中壓配電系統的電能質量治理研究

董婷婷

摘要：文章主要講述中壓配電網中的電能質量問題嚴重影響著電網的穩定運行，無法保證供電的可靠性。常規中低配電網的解決方案無法實現對中壓配電網的電能質量治理。本文提出了一種中壓配電系統的電能質量治理方案，無功補償的方式進行電能質量治理，該方案可以有效地利用低壓設備實現中中壓補償，方便了設備的安裝與維護。通過理論推導與仿真，驗證了方案的可行性。

關鍵詞：中壓配電網;供電可靠性;電能質量;發展

引言

中壓配電系統中的電能質量問題對供電可靠性有著很大的影響，傳統中壓配電網可采取一定的補償措施如無功電容器、靜止無功發生器（staticvargenerator，SVG）、靜止無功補償器（staticvarcom-pensator，SVC）、有源電力濾波器（activepowerfilter，APF）等中壓電力電子設備實現對配電網中無功和諧波的治理，保證電能質量、提升配電系統供電可靠性。基于農村電網，提出了適用農村電網的電能質量治理方案，采用 SVG有效提高了農網配電可靠性。對中壓配電系統的諧波治理提出了治理方法，通過實驗驗證了諧波治理的有效性。綜上可知，中壓配電系統的電能質量治理相對比較方便，主要體現在設備安裝方便、系統采樣靈活、絕緣耐壓等級要求低等方面。

1電能質量數據方法

電能質量數據采用方均根值算法，即 10周波間隔記錄是昀基本的，150周波間隔記錄、10min間隔記錄都是采用該數據簡約方法對 10周波間隔記錄的簡約，也就是施加上述簡約方法對原始樣本進行了重新抽樣，其目的在于減少數據量。考慮到電能質量擾動呈正態分布特性，因此，對于電能質量擾動。根據方均根值數據方法或其他抽樣方法將會形成不同時間間隔的新樣本。

2中壓配電系統的電能質量問題

提出了采用高壓 SVG、SVC設備進行治理，但是高壓 SVG裝置的制造難度大、要求水平高、價格也高。中壓配電電壓等級中選擇有源濾波的容量計算和該電壓等級下該設備的特點，采用中壓有源濾波器直鏈式高壓有源濾波器進行電能質量治理，該方案為中壓側諧波治理的設計、使用提供參考。中壓配電系統，提出了采用晶閘管控制電抗器（thyristorcontrolledreactor，TCR）+無源濾波器（passivefilter，PF）+APF的方式有效濾除由 TCR及負載產生的諧波，能夠較好地抑制無源濾波器和電網阻抗之間的諧振，而且可以實現無功的動態補償，但該方案拓撲結構復雜，需要的設備較多，經濟成本高。高壓電能質量在線監測裝置的研究現狀和發展方向進行了綜述。提出了一種直掛式中壓配網電能質量一體化治理技術，利用 TCR型 SVC和 SVG組成協同補償系統能有效治理中壓配電網電能質量問題。基于以上分析可知，目前針對中壓電能質量的治理多采用中壓設備中的 SVG以及 TCR等設備，但是采用該方案會對設備的電壓等級要求較高、制造難度大。本文提出了一種采用高低壓混合采樣補償的解決方案，系統拓撲結構簡單，設備耐壓要求低，便于安裝維護;通過理論推導和仿真，驗證了該方案的可行性。

3中壓配電系統電能質量治理方案分析

3.1問題闡述

正常電力系統發電、輸電、變配電、用電等各個環節，其中在用戶側一般會采取電容器等補償設備進行功率因數等的補償，但由于饋線電路、變電站設備、線路損耗等原因會導致變壓器的高壓側存在諧波和無功，而高壓側的電壓等級較高，在對其進行補償治理時無法將設備直接接于高壓系統，同時低壓系統的補償無法補償變壓器以及高壓線路等帶來的無功損耗和諧波干擾，因此本文提出了一種采用中低壓混合補償的解決方案，該方案能有效地對高壓側進行補償，有效對 10～35kV的中壓配電系統電能質量進行治理，具體分析如下文。

