配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量與可靠性

摘 要:隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高科技設(shè)備的廣泛應(yīng)用，用戶對(duì)供電質(zhì)量和可靠性的要求越來(lái)越高，要解決供電質(zhì)量和可靠性這個(gè)問(wèn)題已迫在眉睫。筆者通過(guò)對(duì)大量的書(shū)籍和文獻(xiàn)的閱讀分析，總結(jié)了配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題和解決對(duì)策，同時(shí)對(duì)其可靠性進(jìn)行了研究，提出了可靠性評(píng)估方法和解決方法。希望可以供類似工作者以參考。

關(guān)鍵詞:配電系統(tǒng)電能質(zhì)量電壓暫降可靠性

中圖分類號(hào):TM727文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(a)-0088-02

1 電能質(zhì)量

1.1 電能質(zhì)量的概念

電能質(zhì)量是指供應(yīng)電力的參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)和供電可靠性的程度。現(xiàn)代電能質(zhì)量問(wèn)題主要是電壓暫降、諧波、電壓不平衡。隨著用戶對(duì)供電質(zhì)量要求的提高，電能質(zhì)量問(wèn)題已成為供電界的首要技術(shù)問(wèn)題。電能質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題是電壓暫降，據(jù)統(tǒng)計(jì)和案例反映，90%以上是電壓暫降引起的[1]（表1）。

1.2 電壓暫降的原因和危害

引起電壓暫降的主要原因是電網(wǎng)或用電設(shè)備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設(shè)備啟動(dòng)或突然加荷也會(huì)造成電網(wǎng)電壓瞬時(shí)下降。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50160以及美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std1159—1992，電壓暫降定義為:供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%～10%(0.9p.u.～0.1p.u.)，又恢復(fù)至正常電壓，這一過(guò)程的持續(xù)時(shí)間為10ms至60s[2]。電壓暫降會(huì)引起敏感控制器不必要的動(dòng)作，造成包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失靈、自動(dòng)化控制裝置停頓或誤動(dòng)等，引起接觸器停頓或低壓保護(hù)啟動(dòng)，造成電動(dòng)機(jī)、電梯等停頓等。因此，電壓驟降會(huì)給工商業(yè)帶來(lái)很大的損失，甚至?xí)：θ松砑吧鐣?huì)安全。據(jù)某鋼鐵廠生產(chǎn)部統(tǒng)計(jì)，2006年1～10月份因發(fā)生電壓暫降而大面積影響生產(chǎn)的事故有15起，每起事故都造成百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失，每年直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000萬(wàn)元以上。可見(jiàn)，電壓暫降的危害是十分巨大的。

2 解決電壓暫降的對(duì)策

2.1 態(tài)電壓恢復(fù)器

用戶電力技術(shù)將給電力電子、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代控制理論等高新技術(shù)運(yùn)用于供、配電系統(tǒng)，形成了一系列的電能質(zhì)量控制技術(shù)和設(shè)備，可較好地解決穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)通過(guò)串聯(lián)變壓器在饋線上以電壓疊加的方式向電力系統(tǒng)注入補(bǔ)償電壓，用以消除系統(tǒng)電壓變化對(duì)負(fù)荷的不利影響。DVR使用IGBT或IGCT等大功率可關(guān)斷器件。系統(tǒng)正常供電時(shí)，它處于低消耗備用狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)突然變化時(shí)，DVR能快速反應(yīng)，通過(guò)串聯(lián)變壓器向系統(tǒng)注入3個(gè)與系統(tǒng)同頻的單向交流電壓分量以抵消系統(tǒng)電壓的改變，其瞬時(shí)值為正常電壓瞬時(shí)值和故障電壓瞬時(shí)值之差。DVR的響應(yīng)速度在幾毫秒之內(nèi)。根據(jù)電壓相位的不同，DVR控制分為同相電壓補(bǔ)償控制和最小能量補(bǔ)償控制[3]。

2.2 統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器

統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的主電路由一串連逆變器和一并聯(lián)逆變器組成，兩者通過(guò)電容耦合，并聯(lián)逆變器采用PWM電流控制技術(shù)，進(jìn)行非線性負(fù)載諧波電流及無(wú)功補(bǔ)償，并起調(diào)節(jié)電容直流電壓作用。串聯(lián)逆變器采用PWM電壓控制技術(shù)，通過(guò)控制其輸出電壓達(dá)到抑制電源電壓諧波，減少電源電壓波動(dòng)對(duì)敏感負(fù)荷的影響。該裝置綜合了串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)，能解決暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 蒙特卡羅法配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估

