配電網居住區低壓電壓質量改善裝置應用研究

劉柱++李朔

摘 要：該文首先對國內外電能質量改善裝置研究現狀現狀作了介紹，然后針對低壓電能質量改善裝置提出了研究理論和實踐依據，通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出了裝置研究流程以及具體的設計方案。

關鍵詞：居住區 配電網 電壓質量 電壓偏差

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

電壓質量是電力能源的一項重要指標，隨著國民經濟的迅猛發展和人民生活水平的提高，廣大用戶對供電電壓質量要求越來越高。電監會對電壓合格率也越來越重視。《供電監管辦法》的要求：“城市居民用戶受電端電壓合格率不低于95%”。

目前用戶對低電壓問題比較敏感，因為出現低電壓會引起用戶電器無法啟動，容易引起用戶投訴。而用戶對高電壓問題還沒有如此敏感，即使是高電壓引起用戶電器損壞，很多用戶將其原因歸為電器質量問題。但隨著社會的發展，電壓合格率的問題在未來幾年必然會成為一個棘手敏感的問題。另外電監會對電壓問題也越來越重視。

1 國內外電能質量改善裝置研究現狀

國外早在60年代，就已經開始認識到電能質量的重要性，并著手從事有關課題的研究。國內在電能質量領域的研究起步相對較晚，大量研究是從20世紀80年代中后期開始的。IEEE和IEE等國際知名學術刊物上也發表了大量有關電能質量的論文，就電能質量的定義、分類、數學分析手段、統計分析方法及在電力系統運行中的應用展開了較為廣泛、深入的探討，為改善電力系統的電能質量創造了有利的條件。

目前，國內外已相繼研制出了許多應用于配電系統的新式電能質量改善裝置，雖然它們中仍有不少還處在試運行和待完善研制階段，但其基本理論技術業已相當成熟了。常見的研究應用較廣、較成熟的配電網現代電能質量裝置有以下幾種：動態電壓恢復器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、靜止無功發生器SVG（Static Var Generator）、有源電力濾波器APF（Active Power Filter）、統一電能質量調節器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配電系統統一調節器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但這些新成果和設備大多應用于高壓領域，而針對380/220 V的低壓則較少。而該電壓等級則是與人們的生產生活實際聯系最緊密。在該電壓等級中最迫切要解決的電能質量問題是電壓偏差。

2 低壓電能質量改善裝置研究理論和實踐依據

決定電壓偏差大小的主要因素為系統中無功的平衡問題，當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，當無功電源發出的無功功率小于無功負荷及網絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低。負荷側電壓過高將造成各種電氣設備絕緣受到損害，用電設備受命大大縮短，甚至造成供電事故，電壓過低將危及電力系統運行的穩定性。

圖1所示為電能傳輸的一般模型，圖中線路首端和末端電壓分別為和。則可得電能從首端輸送到末端的電壓偏差為：

對于高壓電網，X大于R，則可知Q對電壓損耗的影響占據主導。系統中傳輸的無功功率增大，就會增大傳輸途徑兩端的電壓差，從而使流經的電流升高，進一步增加了送電損耗，這對于節能降耗是不利的。可見，系統電壓水平和無功功率是密切相關的。在每一運行時刻，都要求系統的無功功率是平衡的，也即要求系統中各節點的電壓是穩定的。控制系統的電壓水平，實質上就是通過對系統無功潮流的優化來實現的。

對于高壓長距離線路，若其對地容抗較線路感抗大時，就會發生線路末端電壓升高的現象，此現象稱之為電容效應。設線路首端電壓為U1，末端電壓為U2，線路對地容抗XC，線路感抗XL，電阻R。對于高壓線路，與容抗和感抗相比R可忽略不計，則U1=U2+UX-UC，很明顯UX與UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低壓電能質量改善裝置研究流程

