配電網電能質量對網損的影響

湯 力，丁 楊，蘇 敏

（1.國網湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北孝感 432000；2.中乾立源工程咨詢有限公司漢陽分公司，武漢 430050）

引言

通常，中壓配電網指由10 kV 配電網構成的電力網架，是整個電力系統中網損的主要來源[1]。傳統方法計算中壓配電網網損的前提建立在理想條件下，計算模型中主要考慮線路和變壓器產生的電磁損耗和發熱損耗，很大程度上忽略了由電能質量問題引起的電能損耗，這會對計算結果的精確度造成較大的誤差[2]。隨著現代電力電子技術的不斷發展，越來越多的非線性電力設備接入系統，諧波問題已然成為現代電網研究工作者關注的熱點問題[3]。另外，以光伏、風電為代表的分布式發電單元并網運行，改變了傳統電力系統的網架結構和潮流分布。由此可見，傳統的網損計算方法已經不再適用于現代電力系統，計算結果與實際存在較大偏差。為滿足準確性的要求，優化后的計算方法必須充分考慮電能質量問題帶來的負面影響。

1 電能質量問題產生原因

1.1 電壓偏差產生原因

（1）配電系統網絡結構不合理。部分配電系統覆蓋面積大，配電距離較長，從而引起線路損耗的電能比較多。

（2）網絡無功功率分配不均，變壓器檔位不合理，或者系統中無功不足。

（3）電力系統接線方式不合理，負荷分配不均和設備故障等原因[4]。

1.2 三相不平衡產生原因

（1）根據現有的電網結構特點，部分負荷在接入時均選擇單相和兩相方式接入，導致系統三相不平衡。

（2）雖然系統整體負荷趨于平衡，但是從各供電區域來看各區域間的負荷水平存在較大的差異，并以此造成配電網的三相不平衡。

（3）負荷具有一定的波動性和規律性，會隨著季節甚至是一天之內的不同時間不斷變化，這些不確定因素也是造成配電系統三相不平衡的重要原因。

1.3 諧波產生原因

理想條件下，配電網絡中電壓的波形應該是標準對稱的正弦波，但在實際情況下，電能質量會受到多方面因素的影響，以致產生大的波動或是畸變。傳統電力網絡中，擁有的電力電子元件比較少，據統計，電力網絡中的諧波主要來源于旋轉電機和變壓器。旋轉電機產生的諧波可以通過改變電機內部的接線方式和改善線圈來限制，因此在討論諧波時通常將旋轉電機產生的諧波排除在外。變壓器是電網中諧波的主要來源，通常情況下，變壓器鐵芯的磁通曲線呈非線性，當變壓器鐵芯接近磁飽和狀態時，其非線性特征進一步加強，因此電網中的各級變壓器帶來了較嚴重的電網諧波問題[6]。

2 配電網電能質量對網損的影響

以文獻[6]中IEEE33 節點計算模型為例，采用單一變量原則逐次分析電壓偏差、三相不平衡以及諧波對網損的影響。

2.1 電壓偏差對網損的影響

圖1 是利用IEEE33 拓撲結構模型，1～17 號節點中各節點電壓偏差情況。由圖1 可以發現，位于系統首段的1 號節點幾乎不存在電壓偏差，節點電壓保持為10 kV 左右。隨著系統的潮流方向向后推移，系統中的節點電壓偏差呈現逐漸增大的趨勢，節點電壓逐漸降低。該現象說明系統中存在明顯的電能損耗，阻抗元件分壓造成節點電壓下降，并且隨著電能配送距離的增加，網損進一步加大，節點電壓越來越低。另外，由于系統中三相不平衡，各節點電壓呈現出A、B、C 三相電壓偏差程度不同的現象。

圖1 電壓偏差對網損的影響

2.2 三相不平衡對網損的影響

圖2 是系統中各節點A、B、C 三相電壓不平衡度的變化情況。從圖2 可知，系統中各節點電壓不平衡度均存在一定的差異，A、B、C 三相變化曲線上節點的離散程度越大表示該節點的不平衡度越大，網損也越大，A、B、C 三相不平衡度總和為零。另外，從潮流方向來看，首端節點至末端節點電壓不平衡度逐漸增大，這可能是因為電壓偏差產生了一定的影響。

圖2 三相不平衡對網損的影響

2.3 諧波對網損的影響

圖3 是系統中各節點A、B、C 三相電流中諧波的占比情況。從圖3 可知，系統中各節點的諧波電流占總電流的比例不超過12%，符合10 kV 配網正常運行的規范要求，從圖1中還可以發現，各節點位置處A、B、C 三相電流中諧波分量的占比有一定的差異，但總體上依然保持一致。

圖3 諧波對網損的影響

3 電能質量問題的解決措施

（1）電壓偏差的解決措施配電系統中的無功分布可以通過調節變壓器的檔位進行改變，該方法能夠有效調節系統電壓，可彌補由于網絡各位置無功分布不均而導致的電壓偏差。系統的無功調節還可以采用并聯補償裝置的方式，在實際工作中，通常采用并聯電容器補償無功損耗，從而減少節點電壓下降的幅度。

（2）三相不平衡的解決措施

降低系統中的三相不平衡度，需要合理調整相間的負荷水平，另外，仍需使用無功補償裝置使系統中的有功和無功都處于平衡狀態。

（3）諧波的解決措施

諧波治理應從預防和處理兩個方面著手考慮，要想系統中盡量少地出現諧波，首先應從源頭做好控制，設備的選擇、網絡結構等在設計之初就應該充分考慮諧波帶來的影響。在有效預防的基礎上，還可通過一定的技術手段降低系統諧波，目前只能采用加裝濾波器、電抗器等設備來控制諧波傳播。

4 結論

隨著現代電力電子技術的不斷發展，配電網絡的規模越來越大，伴隨而來的電能質量問題也日漸突出。本文重點關注配電系統中電能質量對網損的影響，概述了配電系統中在電能質量方面較為突出的熱點問題和形成原因，通過仿真計算詳細分析了不同電能質量問題下配電系統網損的變化規律，并針對結論總結了解決各類電能質量問題的有效措施。