配电网居住区低压电压质量改善装置应用研究

刘柱++李朔

摘 要：该文首先对国内外电能质量改善装置研究现状现状作了介绍，然后针对低压电能质量改善装置提出了研究理论和实践依据，通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出了装置研究流程以及具体的设计方案。

关键词：居住区 配电网 电压质量 电压偏差

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

电压质量是电力能源的一项重要指标，随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的提高，广大用户对供电电压质量要求越来越高。电监会对电压合格率也越来越重视。《供电监管办法》的要求：“城市居民用户受电端电压合格率不低于95%”。

目前用户对低电压问题比较敏感，因为出现低电压会引起用户电器无法启动，容易引起用户投诉。而用户对高电压问题还没有如此敏感，即使是高电压引起用户电器损坏，很多用户将其原因归为电器质量问题。但随着社会的发展，电压合格率的问题在未来几年必然会成为一个棘手敏感的问题。另外电监会对电压问题也越来越重视。

1 国内外电能质量改善装置研究现状

国外早在60年代，就已经开始认识到电能质量的重要性，并着手从事有关课题的研究。国内在电能质量领域的研究起步相对较晚，大量研究是从20世纪80年代中后期开始的。IEEE和IEE等国际知名学术刊物上也发表了大量有关电能质量的论文，就电能质量的定义、分类、数学分析手段、统计分析方法及在电力系统运行中的应用展开了较为广泛、深入的探讨，为改善电力系统的电能质量创造了有利的条件。

目前，国内外已相继研制出了许多应用于配电系统的新式电能质量改善装置，虽然它们中仍有不少还处在试运行和待完善研制阶段，但其基本理论技术业已相当成熟了。常见的研究应用较广、较成熟的配电网现代电能质量装置有以下几种：动态电压恢复器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、静止无功发生器SVG（Static Var Generator）、有源电力滤波器APF（Active Power Filter）、统一电能质量调节器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配电系统统一调节器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但这些新成果和设备大多应用于高压领域，而针对380/220 V的低压则较少。而该电压等级则是与人们的生产生活实际联系最紧密。在该电压等级中最迫切要解决的电能质量问题是电压偏差。

2 低压电能质量改善装置研究理论和实践依据

决定电压偏差大小的主要因素为系统中无功的平衡问题，当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高，当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低。负荷侧电压过高将造成各种电气设备绝缘受到损害，用电设备受命大大缩短，甚至造成供电事故，电压过低将危及电力系统运行的稳定性。

图1所示为电能传输的一般模型，图中线路首端和末端电压分别为和。则可得电能从首端输送到末端的电压偏差为：

对于高压电网，X大于R，则可知Q对电压损耗的影响占据主导。系统中传输的无功功率增大，就会增大传输途径两端的电压差，从而使流经的电流升高，进一步增加了送电损耗，这对于节能降耗是不利的。可见，系统电压水平和无功功率是密切相关的。在每一运行时刻，都要求系统的无功功率是平衡的，也即要求系统中各节点的电压是稳定的。控制系统的电压水平，实质上就是通过对系统无功潮流的优化来实现的。

对于高压长距离线路，若其对地容抗较线路感抗大时，就会发生线路末端电压升高的现象，此现象称之为电容效应。设线路首端电压为U1，末端电压为U2，线路对地容抗XC，线路感抗XL，电阻R。对于高压线路，与容抗和感抗相比R可忽略不计，则U1=U2+UX-UC，很明显UX与UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低压电能质量改善装置研究流程

低压电能质量改善装置的研究设计具体可分为如下几个阶段：收集基本数据、建模与仿真、实验验证、设备试制、综合试验。各部分之间密切关联，相互影响。

4 低压电能质量改善装置设计方案

通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出以下设计方案。

（1）利用仿真软件（Matlab及PSCAD）建立低压电网仿真模型，并通过实测数据验证验证仿真模型正确性。通过理论与仿真分析结合的方法，进行架空线与电缆混合网络以架空线为主、以电缆为主、纯电缆网络等不同网络情况下，在正常负荷且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、正常负荷且低压补偿电容器退出时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器退出时配电网末端电压仿真分析，得到城区配电网低压电缆出线电压升高的原因及变化规律。

（2）通过理论与仿真分析结合的方法，研究居住区变电所高压侧随时间段、负荷类型的变化规律，确定10 kV电压最佳调节范围。

（3）在C类电压合格率及变电所无功、力率合格的前提下，依据居民区10 kV电压调节最佳范围，仿真分析110 kV变电所负荷峰谷期10 kV母线电压变化规律，得到10 kV母线电压调节策略。

参考文献

[1] 向婷婷.低压配电网规划方法研究[D].重庆大学，2012.

