對配電網電能質量控制技術的相關分析

潘夏

【摘 要】在新的發展時期，無論是生產還是生活，人們對于配電網電能質量都提出了更高的要求。基于此，本文就配電網電能質量控制技術進行分析，首先介紹了在配電網運行過程中，常見的質量問題，進而提出了應用較為廣泛的配電網電能質量控制技術，包括無功補償技術與諧波抑制技術，并進一步對其在配電網運行過程中的綜合運用辦法進行了總結分析。

【關鍵詞】配電網；電能質量控制技術；無功補償

0 前言

目前，國內外的電力電子技術的研究與發展都趨于成熟，應用范圍也在逐漸擴大，這對配電網電能質量的提升起到了顯著作用。但就目前的技術應用現狀來看，還存在一些不足，必須通過相應的技術辦法對其進行綜合治理，由此才能更好的滿足用戶對用電質量的高標準要求，同時，科學運用配電網電能質量控制技術，還能通過節能效果，實現配電網運行成本降低、企業經營效益最大化的管理目標。

1 常見的配電網電能質量問題

業內常說的電能質量問題大多與電壓、頻率有關，電壓或頻率發生偏差，導致直接電氣設備故障或損壞，進而降低整個配電網的電能質量。具體的電能質量問題，包括不同程度的電壓或頻率偏差、波形畸變、短時電壓中斷、電壓波動和閃變等。而在配電網運行過程中，影響配電網電能質量的主要因素，與無功波動、非線性負載大量適用相關，由此導致的電壓質量與諧波問題，會嚴重影響配電網的電能質量。

異步電機、變壓器等是配電網的重要用電設備，具有感性負載特性，在實際運行過程中，需要吸收大量的無功功率。就公共電網來看，若有功功率保持不變，一旦無功功率增加，則會進一步增大系統電流，間接影響發電機與變電器等設備的容量增大，最終導致配電網中用電設備的總制造成本大幅度增加；而在電網運行過程中，設備與線路的損耗也會增加，最終導致電力投資成本與運營成本相應增加，影響相關電力企業的經營效益與環保節約效益都受到極大的抑制[1]。

由諧波導致的配電網電能質量問題，也都源于配電網的構成設備，包括電焊機、電力電子變流器、電弧爐等，都是主要的諧波源。它們所產生的諧波，容易形成波形畸變現象，若治理不及時，使其流入電網，形成的電網污染將會對其他設備的正常運行造成嚴重威脅；同時，這種大范圍的電網污染，還會增加損耗，致使大量設備過熱甚至損壞；也有可能與系統阻抗發生諧振，最終形成更為嚴重的安全事故。

2 配電網電能質量控制技術

配電網在運行過程中，無功補償的作用在于提高系統的功率因數，進而降低用電設備的容量，對穩定電網電壓、提升電能質量具有重要意義。無功補償的基本原理，就是將一定量的容性設備，與感性負載并聯，在形成的新模式當中，能量可以互相裝換，這樣一來，線路當中的無功功率就會明顯減少。

某配電網設計過程中，為保證電能質量的綜合優化，采用了電能質量綜合優化裝置，簡稱MEC，并有效結合了底層與應用層綜合控制技術，其中，底層控制即為直接電流控制技術，主要作用，就是將指定的霍爾采樣電流和內環電流進行PI反饋運算，然后將其疊加到前饋電壓當中，達到穩定電流的控制效果；而應用層，則主要用于生成指令電流，最終解耦被控系統當中的治理方案，融合有功電流、諧波電流以及無功電流，最終得到合成后的指令電流，將其限幅之后，能夠達到防止MEC內部電力電子器件過流的控制效果。在控制技術應用過程中，主要涉及到如下內容：

