中壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理研究

董婷婷

摘要：文章主要講述中壓配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)法保證供電的可靠性。常規(guī)中低配電網(wǎng)的解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)中壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理。本文提出了一種中壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理方案，無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行電能質(zhì)量治理，該方案可以有效地利用低壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)中中壓補(bǔ)償，方便了設(shè)備的安裝與維護(hù)。通過(guò)理論推導(dǎo)與仿真，驗(yàn)證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：中壓配電網(wǎng);供電可靠性;電能質(zhì)量;發(fā)展

引言

中壓配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)供電可靠性有著很大的影響，傳統(tǒng)中壓配電網(wǎng)可采取一定的補(bǔ)償措施如無(wú)功電容器、靜止無(wú)功發(fā)生器（staticvargenerator，SVG）、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（staticvarcom-pensator，SVC）、有源電力濾波器（activepowerfilter，APF）等中壓電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)中無(wú)功和諧波的治理，保證電能質(zhì)量、提升配電系統(tǒng)供電可靠性?；谵r(nóng)村電網(wǎng)，提出了適用農(nóng)村電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理方案，采用 SVG有效提高了農(nóng)網(wǎng)配電可靠性。對(duì)中壓配電系統(tǒng)的諧波治理提出了治理方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了諧波治理的有效性。綜上可知，中壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理相對(duì)比較方便，主要體現(xiàn)在設(shè)備安裝方便、系統(tǒng)采樣靈活、絕緣耐壓等級(jí)要求低等方面。

1電能質(zhì)量數(shù)據(jù)方法

電能質(zhì)量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)簡(jiǎn)約方法對(duì) 10周波間隔記錄的簡(jiǎn)約，也就是施加上述簡(jiǎn)約方法對(duì)原始樣本進(jìn)行了重新抽樣，其目的在于減少數(shù)據(jù)量?？紤]到電能質(zhì)量擾動(dòng)呈正態(tài)分布特性，因此，對(duì)于電能質(zhì)量擾動(dòng)。根據(jù)方均根值數(shù)據(jù)方法或其他抽樣方法將會(huì)形成不同時(shí)間間隔的新樣本。

2中壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題

提出了采用高壓 SVG、SVC設(shè)備進(jìn)行治理，但是高壓 SVG裝置的制造難度大、要求水平高、價(jià)格也高。中壓配電電壓等級(jí)中選擇有源濾波的容量計(jì)算和該電壓等級(jí)下該設(shè)備的特點(diǎn)，采用中壓有源濾波器直鏈?zhǔn)礁邏河性礊V波器進(jìn)行電能質(zhì)量治理，該方案為中壓側(cè)諧波治理的設(shè)計(jì)、使用提供參考。中壓配電系統(tǒng)，提出了采用晶閘管控制電抗器（thyristorcontrolledreactor，TCR）+無(wú)源濾波器（passivefilter，PF）+APF的方式有效濾除由 TCR及負(fù)載產(chǎn)生的諧波，能夠較好地抑制無(wú)源濾波器和電網(wǎng)阻抗之間的諧振，而且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但該方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要的設(shè)備較多，經(jīng)濟(jì)成本高。高壓電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向進(jìn)行了綜述。提出了一種直掛式中壓配網(wǎng)電能質(zhì)量一體化治理技術(shù)，利用 TCR型 SVC和 SVG組成協(xié)同補(bǔ)償系統(tǒng)能有效治理中壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題?；谝陨戏治隹芍?，目前針對(duì)中壓電能質(zhì)量的治理多采用中壓設(shè)備中的 SVG以及 TCR等設(shè)備，但是采用該方案會(huì)對(duì)設(shè)備的電壓等級(jí)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(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備耐壓要求低，便于安裝維護(hù);通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真，驗(yàn)證了該方案的可行性。

3中壓配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理方案分析

3.1問(wèn)題闡述

正常電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)，其中在用戶(hù)側(cè)一般會(huì)采取電容器等補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行功率因數(shù)等的補(bǔ)償，但由于饋線(xiàn)電路、變電站設(shè)備、線(xiàn)路損耗等原因會(huì)導(dǎo)致變壓器的高壓側(cè)存在諧波和無(wú)功，而高壓側(cè)的電壓等級(jí)較高，在對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償治理時(shí)無(wú)法將設(shè)備直接接于高壓系統(tǒng)，同時(shí)低壓系統(tǒng)的補(bǔ)償無(wú)法補(bǔ)償變壓器以及高壓線(xiàn)路等帶來(lái)的無(wú)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(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案，該方案能有效地對(duì)高壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，有效對(duì) 10～35kV的中壓配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行治理，具體分析如下文。

3.2中壓配電電能質(zhì)量仿真計(jì)算分析

本文以 IEEE-33節(jié)點(diǎn)中壓配電網(wǎng)統(tǒng)為例進(jìn)行含分布式中壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量仿真計(jì)算分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在 PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境下建立相應(yīng)的仿真計(jì)算模型。根據(jù)光照強(qiáng)度、風(fēng)速與分布式電源輸出功率的關(guān)系，模擬得到的某典型日分布式電源輸出功率日變化曲線(xiàn)，

