基于串聯(lián)電壓補(bǔ)償控制的低電壓調(diào)節(jié)裝置

國網(wǎng)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(nóng)村低壓配電線路長度較長，在用電高峰時(shí)段用戶側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)電壓偏低等現(xiàn)象，導(dǎo)致一些電氣設(shè)備無法正常使用。如部分農(nóng)村地區(qū)出現(xiàn)了戶用抽水泵在農(nóng)忙時(shí)無法啟動(dòng)，部分城鎮(zhèn)樓宇內(nèi)機(jī)房電腦、空調(diào)等用電設(shè)備不能正常運(yùn)行[1]。由于農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，供電系統(tǒng)不完善，電力輸送負(fù)荷有限，在農(nóng)忙、節(jié)日返鄉(xiāng)等用電高峰時(shí)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(tǒng)解決低電壓?jiǎn)栴}的辦法主要為擴(kuò)容變壓器容量、增大線路線徑，采用具有載調(diào)壓功能的變壓器、在線路中串聯(lián)調(diào)壓器等方法[3]。但由于農(nóng)網(wǎng)中的總體負(fù)荷密度較低，變壓器和輸電線路設(shè)備本來利用率極低；通過擴(kuò)充變壓器容量和線路容量將導(dǎo)致設(shè)備利用率更低。由于有些用戶居住分散，配電臺(tái)區(qū)低壓側(cè)線路較長，即使增加變壓器容量及線路線徑，也存在配電臺(tái)區(qū)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(jīng)濟(jì)有效的解決低電壓?jiǎn)栴}，提高變壓器、輸電線路等設(shè)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(lián)電壓補(bǔ)償控制的低電壓調(diào)節(jié)裝置主電路設(shè)計(jì)

基于串聯(lián)電壓補(bǔ)償控制的低電壓調(diào)節(jié)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(jī)交互等組成（圖1）。當(dāng)市電輸入電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)，系統(tǒng)工作在交流旁路模式；當(dāng)負(fù)荷加重導(dǎo)致“低電壓”現(xiàn)象或負(fù)荷降低導(dǎo)致“高電壓”現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)從旁路模式切換到整流逆變模式。整流單元由數(shù)字信號(hào)處理器控制IGBT模塊輸出穩(wěn)定的內(nèi)部直流電壓，逆變單元負(fù)責(zé)再將直流轉(zhuǎn)換為交流輸出供負(fù)載使用。

整流單元具有穩(wěn)壓功能，能夠抑制輸入市電電壓的波動(dòng)，同時(shí)當(dāng)輸入市電電壓較低時(shí)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(wěn)定的正弦波交流電壓。

圖1 串聯(lián)電壓補(bǔ)償控制的低電壓調(diào)節(jié)裝置主電路原理圖

2 控制電路設(shè)計(jì)及裝置試驗(yàn)

控制電路原理框圖如圖2所示，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)電壓電流信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路把系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)變換成控制電路可接受的信號(hào)，控制電路根據(jù)反饋的信號(hào)執(zhí)行控制保護(hù)程序，根據(jù)采集信號(hào)經(jīng)計(jì)算輸出PWM 信號(hào)對(duì)整流橋和逆變橋電路進(jìn)行控制，改變輸出電壓的大小。保護(hù)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(jù)上述設(shè)計(jì)完成了裝置樣機(jī)制作并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用輸出0～250V 范圍單相自耦調(diào)壓器模擬線路高低輸入電壓情況。利用容量為50kVA 可編程負(fù)載模擬阻感負(fù)載和負(fù)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(cè)輸入輸出交流電壓電流波形。分別對(duì)高低壓下裝置帶阻感負(fù)載的動(dòng)靜態(tài)調(diào)節(jié)效果進(jìn)行測(cè)試。高壓帶電阻負(fù)載實(shí)測(cè)波形的如圖3所示。當(dāng)市電電壓170V、負(fù)載突然增大或減小，裝置可以使電壓穩(wěn)定在220V 左右，裝置的控制器響應(yīng)速度非?？?，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)效果如圖3所示。

圖2 控制電路框圖

圖3 低電壓輸入時(shí)輸出電壓波形

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)的基于串聯(lián)電壓補(bǔ)償控制的低電壓調(diào)節(jié)裝置可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)電壓調(diào)節(jié)，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試滿足電壓調(diào)節(jié)的要求，有效解決農(nóng)網(wǎng)長線路欠壓過壓的問題，適合在農(nóng)網(wǎng)線路末端推廣應(yīng)用。