3.1 蒙特卡羅方法評(píng)估配電系統(tǒng)可靠性的基本步驟

(1)狀態(tài)抽樣。應(yīng)用蒙特卡羅方法分析電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的過(guò)程可以大致劃分為系統(tǒng)狀態(tài)抽樣、系統(tǒng)狀態(tài)分析與系統(tǒng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)三個(gè)步驟。(2)狀態(tài)分析與優(yōu)化。通過(guò)狀態(tài)分析和優(yōu)化模塊的計(jì)算可以獲得其狀態(tài)的試驗(yàn)函數(shù)值，并更新可靠性指標(biāo)。試驗(yàn)函數(shù)又被稱作指示函數(shù)，是可靠性指標(biāo)在系統(tǒng)隨機(jī)狀態(tài)中的反映，其計(jì)算公式與可靠性指標(biāo)一一對(duì)應(yīng)。(3)誤差分析與收斂數(shù)據(jù)。概率論中大數(shù)法則和中心極限定理是蒙特卡羅方法的理論基礎(chǔ)。大多數(shù)法則保證在抽取足夠多的樣本之后，蒙特卡羅方法取得的估計(jì)值收斂于待求量的真值;中心極限定理則描述了樣本容量為N的蒙特卡羅估計(jì)值的分布規(guī)律，為分析蒙特卡羅方法的計(jì)算誤差提供了理論依據(jù)[4]。設(shè)某可靠性指標(biāo)R的試驗(yàn)函數(shù)為，則R的估計(jì)值為:

(1)

其中是系統(tǒng)狀態(tài)向量的第i個(gè)樣本值。估計(jì)值的誤差由其方差決定，即

(2)

而在電力系統(tǒng)的可靠性評(píng)估中，一般以方差系數(shù)作為計(jì)算收斂的判據(jù)，

(3)

在抽樣次數(shù)大于一定數(shù)值之后，可近似視作為常數(shù)。由式(3)可知，計(jì)算精度最終取決于抽樣次數(shù)N和實(shí)驗(yàn)函數(shù)的方差。在對(duì)計(jì)算速度和精度要求較高的情況下，減少成為提高抽樣效率和計(jì)算速度的有效措施，以此相同可靠性指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)函數(shù)的方差即可作為衡量抽樣算法優(yōu)劣性的重要指標(biāo)[5]。

4 解決配電系統(tǒng)可靠性的策略

4.1 完善配電網(wǎng)網(wǎng)架，縮小停電范圍

目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的現(xiàn)狀主要是以架空線為主;35kv、10kv、0.4kv電壓供電為主，這種傳統(tǒng)的陳舊的供電模式，其線路的單一性和供電能力的不穩(wěn)定性是造成供電技術(shù)和可靠率低下的一系列問(wèn)題的主要原因。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑高層化的涌現(xiàn)、人民對(duì)于小區(qū)供電條件的要求，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備已無(wú)法滿足人民對(duì)于電網(wǎng)的需要。從安全、經(jīng)濟(jì)上考慮配電網(wǎng)的優(yōu)化，改變陳舊的供電模式，完善配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“手拉手”環(huán)網(wǎng)供電。

4.2 重視施工及檢修質(zhì)量

提高配電網(wǎng)可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。因?yàn)殡娋W(wǎng)的穩(wěn)定是民生大計(jì)，所以要求認(rèn)真對(duì)待，對(duì)施工、檢修質(zhì)量要常態(tài)化進(jìn)行，必須嚴(yán)格把關(guān)，減少故障率。配電網(wǎng)使用的非標(biāo)準(zhǔn)金具的設(shè)計(jì)及鍍鋅材料的質(zhì)量，容易發(fā)生各種各樣的銹蝕，需要立即解決。

4.3 采用先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)自動(dòng)化

首先，采用先進(jìn)設(shè)備，發(fā)生自身故障率低。其次，先進(jìn)的設(shè)備在通訊保障上有別于傳統(tǒng)的設(shè)備，可給通訊有力的支持，對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行二十四小時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)中各元件的運(yùn)行工況，故障未發(fā)生就能夠及時(shí)消除。通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，能自動(dòng)將故障段隔離，非故障段隔離，非故障恢復(fù)供電。通過(guò)選擇合理的與本地相適應(yīng)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)方案，在實(shí)施整套監(jiān)控措施的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)、負(fù)荷管理情況、潮流動(dòng)向進(jìn)行采集，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)管理，擬定優(yōu)化方案，提高了配電網(wǎng)供電可靠性，使99.99%的供電可靠率得以實(shí)現(xiàn)[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著用戶對(duì)供電質(zhì)量要求的提高，電能質(zhì)量問(wèn)題已成當(dāng)前供電界的首要技術(shù)問(wèn)題。筆者通過(guò)對(duì)大量的書(shū)籍和文獻(xiàn)的閱讀，總結(jié)出了電能質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題是電壓暫降，提出了解決該問(wèn)題的方法，同時(shí)對(duì)其可靠性進(jìn)行了研究，探討了蒙特拉羅可靠性評(píng)估方法和解決可靠性問(wèn)題的方法。希望可以供類似工作者以參考。

參考文獻(xiàn)

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[5]宋曉通.基于蒙特卡羅方法的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估[D].山東:山東大學(xué)，2008:17～21.

[6]別亞峰.淺談如何提高城市配電網(wǎng)供電的可靠性[J].硅谷，2010(9):1～2.