配電網(wǎng)電能質(zhì)量對網(wǎng)損的影響

湯 力，丁 楊，蘇 敏

（1.國網(wǎng)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(wǎng)指由10 kV 配電網(wǎng)構(gòu)成的電力網(wǎng)架，是整個電力系統(tǒng)中網(wǎng)損的主要來源[1]。傳統(tǒng)方法計算中壓配電網(wǎng)網(wǎng)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(chǎn)生的電磁損耗和發(fā)熱損耗，很大程度上忽略了由電能質(zhì)量問題引起的電能損耗，這會對計算結(jié)果的精確度造成較大的誤差[2]。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的非線性電力設(shè)備接入系統(tǒng)，諧波問題已然成為現(xiàn)代電網(wǎng)研究工作者關(guān)注的熱點問題[3]。另外，以光伏、風(fēng)電為代表的分布式發(fā)電單元并網(wǎng)運(yùn)行，改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和潮流分布。由此可見，傳統(tǒng)的網(wǎng)損計算方法已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)，計算結(jié)果與實際存在較大偏差。為滿足準(zhǔn)確性的要求，優(yōu)化后的計算方法必須充分考慮電能質(zhì)量問題帶來的負(fù)面影響。

1 電能質(zhì)量問題產(chǎn)生原因

1.1 電壓偏差產(chǎn)生原因

（1）配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理。部分配電系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)無功功率分配不均，變壓器檔位不合理，或者系統(tǒng)中無功不足。

（3）電力系統(tǒng)接線方式不合理，負(fù)荷分配不均和設(shè)備故障等原因[4]。

1.2 三相不平衡產(chǎn)生原因

（1）根據(jù)現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，部分負(fù)荷在接入時均選擇單相和兩相方式接入，導(dǎo)致系統(tǒng)三相不平衡。

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

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

1.3 諧波產(chǎn)生原因

理想條件下，配電網(wǎng)絡(luò)中電壓的波形應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)對稱的正弦波，但在實際情況下，電能質(zhì)量會受到多方面因素的影響，以致產(chǎn)生大的波動或是畸變。傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)中，擁有的電力電子元件比較少，據(jù)統(tǒng)計，電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波主要來源于旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器。旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生的諧波可以通過改變電機(jī)內(nèi)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(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生的諧波排除在外。變壓器是電網(wǎng)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(dāng)變壓器鐵芯接近磁飽和狀態(tài)時，其非線性特征進(jìn)一步加強(qiáng)，因此電網(wǎng)中的各級變壓器帶來了較嚴(yán)重的電網(wǎng)諧波問題[6]。

2 配電網(wǎng)電能質(zhì)量對網(wǎng)損的影響

以文獻(xiàn)[6]中IEEE33 節(jié)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(wǎng)損的影響。

2.1 電壓偏差對網(wǎng)損的影響

圖1 是利用IEEE33 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，1～17 號節(jié)點中各節(jié)點電壓偏差情況。由圖1 可以發(fā)現(xiàn)，位于系統(tǒng)首段的1 號節(jié)點幾乎不存在電壓偏差，節(jié)點電壓保持為10 kV 左右。隨著系統(tǒng)的潮流方向向后推移，系統(tǒng)中的節(jié)點電壓偏差呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，節(jié)點電壓逐漸降低。該現(xiàn)象說明系統(tǒng)中存在明顯的電能損耗，阻抗元件分壓造成節(jié)點電壓下降，并且隨著電能配送距離的增加，網(wǎng)損進(jìn)一步加大，節(jié)點電壓越來越低。另外，由于系統(tǒng)中三相不平衡，各節(jié)點電壓呈現(xiàn)出A、B、C 三相電壓偏差程度不同的現(xiàn)象。

圖1 電壓偏差對網(wǎng)損的影響

2.2 三相不平衡對網(wǎng)損的影響

圖2 是系統(tǒng)中各節(jié)點A、B、C 三相電壓不平衡度的變化情況。從圖2 可知，系統(tǒng)中各節(jié)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(jié)點的離散程度越大表示該節(jié)點的不平衡度越大，網(wǎng)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(jié)點至末端節(jié)點電壓不平衡度逐漸增大，這可能是因為電壓偏差產(chǎn)生了一定的影響。

圖2 三相不平衡對網(wǎng)損的影響

2.3 諧波對網(wǎng)損的影響

圖3 是系統(tǒng)中各節(jié)點A、B、C 三相電流中諧波的占比情況。從圖3 可知，系統(tǒng)中各節(jié)點的諧波電流占總電流的比例不超過12%，符合10 kV 配網(wǎng)正常運(yùn)行的規(guī)范要求，從圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，各節(jié)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(wǎng)損的影響

3 電能質(zhì)量問題的解決措施

（1）電壓偏差的解決措施配電系統(tǒng)中的無功分布可以通過調(diào)節(jié)變壓器的檔位進(jìn)行改變，該方法能夠有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，可彌補(bǔ)由于網(wǎng)絡(luò)各位置無功分布不均而導(dǎo)致的電壓偏差。系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)還可以采用并聯(lián)補(bǔ)償裝置的方式，在實際工作中，通常采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功損耗，從而減少節(jié)點電壓下降的幅度。

（2）三相不平衡的解決措施

降低系統(tǒng)中的三相不平衡度，需要合理調(diào)整相間的負(fù)荷水平，另外，仍需使用無功補(bǔ)償裝置使系統(tǒng)中的有功和無功都處于平衡狀態(tài)。

（3）諧波的解決措施

諧波治理應(yīng)從預(yù)防和處理兩個方面著手考慮，要想系統(tǒng)中盡量少地出現(xiàn)諧波，首先應(yīng)從源頭做好控制，設(shè)備的選擇、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等在設(shè)計之初就應(yīng)該充分考慮諧波帶來的影響。在有效預(yù)防的基礎(chǔ)上，還可通過一定的技術(shù)手段降低系統(tǒng)諧波，目前只能采用加裝濾波器、電抗器等設(shè)備來控制諧波傳播。

4 結(jié)論

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越大，伴隨而來的電能質(zhì)量問題也日漸突出。本文重點關(guān)注配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量對網(wǎng)損的影響，概述了配電系統(tǒng)中在電能質(zhì)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(xì)分析了不同電能質(zhì)量問題下配電系統(tǒng)網(wǎng)損的變化規(guī)律，并針對結(jié)論總結(jié)了解決各類電能質(zhì)量問題的有效措施。