配電網電能質量治理設備協調控制研究

錢福如 張國慶 李春堂

摘要：隨著各類電能質量治理裝置的接入，由于各電能質量調節裝置種類不同，響應速度不同，各裝置之間的調控目標可能會相互影響，從而使動態性能下降。因此，需要采用主動的控制手段協調各個設備的輸出和動作，以防止電能質量調制效果不佳。本文就對配電網電能質量治理設備協調控制相關方面進行分析和探討。

關鍵詞：配電網;電能質量治理;設備協調控制

1配電網電能質量問題的產生及危害

1.1無功功率的產生及危害

配電網中的無功功率較以前增加很多，其產生原因有如下幾個方面：電力電子裝置在配電網中的應用逐年增加，而有些電力電子裝置功率因數較低，導致運行時電流與電壓相位不一致，因此需要吸收無功功率;配電網中存在大量的感性負荷，如變壓器、異步電動機等，這類感性負荷需要吸收無功功率才能正常運行;分布式風力發電等應用領域中，為維持電壓穩定、確保風力發電正常運行，需在電壓降低時及時對其進行無功補償。

這些無功功率給配電網造成如下影響：1）無功功率的增加會引起有功功率的損耗，在線路輸送功率能力一定時，傳輸的無功功率越多，傳輸的有功功率也就越少，功率因數也越低;2）無功功率的增加使得總的視在功率和電流變大，從而導致電氣設備容量和損耗增加。

1.2不平衡的產生及危害

一般情況下，配電網三相不平衡從產生源頭來分，可分為系統側和負荷側兩類，因此產生原因有兩個：一是系統側發生不對稱故障，故障分量注入系統中導致三相不平衡;二是負荷側接有不平衡負荷（如電弧爐等），不平衡負荷使得負荷側電流不平衡，不平衡的負荷電流注入電網中導致系統三相不平衡。其中，負荷側引起的電網不平衡現象在配電網中更為常見。

1.3諧波的產生及危害

諧波的產生主要來源于非線性負載的使用，這類負載具有很強的沖擊性，惡化了用電設備的運行環境。根據非線性負載的不同，配電系統中的諧波源一般可以有兩種：一是含有半導體元件的電力電子非線性設備，如非線性負載變流電路，變流電路應用十分廣泛，因為大多數電力用戶不能直接從電網獲得所需的電能形式，需要將從交流電網獲得的電能，必須通過各種變流裝置將電能進行變換，以得到所需要的電能形式;二是含電弧和鐵磁的非線性設備，例如日光燈、變壓器、電弧爐、變頻器等。其中，日光燈的鐵芯的非線性，導致勵磁電流畸變，變壓器也屬于此類設備。電弧爐的運行周期包括三個階段：熔化期、氧化期和還原期，熔化期和氧化期內，由于電弧波動造成電流不規則變化，伴隨大量諧波電流產生。變頻器的作用是將工頻（50Hz）電源變換成各頻率的電源，以實現電機的變速運行，其整流設備的工作方式決定了變頻器工作過程中將伴隨大量諧波電流的生成。

一般情況，較低的諧波含量不會對配電網結構和電力設備造成危害，但是諧波含量過高時就會產生很多危害：1）引起配電網中設備線路損耗增加，降低輸電效率，導致用電設備額外發熱，加速設備老化，降低使用壽命;2）引起電網和補償電容的串、并聯諧振，放大諧波，從而損壞電容和電網設備;3）對通信系統及其它敏感設備造成嚴重的電磁干擾等。

2配電網電能質量治理設備協調控制策略設計

配電網電能質量設備的協調控制，主要由監控主站，區域協調控制器和本地控制器構成，具體過程如下：

（1）計算各控制節點電能質量治理裝置參數對各被控節點參數的靈敏度，即SVG控制節點注入無功對各被控節點電壓的電壓-無功靈敏度和APF控制節點注入諧波電流對各被控節點諧波電壓的諧波靈敏度。

（2）根據控制節點裝置容量和被控節點靈敏度等指標綜合考慮發生擾動時的各控制節點配置。對于APF，協調系數為各控制節點對該被控節點的諧波靈敏度與總諧波靈敏度之比;對于SVG，協調系數為各控制節點對該被控節點的電壓-無功靈敏度與總電壓-無功靈敏度之比;對于APF和SVG，先忽略不同類控制節點相互之間的影響，根據上述只有一類控制節點時的分配方法配置SVG參數，再根據各被控節點對控制節點的電壓-無功靈敏度、諧波靈敏度和Kin（諧波電流與節點基波電壓之比）計算APF的協調系數。

結語

隨著電力系統的發展建設，各種非線性、沖擊性無功負荷導致配電網諧波污染、電壓波動及電壓跌落等電能質量問題越發突出，配電網電能質量控制技術需求廣泛。本文在控制過程中，考慮了APF和SVG的諧波補償和無功補償能力，實際上兩類裝置都兼具更多功能，因此可以在更多方面進行配合協調控制。

參考文獻

[1]蔡峰，王東，付珍.配電網電能質量問題治理綜述[J].智能電網，2016，4（11）：1136-1140.

[2]張濟韜，郝思鵬，楚成彪，劉少凡.配電網電能質量分析及其治理技術[J].電工電氣，2014（11）：1-5.

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