低壓電能質量改善裝置的研究設計具體可分為如下幾個階段：收集基本數據、建模與仿真、實驗驗證、設備試制、綜合試驗。各部分之間密切關聯，相互影響。

4 低壓電能質量改善裝置設計方案

通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出以下設計方案。

（1）利用仿真軟件（Matlab及PSCAD）建立低壓電網仿真模型，并通過實測數據驗證驗證仿真模型正確性。通過理論與仿真分析結合的方法，進行架空線與電纜混合網絡以架空線為主、以電纜為主、純電纜網絡等不同網絡情況下，在正常負荷且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、正常負荷且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓仿真分析，得到城區配電網低壓電纜出線電壓升高的原因及變化規律。

（2）通過理論與仿真分析結合的方法，研究居住區變電所高壓側隨時間段、負荷類型的變化規律，確定10 kV電壓最佳調節范圍。

（3）在C類電壓合格率及變電所無功、力率合格的前提下，依據居民區10 kV電壓調節最佳范圍，仿真分析110 kV變電所負荷峰谷期10 kV母線電壓變化規律，得到10 kV母線電壓調節策略。

參考文獻

[1] 向婷婷.低壓配電網規劃方法研究[D].重慶大學，2012.

[2] 吳敬兵.企業配電網電能質量檢測及控制方法研究[D].湖南大學，2011.

[3] 高曉芝.微網控制策略與電能質量改善研究[D].天津大學，2012.

摘 要：該文首先對國內外電能質量改善裝置研究現狀現狀作了介紹，然后針對低壓電能質量改善裝置提出了研究理論和實踐依據，通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出了裝置研究流程以及具體的設計方案。

關鍵詞：居住區 配電網 電壓質量 電壓偏差

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

電壓質量是電力能源的一項重要指標，隨著國民經濟的迅猛發展和人民生活水平的提高，廣大用戶對供電電壓質量要求越來越高。電監會對電壓合格率也越來越重視。《供電監管辦法》的要求：“城市居民用戶受電端電壓合格率不低于95%”。

目前用戶對低電壓問題比較敏感，因為出現低電壓會引起用戶電器無法啟動，容易引起用戶投訴。而用戶對高電壓問題還沒有如此敏感，即使是高電壓引起用戶電器損壞，很多用戶將其原因歸為電器質量問題。但隨著社會的發展，電壓合格率的問題在未來幾年必然會成為一個棘手敏感的問題。另外電監會對電壓問題也越來越重視。

1 國內外電能質量改善裝置研究現狀

國外早在60年代，就已經開始認識到電能質量的重要性，并著手從事有關課題的研究。國內在電能質量領域的研究起步相對較晚，大量研究是從20世紀80年代中后期開始的。IEEE和IEE等國際知名學術刊物上也發表了大量有關電能質量的論文，就電能質量的定義、分類、數學分析手段、統計分析方法及在電力系統運行中的應用展開了較為廣泛、深入的探討，為改善電力系統的電能質量創造了有利的條件。

目前，國內外已相繼研制出了許多應用于配電系統的新式電能質量改善裝置，雖然它們中仍有不少還處在試運行和待完善研制階段，但其基本理論技術業已相當成熟了。常見的研究應用較廣、較成熟的配電網現代電能質量裝置有以下幾種：動態電壓恢復器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、靜止無功發生器SVG（Static Var Generator）、有源電力濾波器APF（Active Power Filter）、統一電能質量調節器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配電系統統一調節器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但這些新成果和設備大多應用于高壓領域，而針對380/220 V的低壓則較少。而該電壓等級則是與人們的生產生活實際聯系最緊密。在該電壓等級中最迫切要解決的電能質量問題是電壓偏差。

2 低壓電能質量改善裝置研究理論和實踐依據

決定電壓偏差大小的主要因素為系統中無功的平衡問題，當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，當無功電源發出的無功功率小于無功負荷及網絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低。負荷側電壓過高將造成各種電氣設備絕緣受到損害，用電設備受命大大縮短，甚至造成供電事故，電壓過低將危及電力系統運行的穩定性。