3.2中壓配電電能質量仿真計算分析

本文以 IEEE-33節點中壓配電網統為例進行含分布式中壓配電網電能質量仿真計算分析，系統結構在 PSCAD/EMTDC仿真環境下建立相應的仿真計算模型。根據光照強度、風速與分布式電源輸出功率的關系，模擬得到的某典型日分布式電源輸出功率日變化曲線，

3.3不同配電網容量下的電能質量分析

為分析中壓配電電源在不同并網位置時的配電網電能質量情況，而并網位置不同主要反映的是短路容量的不同，保持分布式電源容量為

1.0MW，選取節點 5、9、13為并網節點，然后利用中壓配電配電網電能質量仿真計算模型分別進行仿真計算，獲得的電壓偏差、電壓波動和電壓諧波含量結果。中壓配電電源在配電網的并網位置會對配電網電能質量產生較大影響，中壓配電電源并網所在節點受到的影響是昀大的，離并網位置越遠，受到的影響越小，中壓配電電源的并網節點越靠近配電網饋線末端，對電壓的抬升作用越大，造成的電壓波動和諧波越嚴重。因此在進行中壓配電電源配電網并網位置的規劃時，需對中壓配電電源對電能質量造成的影響進行綜合評估，以更好地發揮中壓配電電源的作用。

4仿真分析

基于以上原理分析，通過對不同類型的電能質量治理情況的仿真分析來驗證該控制策略的可行性，仿真結果如下

4.1無功補償

中壓側補償前后的無功功率，在切除補償時系統的無功為5.569kvar，投入補償時的無功功率為0.023kvar，可知投入補償后可以有效地補償無功功率，無功補償率達到 99%，可知無功功率的補償效果好。在電能質量補償技術中，相關的約束標準有很多，而昀為核心的就是自動化配電原則。供電通信層中的中轉所模塊會長時間保持滿負荷工作狀態，進而使遠程終端中的電能質量總是維持自動補償技術的應用標準。但是，從實際的運行現狀可以發現，電力配電系統為具備更高性價比的輸電操作，會在適當降低供電質量的基礎上，對單個大型配電機采取定點平衡的處理方法，而該項操作處理所遵循的標準即為自動化配電原則。如果電力配電系統的電能質量降低，中轉所向主供電設備提供的輸出電能也會隨之降低，此時在自動補償技術的調解下，大型配電機械中的運載電能質量不會產生明顯變化。但隨著系統運行時間的增加，自動補償技術達到調節極限，電能質量感知層會面臨無能耗供電的風險。為了防止上述情況的發生，就需要基于自動化配電原則，對各級的輸電裝置傳輸的電能質量進行有效控制，對暫時的自動補償空缺進行彌補。

4.2單次諧波補償 中壓側補償前的電流以及各次諧波分布圖，諧波的占比為基波的

43.10%，利用上述原理進行諧波補償（采用相同原理補償 5、7、11次諧波），得到補償后的波形和諧波。諧波的占比為基波的 1.64%，和補償前的對比可知 7次諧波占比降低了 41.46%，單次諧波的剔除率達到 96.2%，可知采用該方案可以有效濾除中次低次諧波。

5電能質量的發展趨勢

近年來，DG大量并網、配售電市場放開、能源互聯網和泛在電力物聯網的技術進展都對電能質量領域研究帶來了影響，本文認為未來電能質量綜合評估可在以下幾個方面進一步研究目前電網企業已實現發、輸、配電及用戶側全景實時數據的采集、傳輸以及存儲，產生了大量的具有異構、實時、真實等特征的數據。現有的方法并未考慮從這些復雜而海量的數據中提取電能質量的特征來實現綜合評估，而數據驅動是大數據技術的核心思想，能深度挖掘海量多源數據中的豐富信息，充分利用已積累的海量數據，為適應不同場景特征的電能質量綜合評估提供一種新思路。

結束語

通過原理推導和仿真驗證，采用本文所提方案可以有效實現對無功功率的補償。針對單次諧波補償，諧波剔除率達到了 96.2%，低次諧波補償良好，實現了中壓配電系統的電能質量治理。本文只分析了指定次諧波補償和無功功率補償的兩種模式，未對全補償模式進行分析，后續可對此繼續做相關研究。

參考文獻

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