農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量現(xiàn)狀分析及智能綜合治理技術(shù)

王元東，顧昆陽(yáng)，元曉，鐘紹林

(新鄉(xiāng)市萬新電氣有限公司，河南新鄉(xiāng),453000)

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)的農(nóng)村得到了很大的發(fā)展空間，但正是因?yàn)檗r(nóng)村發(fā)展空間較大，導(dǎo)致農(nóng)村的用電量得到了非常大的提升，對(duì)于農(nóng)村的配電網(wǎng)也提出了更高的要求。一般來說，在農(nóng)村的配電網(wǎng)中，是由配電臺(tái)區(qū)直接進(jìn)行供電，由于供電數(shù)量比較龐大，可能會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)，造成一定的安全隱患。但是隨著近年來智能配電技術(shù)的應(yīng)用，能夠解決當(dāng)前農(nóng)村的用電問題。智能配電技術(shù)有著集成度高、涉及范圍廣的技術(shù)特點(diǎn)，除了能夠?qū)τ秒娦畔⑦M(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)和管理之外，還可以減少能源的消耗，迎合了當(dāng)前我國(guó)的環(huán)保理念。智能配電技術(shù)是我國(guó)比較關(guān)鍵的配電技術(shù)，如果將其應(yīng)用到農(nóng)村配電網(wǎng)當(dāng)中，不僅可以提高農(nóng)村配電臺(tái)區(qū)的建設(shè)強(qiáng)度，為廣大農(nóng)村居民提供安全穩(wěn)定的電源，還可以滿足當(dāng)前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，具有非常關(guān)鍵的作用[1]。

1 農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)現(xiàn)狀分析

1.1 農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)負(fù)荷特點(diǎn)

農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)的負(fù)荷特點(diǎn)受到很多因素的影響，主要包括了以下五點(diǎn)：①受農(nóng)產(chǎn)品季節(jié)性的影響，因?yàn)檗r(nóng)村的居民在不同的季節(jié)，用電的負(fù)荷不同，尤其是在農(nóng)忙季節(jié)，會(huì)加大配電臺(tái)區(qū)的負(fù)荷，對(duì)于農(nóng)網(wǎng)的負(fù)荷難度也越來越高。②單相負(fù)荷強(qiáng)，占總?cè)萘康陌氤梢陨?，單相?fù)荷的供電方式直接形成了三相負(fù)荷不平衡，很有可能會(huì)因?yàn)閱蜗嘭?fù)荷較多，導(dǎo)致中性點(diǎn)偏差，出現(xiàn)負(fù)序電流。③非線性負(fù)荷使用較多，非線性負(fù)荷包括了電視機(jī)電源、計(jì)算機(jī)電源、空調(diào)電源等等。這些非線性負(fù)荷會(huì)形成諧波源，加大農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)去的負(fù)荷，對(duì)電能的質(zhì)量有直接的影響[2]。④農(nóng)村居民比較分散，導(dǎo)致供電線路比較復(fù)雜。對(duì)于農(nóng)村的居民來說，居住的比較分散，這為農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)提供了供電難度，線路長(zhǎng)短具有區(qū)別，再加上供電設(shè)備陳舊，一系列的因素對(duì)電壓產(chǎn)生了影響，很有可能出現(xiàn)安全隱患。⑤自動(dòng)化程度較低。對(duì)于農(nóng)網(wǎng)配電區(qū)來說，采取的最多的供電方式就是傳統(tǒng)的供電方式，對(duì)于現(xiàn)代的自動(dòng)化程度應(yīng)用的比較少。不僅沒有科學(xué)、合理的管理方式，對(duì)于用電安全的監(jiān)測(cè)也不夠，這直接導(dǎo)致了電壓安全無法得到保障，變壓器線端得不到監(jiān)測(cè)，末端的電壓監(jiān)測(cè)幾乎沒有，為農(nóng)村居民的用電安全提供了安全隱患[3]。

1.2 農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量問題的危害

就目前的農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量的問題，對(duì)于農(nóng)村居民的用電會(huì)產(chǎn)生較大的影響。主要的質(zhì)量問題有四種：三相電流不平衡、電壓較低、功率偏低、諧波源存在污染。

三相電流不平衡：由于三相電流不平衡，會(huì)直接造成中性線的電流加大，中性點(diǎn)出現(xiàn)偏移的情況，中性線的線路損傷較高，提高了供電系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，為農(nóng)村的廣大居民用電造成了安全隱患。

供電的范圍比較廣：普遍的農(nóng)村中，居民居住的較為分散，不夠集中。遠(yuǎn)距離的供電只會(huì)為造成線路的損傷，從而導(dǎo)致電流供應(yīng)不足，當(dāng)達(dá)到最遠(yuǎn)距離的時(shí)候，電壓已經(jīng)處于極度不穩(wěn)定的狀態(tài)，影響了末端居民的用電體驗(yàn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無電源可用的情況。除此之外，還會(huì)降低設(shè)備的性能，變壓器中的可用有功輸出較小，減少了變壓器的荷載能力。

諧波源污染：諧波源出現(xiàn)了污染，造成了趨膚效應(yīng)，提高線路的損傷程度。除此之外，因?yàn)橹C波源的污染，還會(huì)導(dǎo)致變壓器的溫度過高，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)中的誤動(dòng)作，為供電裝置的安全運(yùn)行造成了影響[4]。

