电力系统配电网节能控制新技术研究

贾友鑫

【摘 要】对配电网电参数进行分析研究，并进行电网无功补偿和谐波治理，不仅能大幅度减少无功电能损耗、提高功率因数，同时还能净化电气环境，提高电能质量，具有极大的经济效益和社会效益。降低电网无功功率损耗是实现电力节能减排的重要途径，已成为当前电力节能领域研究与应用的热点、难点。

【关键词】谐波；无功功率；ARM

0.引言

随着工业化进程的不断加快，在电力系统中，电网中的谐波污染日趋严重，同时大多数电力电子装置功率因数低，给电网带来了额外的负担。随着信息技术的发展，不但对供电质量的要求越来越高，而且电力节能问题是关系我国经济社会发展的一个重大战略问题。另外，由于配电网无功补偿不足和谐波污染等问题越来越严重，导致配电网功率因数低，谐波污染大，不仅导致配电网电能损失严重，并大大降低了配电网的电能质量，严重威胁配电网的安全经济运行。节电作为国家节能战略的重要组成部分，已成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针。

1.高低压配电网节能控制新技术方案

本方案涵盖信息采集、数据分析与传输、谐波动态治理、无功功率补偿等多项功能在内的高度可靠、配置灵活、可扩展的综合性电气节能系统。以相关技术为依据，高低压电器节能装置相搭配，解决了配电网多层次、全方位综合节能的难题。整个方案包括企业高压配电网、企业低压配电网、监控和管理层面。

在高压电网侧，主要放置的电气节能装置为HVHQC，它集谐波治理和无功补偿于一体，是整个高压侧电气节能的核心。HVHQC系统中谐波治理部分采用的是注入式结构，这种结构的优点在于它使有源部分承受基波电压小， 使有源部分的容量将大大降低，同时对于谐波来说，其注入大小跟注入电容有较大的关系，当选取合适的值时，能对谐波进行有效的治理。相对于高压补偿装置来说，使用低压自动补偿装置可以实现迅速补偿。因此在配电网中，为减少线路损耗达到最佳紧急效益，尽量减少有功功率以外的功率流动。无功无偿应以随机补偿为主，高压线路中的补偿、变电站补偿为辅。

2.高低压配电网节能控制系统总体设计

2.1 HVQC系统结构

在配电网高压侧，HVQC起着动态治理谐波和连续调节无功的作用。其谐波治理部分主要包括逆变器直流侧整流电路、电压型逆变器、输出滤波器、耦合变压器、基波谐振支路等，无功调节部分主要包括TCR和注入电容等。无功调节部分对流入高压母线的无功电流进行补偿，达到维持电网母线电压，改善功率因数的作用。谐波治理部分对负载及TCR调节过程中产生的谐波进行动态治理，降低母线电流畸变率，改善高压配电网电能质量，两者结合，实现对高压配电网谐波和无功的综合治理，实现高压高品质电气节能的目的。

2.2 VQC系统结构

在配电网低压侧，VQC起着补偿低压配电网无功的作用，是整个低压配电网电气节能的核心。VQC补偿容量大，能进行无功连续补偿，造价低，利于大规模应用。主电路包括电压型逆变器、连接电抗、晶闸管模块、投切电容器组等。起动电路主要是在DSTATCOM逆变器工作之前，利用整流电路给直流侧电容充电，当直流侧电容电压达到参考电压时再断开整流电路并网开关。VQC中投切电容器组达到“粗补”的效果，而DSTATCOM根据所需的无功进行连续的容性到感性的调节，实现“精补”的效果。

3.系统监控系统的硬件设计

硬件设计的核心为32位ARM的单片机，ARM单片机主要用于完成各种控制算法，生成控制量并用于驱动功率器件等，通过电压/电流变送器采用高线性、宽频带交流变送器实现对电网变量的实时采集，并将其转换为A/D采样所能接受的信息范围，传送至A/D采样芯片，ARM单片机通过采集A/D采样的信息，将这些信息转换成对应的电流、电压、功率、功率因数、电量等等需要的电参数数据，并把这些实时数据进行存储。但是ARM单片机它虽然能对采集信息进行采集和计算，但受硬件设备的限制，无法向用户提供较为良好的界面和存储空间。为了对系统的运行情况进行有效监控，搜集电网电压、电流的实时信息，了解电网的运行情况，需要进行监控系统的PC软件设计，它能对电网电压、电流参量的长期监测与分析、保存，同时可通过传输通道向其它一级进行参数和信息传递。

4.系统监控系统的软件设计

系统监控系统的硬件部分可以通过A/D采集实现电网各种电参数的采集、计算、存储，但由于诸多限制，不能很好的实现数据存储和统计功能，也不能很好的进行人机界面的友好展示，也就要给整个系统设计软件系统，监控系统的软件系统能够同时采集多个硬件检测点的各种电能数据汇总到PC机的软件上，再换算成实际对应的电压、电流、各种电参数等，并以多种形式直观显示监测分析结果；可以进行历史数据的存储，并按照时间进行数据查询，可根据查询的结果生成EXCEL报表进行打印保存。可对各电压、电流设置报警定值和时限定值，当测量值越限时，计算机报警并记录当时的时间及报警前后一段时间内的波形和参数以便查询；电压电流可按要求设定保护动作定值和时限定值，当越限时，自动产生控制信号驱动保护跳闸继电器输出；系统中报警保护定值、PT和CT变比均可由用户整定。

4.1实时显示部分

实时显示部分显示的是系统采样计算当前电网中各种电参数的数据情况，它包括电流电压功率电量等数据显示、也可以显示参数的波形图，95%概率值及波形畸变率棒图显示、谐波功率谱棒图显示、各种参数的表格数据显示、波形变比趋势显示等。由于系统同时对多条线路同时独立地进行监测和分析，因此采用仿并行处理的多线程技术，满足系统对多条线路独立的、同步的，互不干扰，互不影响地监测和分析。同时采用坐标变换、二维图拟合、三维图投影技术使得整个系统的显示画面具有多种形式，显示图形直观，易于操作。

4.2数据统计部分

数据统计部分分为统计图部分和统计表部分。其中统计图部分是用图形方式显示对电网运行数据进行统计的情况，它的特点是直观明了，便于分析比较。统计表部分则是用表格方式显示对电网运行数据进行统计的情况。它的特点是数据精确，便于定量分析。

5.结束语

作为企业电能损耗的重要组成部分，谐波治理和无功补偿对实现企业电气节能起到了很关键的作用。将高低压节能装置分别布置在不同等级的配电网侧，同时利用计算机和网络技术等手段将采集到的信息进行汇总，进行实时监控和管理。该方案可实现对企业配电网无功和谐波的综合治理，减少配电网的电能损失，实现配电网的综合电气节能。 [科]

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