基于串聯電壓補償控制的低電壓調節裝置

國網黑龍江電力有限公司佳木斯供電公司 趙海清 譚啟福 姜 琳 孫立成 李 軍

目前有些農村低壓配電線路長度較長，在用電高峰時段用戶側經常出現電壓偏低等現象，導致一些電氣設備無法正常使用。如部分農村地區出現了戶用抽水泵在農忙時無法啟動，部分城鎮樓宇內機房電腦、空調等用電設備不能正常運行[1]。由于農村和偏遠地區原有的配電網結構薄弱，供電系統不完善，電力輸送負荷有限，在農忙、節日返鄉等用電高峰時段“低電壓”這一問題尤為突出。普遍存在供電線路過長、線徑過小、線損大等情況，造成線路后端的電壓偏低，影響用戶的正常用電[2]。

傳統解決低電壓問題的辦法主要為擴容變壓器容量、增大線路線徑，采用具有載調壓功能的變壓器、在線路中串聯調壓器等方法[3]。但由于農網中的總體負荷密度較低，變壓器和輸電線路設備本來利用率極低；通過擴充變壓器容量和線路容量將導致設備利用率更低。由于有些用戶居住分散，配電臺區低壓側線路較長，即使增加變壓器容量及線路線徑，也存在配電臺區出口電壓較高、但線路中端及末端電壓不足的問題。因此如何經濟有效的解決低電壓問題，提高變壓器、輸電線路等設備的利用率是開展低電壓治理工作需要解決的問題。

1 基于串聯電壓補償控制的低電壓調節裝置主電路設計

基于串聯電壓補償控制的低電壓調節裝置主要由交流旁路模塊、功率模塊（含整流單元和逆變單元）、通訊模塊、人機交互等組成（圖1）。當市電輸入電壓在允許波動范圍內，系統工作在交流旁路模式；當負荷加重導致“低電壓”現象或負荷降低導致“高電壓”現象時，系統從旁路模式切換到整流逆變模式。整流單元由數字信號處理器控制IGBT模塊輸出穩定的內部直流電壓，逆變單元負責再將直流轉換為交流輸出供負載使用。

整流單元具有穩壓功能，能夠抑制輸入市電電壓的波動，同時當輸入市電電壓較低時整流單元還有升壓功能，使逆變模塊不受市電低壓影響，仍然能夠輸出穩定的正弦波交流電壓。

圖1 串聯電壓補償控制的低電壓調節裝置主電路原理圖

2 控制電路設計及裝置試驗

控制電路原理框圖如圖2所示，實時采集現場電壓電流信號，信號調理電路把系統的狀態參數變換成控制電路可接受的信號，控制電路根據反饋的信號執行控制保護程序，根據采集信號經計算輸出PWM 信號對整流橋和逆變橋電路進行控制，改變輸出電壓的大小。保護電路用于交直流過壓欠壓、過溫、功率管過流等工況下禁止PWM 輸出并指示故障。

根據上述設計完成了裝置樣機制作并進行實驗測試，采用輸出0～250V 范圍單相自耦調壓器模擬線路高低輸入電壓情況。利用容量為50kVA 可編程負載模擬阻感負載和負載突變等情況。使用泰克示波器MSO304、電壓探頭P6139B 和電流鉗A621觀測輸入輸出交流電壓電流波形。分別對高低壓下裝置帶阻感負載的動靜態調節效果進行測試。高壓帶電阻負載實測波形的如圖3所示。當市電電壓170V、負載突然增大或減小，裝置可以使電壓穩定在220V 左右，裝置的控制器響應速度非常快，能夠實現電壓連續調節。調節效果如圖3所示。

圖2 控制電路框圖

圖3 低電壓輸入時輸出電壓波形

3 結語

設計的基于串聯電壓補償控制的低電壓調節裝置可以實現無級連續電壓調節，經過實際測試滿足電壓調節的要求，有效解決農網長線路欠壓過壓的問題，適合在農網線路末端推廣應用。