圖1所示為電能傳輸的一般模型，圖中線路首端和末端電壓分別為和。則可得電能從首端輸送到末端的電壓偏差為：

對于高壓電網，X大于R，則可知Q對電壓損耗的影響占據主導。系統中傳輸的無功功率增大，就會增大傳輸途徑兩端的電壓差，從而使流經的電流升高，進一步增加了送電損耗，這對于節能降耗是不利的。可見，系統電壓水平和無功功率是密切相關的。在每一運行時刻，都要求系統的無功功率是平衡的，也即要求系統中各節點的電壓是穩定的。控制系統的電壓水平，實質上就是通過對系統無功潮流的優化來實現的。

對于高壓長距離線路，若其對地容抗較線路感抗大時，就會發生線路末端電壓升高的現象，此現象稱之為電容效應。設線路首端電壓為U1，末端電壓為U2，線路對地容抗XC，線路感抗XL，電阻R。對于高壓線路，與容抗和感抗相比R可忽略不計，則U1=U2+UX-UC，很明顯UX與UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低壓電能質量改善裝置研究流程

低壓電能質量改善裝置的研究設計具體可分為如下幾個階段：收集基本數據、建模與仿真、實驗驗證、設備試制、綜合試驗。各部分之間密切關聯，相互影響。

4 低壓電能質量改善裝置設計方案

通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出以下設計方案。

（1）利用仿真軟件（Matlab及PSCAD）建立低壓電網仿真模型，并通過實測數據驗證驗證仿真模型正確性。通過理論與仿真分析結合的方法，進行架空線與電纜混合網絡以架空線為主、以電纜為主、純電纜網絡等不同網絡情況下，在正常負荷且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、正常負荷且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓仿真分析，得到城區配電網低壓電纜出線電壓升高的原因及變化規律。

（2）通過理論與仿真分析結合的方法，研究居住區變電所高壓側隨時間段、負荷類型的變化規律，確定10 kV電壓最佳調節范圍。

（3）在C類電壓合格率及變電所無功、力率合格的前提下，依據居民區10 kV電壓調節最佳范圍，仿真分析110 kV變電所負荷峰谷期10 kV母線電壓變化規律，得到10 kV母線電壓調節策略。

參考文獻

[1] 向婷婷.低壓配電網規劃方法研究[D].重慶大學，2012.

[2] 吳敬兵.企業配電網電能質量檢測及控制方法研究[D].湖南大學，2011.

[3] 高曉芝.微網控制策略與電能質量改善研究[D].天津大學，2012.

摘 要：該文首先對國內外電能質量改善裝置研究現狀現狀作了介紹，然后針對低壓電能質量改善裝置提出了研究理論和實踐依據，通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出了裝置研究流程以及具體的設計方案。

關鍵詞：居住區 配電網 電壓質量 電壓偏差

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

電壓質量是電力能源的一項重要指標，隨著國民經濟的迅猛發展和人民生活水平的提高，廣大用戶對供電電壓質量要求越來越高。電監會對電壓合格率也越來越重視。《供電監管辦法》的要求：“城市居民用戶受電端電壓合格率不低于95%”。

目前用戶對低電壓問題比較敏感，因為出現低電壓會引起用戶電器無法啟動，容易引起用戶投訴。而用戶對高電壓問題還沒有如此敏感，即使是高電壓引起用戶電器損壞，很多用戶將其原因歸為電器質量問題。但隨著社會的發展，電壓合格率的問題在未來幾年必然會成為一個棘手敏感的問題。另外電監會對電壓問題也越來越重視。

1 國內外電能質量改善裝置研究現狀

國外早在60年代，就已經開始認識到電能質量的重要性，并著手從事有關課題的研究。國內在電能質量領域的研究起步相對較晚，大量研究是從20世紀80年代中后期開始的。IEEE和IEE等國際知名學術刊物上也發表了大量有關電能質量的論文，就電能質量的定義、分類、數學分析手段、統計分析方法及在電力系統運行中的應用展開了較為廣泛、深入的探討，為改善電力系統的電能質量創造了有利的條件。