1）無功補償；無功補償技術的應用原理，就是利用電網中電流的超前或滯后電壓狀態，對電網的感性與容性進行準確判斷，并相應發出同頻但相反的無功電流，達到相互抵消的效果。就是在電網處于感性狀態時，MEC發出容性電流；當電網為容性狀態時，MEC則發出感性無功電流，由此實現補償無功的目的。但在配電網運行過程中，由于功率因數無法統一為1.0，所以需要MEC依據實際設定參考值進行相關運算，最終得到切合電網運行實際的無功指令電流，以滿足其補償目標。

2）諧波抑制；MEC通過檢測，明確配電網當中諧波電流的整體狀況，進而發出與諧波電流相反的電流，最終實現抑制并消除諧波目的。針對諧波抑制需求，裝設濾波裝置，也是主要的控制手段，常用的設備類型包括無源電力濾波器與有源電力濾波器。PPE是最早的無源濾波裝置，由電容、電阻以及電感元件組成，在實際應用過程中，將PPF的諧振頻率與需要濾除的諧波頻率進行一致設置，利用諧振點低阻抗分流作用，即可將相同頻率處的大部分諧波電流，引入到PPF中，實現諧波消除。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備，具有響應速度快、控制靈活，且能夠實現動態補償的特點，能夠有效消除PPF這類傳統設備的固有缺點[2]。在實際應用過程中，利用APF不僅能夠實現濾波，通過適當的控制，更是能夠實現對無功的有效補償，且在補償過程中，能夠保證不會再發生諧振現象，當配電網當中的阻抗變化，對APF的濾波效果不會產生影響時，則能夠進一步實現對快速變化的諧波，進行自動跟蹤補償。

3）電壓補償；MEC的內外環控制相應速度十分快，所以在其應用過程中，能夠實現對電網的及時跟蹤，并依據獲取的實時跟蹤數據，對電（下轉第104頁）（上接第86頁）網波動于閃變及時做出響應輸出。這樣一來，當配電網發生單項或三相驟升與驟降故障時，MEC相應發出感性或容性的無功電壓，就可實現穩定配電網電能質量的目的。

3 配電網電能質量控制技術的綜合運用

在配電網電能質量優化過程中，采用MEC能夠達到預期的治理效果，在實際應用過程中，MEC一般都安裝在變壓器的下側，便于集中補償。在裝置運行過程中，對容量的補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為依據。在某試點配電變臺區的運行測試當中，采用了100kvar的MEC，對其進行補償治理，投運前后24h，需要對配電變壓器低壓側治理裝置的運行變化數據進行采集，利用了日制3197測試儀，詳細收集電壓與電流、有功與無功、功率因數、電流頻率含量與電壓等。在國際標準當中，三相不平衡度的計算如下：

I=×100%

式中的Imax是最大三相電流；I則為三相電流的平均值。

經過實際測驗顯示，在MEC投運前，電網系統的三相不平衡度為59.4%，而在投運之后，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，配電網當中的三相不平衡問題得到有效改善。

除三相不平衡問題，配電網電能質量中的其他問題也得到了有效解決，包括實現了對電壓的精準控制，能夠保證電壓滿足運行范圍；而變壓器的利用效率也得到了顯著提升，在負載高峰時期提升約23.5%；在不平衡嚴重狀況下，提高了約36%。

4 結束語

綜上所述，對配電網電能質量控制技術進行分析，有利于從多個角度進行配電網電能質量優化提升。通過相關分析，針對不同的配電網運行缺陷，選擇更加先進、優質的技術及裝置，從而全面保障配電網的電能質量，進而能夠顯著提升用戶的用電體驗，增加用戶滿意度。因此，在未來配電網運行研究過程中，要重視配電網電能質量控制技術的應用，從而維護配電網運行水平的不斷提升。

【參考文獻】

[1]謝鵬.風力發電并網技術與電能質量控制[J].科技創新導報，2016，13（13）：41+70.

[2]曾祥君，羅莎，胡曉曦，王沾，喻錕.主動配電網系統負荷控制與電能質量監測[J].電力科學與技術學報，2013，28（01）：41-47.endprint