農網配電臺區電能質量現狀分析及智能綜合治理技術

王元東，顧昆陽，元曉，鐘紹林

(新鄉市萬新電氣有限公司，河南新鄉,453000)

0 引言

當前，我國的農村得到了很大的發展空間，但正是因為農村發展空間較大，導致農村的用電量得到了非常大的提升，對于農村的配電網也提出了更高的要求。一般來說，在農村的配電網中，是由配電臺區直接進行供電，由于供電數量比較龐大，可能會出現電壓不穩，造成一定的安全隱患。但是隨著近年來智能配電技術的應用，能夠解決當前農村的用電問題。智能配電技術有著集成度高、涉及范圍廣的技術特點，除了能夠對用電信息進行及時的檢測和管理之外，還可以減少能源的消耗，迎合了當前我國的環保理念。智能配電技術是我國比較關鍵的配電技術，如果將其應用到農村配電網當中，不僅可以提高農村配電臺區的建設強度，為廣大農村居民提供安全穩定的電源，還可以滿足當前農村經濟發展的需要，具有非常關鍵的作用[1]。

1 農網配電臺現狀分析

1.1 農網配電臺區負荷特點

農網配電臺的負荷特點受到很多因素的影響，主要包括了以下五點：①受農產品季節性的影響，因為農村的居民在不同的季節，用電的負荷不同，尤其是在農忙季節，會加大配電臺區的負荷，對于農網的負荷難度也越來越高。②單相負荷強，占總容量的半成以上，單相負荷的供電方式直接形成了三相負荷不平衡，很有可能會因為單相負荷較多，導致中性點偏差，出現負序電流。③非線性負荷使用較多，非線性負荷包括了電視機電源、計算機電源、空調電源等等。這些非線性負荷會形成諧波源，加大農網配電臺去的負荷，對電能的質量有直接的影響[2]。④農村居民比較分散，導致供電線路比較復雜。對于農村的居民來說，居住的比較分散，這為農網配電臺區提供了供電難度，線路長短具有區別，再加上供電設備陳舊，一系列的因素對電壓產生了影響，很有可能出現安全隱患。⑤自動化程度較低。對于農網配電區來說，采取的最多的供電方式就是傳統的供電方式，對于現代的自動化程度應用的比較少。不僅沒有科學、合理的管理方式，對于用電安全的監測也不夠，這直接導致了電壓安全無法得到保障，變壓器線端得不到監測，末端的電壓監測幾乎沒有，為農村居民的用電安全提供了安全隱患[3]。

1.2 農網配電臺區電能質量問題的危害

就目前的農網配電臺區電能質量的問題，對于農村居民的用電會產生較大的影響。主要的質量問題有四種：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，會直接造成中性線的電流加大，中性點出現偏移的情況，中性線的線路損傷較高，提高了供電系統電壓的波動，為農村的廣大居民用電造成了安全隱患。

供電的范圍比較廣：普遍的農村中，居民居住的較為分散，不夠集中。遠距離的供電只會為造成線路的損傷，從而導致電流供應不足，當達到最遠距離的時候，電壓已經處于極度不穩定的狀態，影響了末端居民的用電體驗，經常會出現無電源可用的情況。除此之外，還會降低設備的性能，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：諧波源出現了污染，造成了趨膚效應，提高線路的損傷程度。除此之外，因為諧波源的污染，還會導致變壓器的溫度過高，會出現系統當中的誤動作，為供電裝置的安全運行造成了影響[4]。

2 農網配電臺電能質量治理途徑

對于目前的農網配電臺質量問題的解決途徑有三點：首先需要改造配變、其次需要改變線路、最后需要安裝常規無功補償裝置。將三種治理方式與智能綜合治理技術相比（安裝智能臺區變靜止無功發生裝置）具體的應用效果如表1 所示。

表1 常規治理技術與智能綜合治理技術性能對比表

三相電流不平衡 不變 不變 效果較差 效果較好

經過結果的對比后發現，三種傳統的治理技術或多或少都存在著一些缺點，不能完全將農網配電臺去的電能質量完全解決。智能綜合治理技術的技術特點非常明顯，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應用到農網配電臺電能質量治理的問題上已經是未來發展的必然趨勢，值得應用。

除此之外，對于三相電流不平衡的調節方式除了能夠應用智能綜合治理技術進行解決之外，還可以通過換向開關的方式進行解決。主要是將換向開關安裝在負荷載中，通過換向切換的裝置，讓單相負荷可以在A、B、C 之間進行切換，有較好的應用效果，具體如圖1 所示。

圖1 換向開關工作示意圖

3 智能綜合治理技術區變靜止無功發生裝置系統

對于智能綜合治理技術而言，可以很大程度上提高農村居民的用電體驗，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，還可以對農村居民的用電信息進行檢測，對每日的用電情況進行管理。具體如圖2 所示。

圖2 智能綜合技術示意圖

其中最重要的就是電能質量的監控，其原理如下：①電壓支撐原理。智能臺區中的裝置可以對補償點中的電壓進行采樣，并且通過信息傳遞等方式，判斷補償點中的電壓是否已經超過了額定值。如果超過了之后，裝置會根據實際情況輸出感性電流，達到降低電壓的目的，如果電壓過低，裝置會輸出容性電流，提高電壓，將電壓始終保持在可控的波動范圍之內[6]。②無功補償原理。系統可以對外部的電流進行實時的感應和監測，根據當時的實際情況計算出功率因數，如果功率因數低于額定值時，可以計算出所缺少的無功電流，形成IGBT 的PWM 控制信號，從而通過感性電流和容性電流，對系統形成補償的目的，對系統的功率因數進行實時的控制。③三相電流不平衡原理。對于三相電流不平衡來說，系統可以對外部的CT 系統電流進行檢測，并通過信息傳遞給內部的控制器，對不平衡狀態的原因進行具體的分析，如果不平衡狀態是因為電流轉換問題，內部的IGBT 就可以將電流大小進行合理的分配，以此來達到三相電流平衡的目的。④諧波源清除原理。系統會對系統的電流進行實時的檢測，并且會將諧波電流進行分離，通過IGBT 進行驅動，輸出與諧波電流相互抵消的補償電流，以此來達到清除諧波電流的目的。

功能：①電壓調整：智能綜合治理技術可以對電壓進行實時的自動調整，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定的電源可用，除此之外，還有穩定電壓的作用，防止變壓器、線路等設備因為電流的因素而受到損傷。②功率因數調整。對于功率因數的調整，可以通過雙向連續輸出，間接提高功率因數，防止線路出現損傷。若可以通過補償等方式，提高變壓器的容量。③諧波源清除。對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，提高各個供電設備的使用壽命，為系統更加安全的運行提供保障。④三相電流不平衡。在治理三相電流不平衡中，主要出現的就是中性點偏壓，導致線路出現損傷，智能治理系統可以有效的防止此類情況的發生，為變壓器提供更高的帶載能力[7]。