2 農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)電能質(zhì)量治理途徑

對(duì)于目前的農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)質(zhì)量問題的解決途徑有三點(diǎn)：首先需要改造配變、其次需要改變線路、最后需要安裝常規(guī)無功補(bǔ)償裝置。將三種治理方式與智能綜合治理技術(shù)相比（安裝智能臺(tái)區(qū)變靜止無功發(fā)生裝置）具體的應(yīng)用效果如表1 所示。

表1 常規(guī)治理技術(shù)與智能綜合治理技術(shù)性能對(duì)比表

三相電流不平衡 不變 不變 效果較差 效果較好

經(jīng)過結(jié)果的對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，三種傳統(tǒng)的治理技術(shù)或多或少都存在著一些缺點(diǎn)，不能完全將農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)去的電能質(zhì)量完全解決。智能綜合治理技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)非常明顯，能夠提高出口電壓、降低線路壓降、提高末端電壓、降低線路損傷、對(duì)于諧波源的清除和三相電流的平衡也有較好的效果[5]。因此，將智能綜合治理技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)電能質(zhì)量治理的問題上已經(jīng)是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，值得應(yīng)用。

除此之外，對(duì)于三相電流不平衡的調(diào)節(jié)方式除了能夠應(yīng)用智能綜合治理技術(shù)進(jìn)行解決之外，還可以通過換向開關(guān)的方式進(jìn)行解決。主要是將換向開關(guān)安裝在負(fù)荷載中，通過換向切換的裝置，讓單相負(fù)荷可以在A、B、C 之間進(jìn)行切換，有較好的應(yīng)用效果，具體如圖1 所示。

圖1 換向開關(guān)工作示意圖

3 智能綜合治理技術(shù)區(qū)變靜止無功發(fā)生裝置系統(tǒng)

對(duì)于智能綜合治理技術(shù)而言，可以很大程度上提高農(nóng)村居民的用電體驗(yàn)，不僅能夠提高出口電壓、降低線路壓降、提高末端電壓、降低線路損傷，清除諧波源以及維持三相電流平衡，還可以對(duì)農(nóng)村居民的用電信息進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)每日的用電情況進(jìn)行管理。具體如圖2 所示。

圖2 智能綜合技術(shù)示意圖

其中最重要的就是電能質(zhì)量的監(jiān)控，其原理如下：①電壓支撐原理。智能臺(tái)區(qū)中的裝置可以對(duì)補(bǔ)償點(diǎn)中的電壓進(jìn)行采樣，并且通過信息傳遞等方式，判斷補(bǔ)償點(diǎn)中的電壓是否已經(jīng)超過了額定值。如果超過了之后，裝置會(huì)根據(jù)實(shí)際情況輸出感性電流，達(dá)到降低電壓的目的，如果電壓過低，裝置會(huì)輸出容性電流，提高電壓，將電壓始終保持在可控的波動(dòng)范圍之內(nèi)[6]。②無功補(bǔ)償原理。系統(tǒng)可以對(duì)外部的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的感應(yīng)和監(jiān)測(cè)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況計(jì)算出功率因數(shù)，如果功率因數(shù)低于額定值時(shí)，可以計(jì)算出所缺少的無功電流，形成IGBT 的PWM 控制信號(hào)，從而通過感性電流和容性電流，對(duì)系統(tǒng)形成補(bǔ)償?shù)哪康?，?duì)系統(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。③三相電流不平衡原理。對(duì)于三相電流不平衡來說，系統(tǒng)可以對(duì)外部的CT 系統(tǒng)電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過信息傳遞給內(nèi)部的控制器，對(duì)不平衡狀態(tài)的原因進(jìn)行具體的分析，如果不平衡狀態(tài)是因?yàn)殡娏鬓D(zhuǎn)換問題，內(nèi)部的IGBT 就可以將電流大小進(jìn)行合理的分配，以此來達(dá)到三相電流平衡的目的。④諧波源清除原理。系統(tǒng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并且會(huì)將諧波電流進(jìn)行分離，通過IGBT 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，輸出與諧波電流相互抵消的補(bǔ)償電流，以此來達(dá)到清除諧波電流的目的。

功能：①電壓調(diào)整：智能綜合治理技術(shù)可以對(duì)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)調(diào)整，通過控制電容器的投切提升末端的電壓，保證處于供電末端的居民有安全穩(wěn)定的電源可用，除此之外，還有穩(wěn)定電壓的作用，防止變壓器、線路等設(shè)備因?yàn)殡娏鞯囊蛩囟艿綋p傷。②功率因數(shù)調(diào)整。對(duì)于功率因數(shù)的調(diào)整，可以通過雙向連續(xù)輸出，間接提高功率因數(shù)，防止線路出現(xiàn)損傷。若可以通過補(bǔ)償?shù)确绞?，提高變壓器的容量。③諧波源清除。對(duì)諧波源的清除可以多次使用，防止成本的消耗，也可以降低線路的損傷，提高各個(gè)供電設(shè)備的使用壽命，為系統(tǒng)更加安全的運(yùn)行提供保障。④三相電流不平衡。在治理三相電流不平衡中，主要出現(xiàn)的就是中性點(diǎn)偏壓，導(dǎo)致線路出現(xiàn)損傷，智能治理系統(tǒng)可以有效的防止此類情況的發(fā)生，為變壓器提供更高的帶載能力[7]。