3.3不同配電網(wǎng)容量下的電能質(zhì)量分析

為分析中壓配電電源在不同并網(wǎng)位置時(shí)的配電網(wǎng)電能質(zhì)量情況，而并網(wǎng)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(jié)點(diǎn) 5、9、13為并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，然后利用中壓配電配電網(wǎng)電能質(zhì)量仿真計(jì)算模型分別進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得的電壓偏差、電壓波動(dòng)和電壓諧波含量結(jié)果。中壓配電電源在配電網(wǎng)的并網(wǎng)位置會(huì)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，中壓配電電源并網(wǎng)所在節(jié)點(diǎn)受到的影響是昀大的，離并網(wǎng)位置越遠(yuǎn)，受到的影響越小，中壓配電電源的并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)越靠近配電網(wǎng)饋線(xiàn)末端，對(duì)電壓的抬升作用越大，造成的電壓波動(dòng)和諧波越嚴(yán)重。因此在進(jìn)行中壓配電電源配電網(wǎng)并網(wǎng)位置的規(guī)劃時(shí)，需對(duì)中壓配電電源對(duì)電能質(zhì)量造成的影響進(jìn)行綜合評(píng)估，以更好地發(fā)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(guò)對(duì)不同類(lèi)型的電能質(zhì)量治理情況的仿真分析來(lái)驗(yàn)證該控制策略的可行性，仿真結(jié)果如下

4.1無(wú)功補(bǔ)償

中壓側(cè)補(bǔ)償前后的無(wú)功功率，在切除補(bǔ)償時(shí)系統(tǒng)的無(wú)功為5.569kvar，投入補(bǔ)償時(shí)的無(wú)功功率為0.023kvar，可知投入補(bǔ)償后可以有效地補(bǔ)償無(wú)功功率，無(wú)功補(bǔ)償率達(dá)到 99%，可知無(wú)功功率的補(bǔ)償效果好。在電能質(zhì)量補(bǔ)償技術(shù)中，相關(guān)的約束標(biāo)準(zhǔn)有很多，而昀為核心的就是自動(dòng)化配電原則。供電通信層中的中轉(zhuǎn)所模塊會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，進(jìn)而使遠(yuǎn)程終端中的電能質(zhì)量總是維持自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。但是，從實(shí)際的運(yùn)行現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，電力配電系統(tǒng)為具備更高性?xún)r(jià)比的輸電操作，會(huì)在適當(dāng)降低供電質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)單個(gè)大型配電機(jī)采取定點(diǎn)平衡的處理方法，而該項(xiàng)操作處理所遵循的標(biāo)準(zhǔn)即為自動(dòng)化配電原則。如果電力配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量降低，中轉(zhuǎn)所向主供電設(shè)備提供的輸出電能也會(huì)隨之降低，此時(shí)在自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的調(diào)解下，大型配電機(jī)械中的運(yùn)載電能質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。但隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)極限，電能質(zhì)量感知層會(huì)面臨無(wú)能耗供電的風(fēng)險(xiǎn)。為了防止上述情況的發(fā)生，就需要基于自動(dòng)化配電原則，對(duì)各級(jí)的輸電裝置傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量進(jìn)行有效控制，對(duì)暫時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償空缺進(jìn)行彌補(bǔ)。

4.2單次諧波補(bǔ)償 中壓側(cè)補(bǔ)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(jìn)行諧波補(bǔ)償（采用相同原理補(bǔ)償 5、7、11次諧波），得到補(bǔ)償后的波形和諧波。諧波的占比為基波的 1.64%，和補(bǔ)償前的對(duì)比可知 7次諧波占比降低了 41.46%，單次諧波的剔除率達(dá)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(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，DG大量并網(wǎng)、配售電市場(chǎng)放開(kāi)、能源互聯(lián)網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)展都對(duì)電能質(zhì)量領(lǐng)域研究帶來(lái)了影響，本文認(rèn)為未來(lái)電能質(zhì)量綜合評(píng)估可在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步研究目前電網(wǎng)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)發(fā)、輸、配電及用戶(hù)側(cè)全景實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及存儲(chǔ)，產(chǎn)生了大量的具有異構(gòu)、實(shí)時(shí)、真實(shí)等特征的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的方法并未考慮從這些復(fù)雜而海量的數(shù)據(jù)中提取電能質(zhì)量的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心思想，能深度挖掘海量多源數(shù)據(jù)中的豐富信息，充分利用已積累的海量數(shù)據(jù)，為適應(yīng)不同場(chǎng)景特征的電能質(zhì)量綜合評(píng)估提供一種新思路。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)原理推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證，采用本文所提方案可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的補(bǔ)償。針對(duì)單次諧波補(bǔ)償，諧波剔除率達(dá)到了 96.2%，低次諧波補(bǔ)償良好，實(shí)現(xiàn)了中壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理。本文只分析了指定次諧波補(bǔ)償和無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膬煞N模式，未對(duì)全補(bǔ)償模式進(jìn)行分析，后續(xù)可對(duì)此繼續(xù)做相關(guān)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]湯繼東.電能質(zhì)量治理及中壓系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償[J].電氣工程應(yīng)用，2013（2）：2-13.

[2]劉明，侯建成.中壓系統(tǒng)諧波有源治理方案[J].電器與能效管理技術(shù)，2017（19）：77-82.