淺談如何解決好因電能質(zhì)量擾動所帶來的低電壓問題

孫筱琳

（黑龍江特通電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150028）

電能是現(xiàn)代社會的基礎(chǔ)性能源，做好電能的供應(yīng)保障將有助于提高生產(chǎn)、生活的質(zhì)量。配電網(wǎng)低電壓是較為常見的配電網(wǎng)供電質(zhì)量缺陷，且這一問題隨著居民供電質(zhì)量要求的提高也日益突出。解決配電網(wǎng)低電壓問題可以采用電能質(zhì)量擾動抑制策略，可以對因無功、諧波、三相不平衡等電能質(zhì)量擾動所帶來的配電網(wǎng)低電壓進行治理。確保電網(wǎng)供電質(zhì)量。

1 造成配電網(wǎng)低電壓的電能質(zhì)量擾動因子

配電網(wǎng)所接入用電負荷主要以單相負載為主，單相負載接入配電網(wǎng)中在短時間內(nèi)不會對三相間的功率平衡匹配造成影響，但是在三相內(nèi)部呈現(xiàn)出較多的無序性和隨機性。總體來說造成配電網(wǎng)低電壓的電能質(zhì)量擾動因子主要是三相不平衡。隨著接入配電網(wǎng)中的非線性負載持續(xù)增加則將加劇配電網(wǎng)中的諧波等電能質(zhì)量在電能擾動中的比重。因此，諧波也可以認作為影響配電網(wǎng)低電壓的主要影響因素之一。無功也可以看作影響電能質(zhì)量的擾動因子之一，但是通過無功補償措施可以降低其所占比重。

總體來說，造成配電網(wǎng)低電壓的因素眾多，從解決措施的可行性、經(jīng)濟性等方面入手則采用基于電力電子技術(shù)的電能質(zhì)量擾動抑制方案較為可行。

1.1 三相負載不均衡所產(chǎn)生的影響。理想的三相模型中，三相之間的電壓幅值、頻率均相同，三相之前的相位差總保持在120°，這一狀態(tài)是理想的三相平衡狀態(tài)。但是在實際的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，三相電壓、電流的幅值、相角并不完全相等，而是由于各種因素的影響而存在著一定的偏差，而這一現(xiàn)象則被稱之為三相不平衡現(xiàn)象。衡量三相不平衡程度的因素被稱之為三相不平衡度。使用三相不平衡度可以建模分析其對于配電網(wǎng)低電壓的影響。其中，三相不平衡這一現(xiàn)象主要存在于低壓配電網(wǎng)中（且功率因素與三相不平衡度成正比，即功率因素越高則配電網(wǎng)三相不平衡問題越嚴重，其中不平衡點主要在于配電網(wǎng)中的有功不平衡）。此外在配電網(wǎng)中進行無功補償后也會導(dǎo)致配電網(wǎng)低電壓問題。

1.2 諧波所造成的配電網(wǎng)低電壓問題。諧波是一種對配電網(wǎng)有污染的雜波，諧波污染不僅會污染配電網(wǎng)同時也會導(dǎo)致配電網(wǎng)用電設(shè)備的異常損壞。隨著接入配電網(wǎng)中的非線性負載量越來越大這一問題所造成的影響也更加突出。如果將配電網(wǎng)中電壓電流所產(chǎn)生的基波電阻看做1 的話，接入配電網(wǎng)中的h（h＞1）次諧波所產(chǎn)生的諧波電阻將是基波電阻的倍），從而諧波所造成的諧波電阻將比基波更為嚴重。

2 用電能質(zhì)量擾動抑制技術(shù)解決配電網(wǎng)低電壓問題

2.1 電能質(zhì)量擾動抑制技術(shù)原理。在應(yīng)用電能質(zhì)量擾動抑制技術(shù)時，電能質(zhì)量擾動抑制裝置中使用以IGBT 為主體的二極管鉗位型三電平電路拓撲，在電能質(zhì)量擾動抑制裝置接入配電網(wǎng)的交流并網(wǎng)側(cè)則采用的是LCL 型濾波網(wǎng)絡(luò)，濾波網(wǎng)絡(luò)能夠濾除配電網(wǎng)中的高頻開關(guān)電流，從而使得電能質(zhì)量擾動抑制裝置能夠發(fā)揮出良好的效果，通過濾除高頻開關(guān)電流將能夠有效的避免電能質(zhì)量擾動抑制裝置與配電網(wǎng)產(chǎn)生諧振。電能質(zhì)量擾動抑制裝置中使用DSP+CPLD 作為控制核心，通過對所接收的配電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)電流互感器所檢測到的電流信號進行分析計算，提取出所需要的電能質(zhì)量特征信息（配電網(wǎng)的零序、負序、諧波信號、無功等），根據(jù)上述信息計算出電能質(zhì)量擾動抑制裝置所需要施加的PWM 驅(qū)動變量，通過PWM 信號驅(qū)動電能質(zhì)量擾動抑制裝置中的IGBT 輸出所需要的抑制補償電流，用以完成對于配電網(wǎng)中雜波信號的抑制，避免出現(xiàn)配電網(wǎng)低電壓問題。