目前，國內外已相繼研制出了許多應用于配電系統的新式電能質量改善裝置，雖然它們中仍有不少還處在試運行和待完善研制階段，但其基本理論技術業已相當成熟了。常見的研究應用較廣、較成熟的配電網現代電能質量裝置有以下幾種：動態電壓恢復器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、靜止無功發生器SVG（Static Var Generator）、有源電力濾波器APF（Active Power Filter）、統一電能質量調節器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配電系統統一調節器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但這些新成果和設備大多應用于高壓領域，而針對380/220 V的低壓則較少。而該電壓等級則是與人們的生產生活實際聯系最緊密。在該電壓等級中最迫切要解決的電能質量問題是電壓偏差。

2 低壓電能質量改善裝置研究理論和實踐依據

決定電壓偏差大小的主要因素為系統中無功的平衡問題，當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，當無功電源發出的無功功率小于無功負荷及網絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低。負荷側電壓過高將造成各種電氣設備絕緣受到損害，用電設備受命大大縮短，甚至造成供電事故，電壓過低將危及電力系統運行的穩定性。

圖1所示為電能傳輸的一般模型，圖中線路首端和末端電壓分別為和。則可得電能從首端輸送到末端的電壓偏差為：

對于高壓電網，X大于R，則可知Q對電壓損耗的影響占據主導。系統中傳輸的無功功率增大，就會增大傳輸途徑兩端的電壓差，從而使流經的電流升高，進一步增加了送電損耗，這對于節能降耗是不利的。可見，系統電壓水平和無功功率是密切相關的。在每一運行時刻，都要求系統的無功功率是平衡的，也即要求系統中各節點的電壓是穩定的。控制系統的電壓水平，實質上就是通過對系統無功潮流的優化來實現的。

對于高壓長距離線路，若其對地容抗較線路感抗大時，就會發生線路末端電壓升高的現象，此現象稱之為電容效應。設線路首端電壓為U1，末端電壓為U2，線路對地容抗XC，線路感抗XL，電阻R。對于高壓線路，與容抗和感抗相比R可忽略不計，則U1=U2+UX-UC，很明顯UX與UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低壓電能質量改善裝置研究流程

低壓電能質量改善裝置的研究設計具體可分為如下幾個階段：收集基本數據、建模與仿真、實驗驗證、設備試制、綜合試驗。各部分之間密切關聯，相互影響。

4 低壓電能質量改善裝置設計方案

通過測試、仿真分析、實驗等技術措施針對居民區配電網末端電壓不合格情況開展研究，該文提出以下設計方案。

（1）利用仿真軟件（Matlab及PSCAD）建立低壓電網仿真模型，并通過實測數據驗證驗證仿真模型正確性。通過理論與仿真分析結合的方法，進行架空線與電纜混合網絡以架空線為主、以電纜為主、純電纜網絡等不同網絡情況下，在正常負荷且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、正常負荷且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器投入時配電網末端電壓情況、輕載或空載且低壓補償電容器退出時配電網末端電壓仿真分析，得到城區配電網低壓電纜出線電壓升高的原因及變化規律。

（2）通過理論與仿真分析結合的方法，研究居住區變電所高壓側隨時間段、負荷類型的變化規律，確定10 kV電壓最佳調節范圍。

（3）在C類電壓合格率及變電所無功、力率合格的前提下，依據居民區10 kV電壓調節最佳范圍，仿真分析110 kV變電所負荷峰谷期10 kV母線電壓變化規律，得到10 kV母線電壓調節策略。

參考文獻

[1] 向婷婷.低壓配電網規劃方法研究[D].重慶大學，2012.

[2] 吳敬兵.企業配電網電能質量檢測及控制方法研究[D].湖南大學，2011.

[3] 高曉芝.微網控制策略與電能質量改善研究[D].天津大學，2012.