配電系統的電能質量與可靠性

摘 要:隨著經濟發展和高科技設備的廣泛應用，用戶對供電質量和可靠性的要求越來越高，要解決供電質量和可靠性這個問題已迫在眉睫。筆者通過對大量的書籍和文獻的閱讀分析，總結了配電系統電能質量的關鍵問題和解決對策，同時對其可靠性進行了研究，提出了可靠性評估方法和解決方法。希望可以供類似工作者以參考。

關鍵詞:配電系統電能質量電壓暫降可靠性

中圖分類號:TM727文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0088-02

1 電能質量

1.1 電能質量的概念

電能質量是指供應電力的參數符合標準和供電可靠性的程度。現代電能質量問題主要是電壓暫降、諧波、電壓不平衡。隨著用戶對供電質量要求的提高，電能質量問題已成為供電界的首要技術問題。電能質量的關鍵問題是電壓暫降，據統計和案例反映，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或用電設備發生雷擊、外力短路故障，一些用電設備啟動或突然加荷也會造成電網電壓瞬時下降。根據歐洲標準EN50160以及美國標準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.)，又恢復至正常電壓，這一過程的持續時間為10ms至60s[2]。電壓暫降會引起敏感控制器不必要的動作，造成包括計算機系統失靈、自動化控制裝置停頓或誤動等，引起接觸器停頓或低壓保護啟動，造成電動機、電梯等停頓等。因此，電壓驟降會給工商業帶來很大的損失，甚至會危害人身及社會安全。據某鋼鐵廠生產部統計，2006年1～10月份因發生電壓暫降而大面積影響生產的事故有15起，每起事故都造成百萬元的經濟損失，每年直接經濟損失達2000萬元以上。可見，電壓暫降的危害是十分巨大的。

2 解決電壓暫降的對策

2.1 態電壓恢復器

用戶電力技術將給電力電子、計算機和現代控制理論等高新技術運用于供、配電系統，形成了一系列的電能質量控制技術和設備，可較好地解決穩態、暫態電能質量問題。動態電壓恢復器(DVR)通過串聯變壓器在饋線上以電壓疊加的方式向電力系統注入補償電壓，用以消除系統電壓變化對負荷的不利影響。DVR使用IGBT或IGCT等大功率可關斷器件。系統正常供電時，它處于低消耗備用狀態。當系統電壓出現突然變化時，DVR能快速反應，通過串聯變壓器向系統注入3個與系統同頻的單向交流電壓分量以抵消系統電壓的改變，其瞬時值為正常電壓瞬時值和故障電壓瞬時值之差。DVR的響應速度在幾毫秒之內。根據電壓相位的不同，DVR控制分為同相電壓補償控制和最小能量補償控制[3]。

2.2 統一電能質量控制器

統一電能質量控制器的主電路由一串連逆變器和一并聯逆變器組成，兩者通過電容耦合，并聯逆變器采用PWM電流控制技術，進行非線性負載諧波電流及無功補償，并起調節電容直流電壓作用。串聯逆變器采用PWM電壓控制技術，通過控制其輸出電壓達到抑制電源電壓諧波，減少電源電壓波動對敏感負荷的影響。該裝置綜合了串聯和并聯補償器的優點，能解決暫態電能質量問題。

3 蒙特卡羅法配電系統可靠性評估

3.1 蒙特卡羅方法評估配電系統可靠性的基本步驟

(1)狀態抽樣。應用蒙特卡羅方法分析電力系統可靠性指標的過程可以大致劃分為系統狀態抽樣、系統狀態分析與系統指標統計三個步驟。(2)狀態分析與優化。通過狀態分析和優化模塊的計算可以獲得其狀態的試驗函數值，并更新可靠性指標。試驗函數又被稱作指示函數，是可靠性指標在系統隨機狀態中的反映，其計算公式與可靠性指標一一對應。(3)誤差分析與收斂數據。概率論中大數法則和中心極限定理是蒙特卡羅方法的理論基礎。大多數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的蒙特卡羅估計值的分布規律，為分析蒙特卡羅方法的計算誤差提供了理論依據[4]。設某可靠性指標R的試驗函數為，則R的估計值為:

(1)

其中是系統狀態向量的第i個樣本值。估計值的誤差由其方差決定，即

(2)

而在電力系統的可靠性評估中，一般以方差系數作為計算收斂的判據，

(3)

在抽樣次數大于一定數值之后，可近似視作為常數。由式(3)可知，計算精度最終取決于抽樣次數N和實驗函數的方差。在對計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算速度的有效措施，以此相同可靠性指標所對應的試驗函數的方差即可作為衡量抽樣算法優劣性的重要指標[5]。

4 解決配電系統可靠性的策略

4.1 完善配電網網架，縮小停電范圍

目前國內配電網的現狀主要是以架空線為主;35kv、10kv、0.4kv電壓供電為主，這種傳統的陳舊的供電模式，其線路的單一性和供電能力的不穩定性是造成供電技術和可靠率低下的一系列問題的主要原因。隨著近年來經濟的發展，建筑高層化的涌現、人民對于小區供電條件的要求，傳統的網絡和設備已無法滿足人民對于電網的需要。從安全、經濟上考慮配電網的優化，改變陳舊的供電模式，完善配電網結構，實現“手拉手”環網供電。

4.2 重視施工及檢修質量

提高配電網可靠性是一項長期的工作。因為電網的穩定是民生大計，所以要求認真對待，對施工、檢修質量要常態化進行，必須嚴格把關，減少故障率。配電網使用的非標準金具的設計及鍍鋅材料的質量，容易發生各種各樣的銹蝕，需要立即解決。

4.3 采用先進設備，實現配電系統自動化

首先，采用先進設備，發生自身故障率低。其次，先進的設備在通訊保障上有別于傳統的設備，可給通訊有力的支持，對配電系統進行二十四小時的實時監測，隨時掌握網絡中各元件的運行工況，故障未發生就能夠及時消除。通過計算機的控制來實現配電網絡自動化，能自動將故障段隔離，非故障段隔離，非故障恢復供電。通過選擇合理的與本地相適應的綜合自動化系統方案，在實施整套監控措施的同時，加強對電網實時狀態、設備、開關動作次數、負荷管理情況、潮流動向進行采集，實施網絡管理，擬定優化方案，提高了配電網供電可靠性，使99.99%的供電可靠率得以實現[6]。

5 結語

隨著用戶對供電質量要求的提高，電能質量問題已成當前供電界的首要技術問題。筆者通過對大量的書籍和文獻的閱讀，總結出了電能質量的關鍵問題是電壓暫降，提出了解決該問題的方法，同時對其可靠性進行了研究，探討了蒙特拉羅可靠性評估方法和解決可靠性問題的方法。希望可以供類似工作者以參考。

參考文獻

[1]徐忠.現代電能質量的主要問題及其對策[J].四川電力技術，2004，27(5):2～3.

[2]徐丙垠.電能質量問題及其管理[J].電氣設備，2003，4(1):1～3.

[3]肖湘寧.現代電能質量若干問題的研究[C].北京:華北電力大學，2006:1～3.

[4]陳章寶.配電系統可靠性評估研究[D].廣東:廣東工業大學，2009:9～12.

[5]宋曉通.基于蒙特卡羅方法的電力系統可靠性評估[D].山東:山東大學，2008:17～21.

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