过大，造成电容器不能投人的情况。还应根据电网的实际情况，可以采取过补偿与欠补偿的无功补偿方式，以满足电压无功的要求。 2.2采用绝缘栅双极晶体管

在硬件结构方面，电能质量综合优化装置采用了绝缘栅双极晶体管(简称ICBT)作为电力电子开关器件，它几乎兼顾了双极型三极管和绝缘栅型场效应管的特点，具有触发电流小、运行功率大、饱和压降低、开关速度快等诸多优点，它在大功率逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域的应用非常广泛。由于谐波治理的需求，主电路的拓扑结构往往采用了三电平技术，它由多个电平台阶合成的输出电压正弦波形，在相同开关频率条件下，与传统二电平逆变器相比，谐波含量大大减少明显降低改善了输出电压波形的畸变率。目前IGBT器件及其驱动技术的成熟使得电力电子装置的运行稳定性有了大幅提高。 2.3做好负荷规划和电网的合理布局

配网电能质量分析与改善方面，要做好负荷规划和电网的合理布局，实现电网结构优化。在电网规划过程中应按照用户电能质量要求合理地规划电网结构。规划人员要对规划小区内用户的负荷变化情况做好详细预测，避免用户负荷大幅度变化时电网无法做出及时的反应。将中压配电网络深入到负荷中心，扩大中压供电网络的覆盖面。合理缩小配电变压器的容量，增加配变台数，缩短供电半径。调整线路，均衡线路负荷。合理调整设备负荷，防止用电设备长期过负荷运行。 2.4设计的电能装置

控制策略方面，设计的电能质量综合优化装置采用了底层和应用层两层控制技术，底层控制以直接电流控制技术为核心，其负责将指定的内环电流和霍尔采样电流进行PI反馈运算后叠加到前馈电压中，用于电流的稳定控制。由于采用了直接电流的比较控制技术，从指令电流变化到三角波调制输出只需要控制系统的运行步长，而PI电流反馈控制则将整个的系统响应时间缩短，提高电流的稳定性[1]。 2.5加强无功负荷管理

在分析配网电能质量与改善方法时，明确做到无功负荷分层分区就地平衡，加强无功负荷管理，加大执行功率因数调整电费电价的范围，鼓励用户合理投切无供补偿装置，做到无功负荷分层分区就地平衡，在各个电压等级上合理配备无功补偿装置，减少无功在电网中的流动。对功率因素偏低的用户大功率设备要使无功补偿装置与设备同步投切，合理安排电网运行方式，做好无功功率分层分区平衡[2]。 2.6安装电能质量调节装置

针对微网中电子元件产生的谐波干扰问题，目前微电网主要的电子元件是逆变器，而目前都采用的是电压型逆变器，其结构组成中含有低通滤波模块，可以消除一部分高次谐波，所以其影响较小，但也不是不存在，而是减少了很多，基本对系统的稳定运行没有太大的影响。可以安装APF，UPQC等电能质量调节装置，改善了配电网中的谐波污染，但是并不能完全消除谐波，因此需要考虑通过相关装置来消除配电网谐波传递带来的影响。例如在静态开关中加入滤波模块，以达到改善配电网馈送过来的电能的质量。或是通过改善逆变器的控制策略来达到效果[3]。

2.7合理设置电源点，减小供电半径

配网电能质量改善方法之一，是合理设置电源点，减小供电半径，使其在合理的范围内，以减少压降。采用动态和静止补偿无功相结合的办法，就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，它是产生电压偏差的

源，因此，就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。如在配电变台安装电容器进行就地补偿。此外，调整同步电动机的励磁电流，在铭牌规定值的范围内适当调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，就能产生超前或滞后的无功功率，从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的[4]。 总结

随着电力系统电源的发展，电力生产由计划经济向市场经济转变，用户对电能质量的要求将会愈来愈高。在电力市场条件下，供电表现为一种商业服务行为，电能作为一种商品，同其它商品一样具有质量属性。供电质量不同，成本就不同，只有供电的价格与供电质量相联系才能建立一个真正的电力市场。作为供电部门，以最小的成本提高电能质量是电力市场的客观需要。同时，对人民生活的供电是一种公益事业，保证良好的供电质量，也是促进社会文明、安定的重要因素。 参考文献：

[1]王卓勇.河北南网配网电能质量综合装置研究与应用[D].华北电力大学，2014. [2]高晓芝.微网控制策略与电能质量改善研究[D].天津大学，2016.

[3]戴卫.永川供电网电能质量分析与改善策略及措施研究[D].重庆大学，2015.

[4]雷将锋，彭赛红，王忠明.嘉禾配网电能质量综合治理技术及应用[J].湖南电力，2015，35(04)：52-55+59.