2.2 電能質(zhì)量擾動抑制裝置的分布布點。利用電能質(zhì)量擾動抑制機理能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)低電壓的控制，而需要注意的是在使用電能質(zhì)量擾動抑制裝置進行低電壓治理時不得代用將電能質(zhì)量擾動抑制裝置集中治理的方式，而是需要采用分布式治理方案。分布式治理方案能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)低電壓治理效果的最優(yōu)化。為實現(xiàn)分布式治理的最優(yōu)化需要對電能質(zhì)量擾動抑制裝置的布點位置進行最優(yōu)化選擇。配電網(wǎng)主要以輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式為主，由于用戶分布廣泛致使配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，為實現(xiàn)電能質(zhì)量擾動抑制裝置的最優(yōu)化配置需要結(jié)合配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分布進行合理化選點。電能質(zhì)量擾動抑制裝置布點位置需要遵循以下原則：（1）結(jié)合配電網(wǎng)低壓網(wǎng)絡(luò)各線路負載數(shù)據(jù)計算出配網(wǎng)網(wǎng)低壓網(wǎng)絡(luò)所需要的容量，以容量數(shù)據(jù)和負載數(shù)據(jù)來合理的確定電能質(zhì)量擾動抑制裝置的分布點。（2）結(jié)合配電網(wǎng)首端數(shù)據(jù)來確定配電網(wǎng)低壓臺區(qū)所需安裝的總數(shù)量。

3 使用電能質(zhì)量擾動抑制方案治理配電網(wǎng)低電壓實例

某地配電網(wǎng)低電壓問題較為突出，嚴重影響了當(dāng)?shù)氐墓╇娰|(zhì)量。造成某地電能質(zhì)量擾動主要因素為：三相不平衡、無功和諧波。該區(qū)域配電網(wǎng)負載主要集中在線路架構(gòu)的中后段，屬于高用電負載（約為84.3%左右），該臺變主要供應(yīng)居民，其在白天用電高峰期時配電網(wǎng)低電壓問題嚴重突出，電壓最低低至112.11V。據(jù)統(tǒng)計，配電網(wǎng)從配電房開關(guān)室出線至支路總共使用了約600m 的185mm2的銅芯導(dǎo)線，支路為3 條，其中主要使用的是第1 條支路，2、3 支路為備用支路其上并無負載。支路1 總長100m 使用70mm2的銅芯導(dǎo)線。在支路1 上的低電壓問題較為突出，測量的最低電壓低至112.11V。為治理該支路上的電能質(zhì)量擾動問題，通過計算該支路的負載和容量在該支路上設(shè)置了3 臺30KVA 的電能質(zhì)量擾動抑制裝置，上述3 臺電能質(zhì)量擾動抑制裝置中的2 臺分布在支路的中后段，用于治理嚴重區(qū)域的電能質(zhì)量擾動抑制。通過對電能質(zhì)量擾動抑制裝置安裝后的支路電壓等參數(shù)進行檢測，發(fā)現(xiàn)支線上的電壓得到了明顯的提升，最低電壓達到了約145V 左右，提升了至少30V 以上，配電網(wǎng)全天供電電壓（包含高峰時段）的電壓都在規(guī)范要求的電壓范圍內(nèi)。支線上電壓的相關(guān)參數(shù)也處于正常水平：三相不平衡度有原先的77%降低至7%以內(nèi)，降幅十分明顯；且中線電流控制在5A 以內(nèi)，配電網(wǎng)中的諧波大為減少，因諧波所造成的諧波電阻也大為降低，此外，電能質(zhì)量擾動得到了有效的抑制，對于配電網(wǎng)的沖擊也大為緩和，配電網(wǎng)的電能質(zhì)量得到了明顯的改善。

在配電網(wǎng)中應(yīng)用電能質(zhì)量擾動抑制裝置雖然能夠有效的改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，提升配電網(wǎng)的最低電壓但是同時也要意識到電能質(zhì)量擾動抑制策略在治理配電網(wǎng)低電壓方面也存在著一些不足：（1）配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及配電網(wǎng)的運行參數(shù)對于電能質(zhì)量擾動抑制策略的影響較大，在應(yīng)用電能質(zhì)量擾動抑制策略時需要結(jié)合相關(guān)參數(shù)進行認真的計算確保且能夠發(fā)揮出良好的效果。（2）電能質(zhì)量擾動抑制策略最優(yōu)化是分布式布設(shè)，但是分布式布設(shè)在實施的可行性方面存在著一定的不確定性，這是由于配電網(wǎng)運行參數(shù)復(fù)雜為確保分布式布設(shè)能夠發(fā)揮出最優(yōu)特性需要結(jié)合相關(guān)參數(shù)進行詳細的計算。但是在很多的配電網(wǎng)區(qū)段缺乏對于線路和負載接入的詳細信息。（3）電能質(zhì)量擾動抑制策略應(yīng)用成本較高，另外其通用性、可靠性方面還有待進一步的驗證，需要對電能質(zhì)量擾動抑制裝置的應(yīng)用效果、應(yīng)用成本以及應(yīng)用的可操作性進行進一步的試驗驗證，用以確保電能質(zhì)量擾動抑制能夠在治理配電網(wǎng)低電壓方面發(fā)揮出良好的效果。

4 結(jié)論

配電網(wǎng)低電壓主要是受到了電能質(zhì)量擾動（三相不平衡、無功和諧波）因素的影響，為治理配電網(wǎng)低電壓問題需要從上述三大擾動因子入手做好電能質(zhì)量擾動抑制。本文在分析造成配電網(wǎng)低電壓原因的基礎(chǔ)上就如何應(yīng)用電能質(zhì)量擾動抑制策略治理好配電網(wǎng)低電壓問題進行了分析介紹，并就電能質(zhì)量擾動抑制裝置在某地配電網(wǎng)應(yīng)用所取得的實際效果進行了說明。