[2] 吴敬兵.企业配电网电能质量检测及控制方法研究[D].湖南大学，2011.

[3] 高晓芝.微网控制策略与电能质量改善研究[D].天津大学，2012.

摘 要：该文首先对国内外电能质量改善装置研究现状现状作了介绍，然后针对低压电能质量改善装置提出了研究理论和实践依据，通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出了装置研究流程以及具体的设计方案。

关键词：居住区 配电网 电压质量 电压偏差

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

电压质量是电力能源的一项重要指标，随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的提高，广大用户对供电电压质量要求越来越高。电监会对电压合格率也越来越重视。《供电监管办法》的要求：“城市居民用户受电端电压合格率不低于95%”。

目前用户对低电压问题比较敏感，因为出现低电压会引起用户电器无法启动，容易引起用户投诉。而用户对高电压问题还没有如此敏感，即使是高电压引起用户电器损坏，很多用户将其原因归为电器质量问题。但随着社会的发展，电压合格率的问题在未来几年必然会成为一个棘手敏感的问题。另外电监会对电压问题也越来越重视。

1 国内外电能质量改善装置研究现状

国外早在60年代，就已经开始认识到电能质量的重要性，并着手从事有关课题的研究。国内在电能质量领域的研究起步相对较晚，大量研究是从20世纪80年代中后期开始的。IEEE和IEE等国际知名学术刊物上也发表了大量有关电能质量的论文，就电能质量的定义、分类、数学分析手段、统计分析方法及在电力系统运行中的应用展开了较为广泛、深入的探讨，为改善电力系统的电能质量创造了有利的条件。

目前，国内外已相继研制出了许多应用于配电系统的新式电能质量改善装置，虽然它们中仍有不少还处在试运行和待完善研制阶段，但其基本理论技术业已相当成熟了。常见的研究应用较广、较成熟的配电网现代电能质量装置有以下几种：动态电压恢复器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、静止无功发生器SVG（Static Var Generator）、有源电力滤波器APF（Active Power Filter）、统一电能质量调节器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配电系统统一调节器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但这些新成果和设备大多应用于高压领域，而针对380/220 V的低压则较少。而该电压等级则是与人们的生产生活实际联系最紧密。在该电压等级中最迫切要解决的电能质量问题是电压偏差。

2 低压电能质量改善装置研究理论和实践依据

决定电压偏差大小的主要因素为系统中无功的平衡问题，当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高，当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低。负荷侧电压过高将造成各种电气设备绝缘受到损害，用电设备受命大大缩短，甚至造成供电事故，电压过低将危及电力系统运行的稳定性。

图1所示为电能传输的一般模型，图中线路首端和末端电压分别为和。则可得电能从首端输送到末端的电压偏差为：

对于高压电网，X大于R，则可知Q对电压损耗的影响占据主导。系统中传输的无功功率增大，就会增大传输途径两端的电压差，从而使流经的电流升高，进一步增加了送电损耗，这对于节能降耗是不利的。可见，系统电压水平和无功功率是密切相关的。在每一运行时刻，都要求系统的无功功率是平衡的，也即要求系统中各节点的电压是稳定的。控制系统的电压水平，实质上就是通过对系统无功潮流的优化来实现的。

对于高压长距离线路，若其对地容抗较线路感抗大时，就会发生线路末端电压升高的现象，此现象称之为电容效应。设线路首端电压为U1，末端电压为U2，线路对地容抗XC，线路感抗XL，电阻R。对于高压线路，与容抗和感抗相比R可忽略不计，则U1=U2+UX-UC，很明显UX与UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低压电能质量改善装置研究流程

低压电能质量改善装置的研究设计具体可分为如下几个阶段：收集基本数据、建模与仿真、实验验证、设备试制、综合试验。各部分之间密切关联，相互影响。

4 低压电能质量改善装置设计方案

通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出以下设计方案。

（1）利用仿真软件（Matlab及PSCAD）建立低压电网仿真模型，并通过实测数据验证验证仿真模型正确性。通过理论与仿真分析结合的方法，进行架空线与电缆混合网络以架空线为主、以电缆为主、纯电缆网络等不同网络情况下，在正常负荷且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、正常负荷且低压补偿电容器退出时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器退出时配电网末端电压仿真分析，得到城区配电网低压电缆出线电压升高的原因及变化规律。

（2）通过理论与仿真分析结合的方法，研究居住区变电所高压侧随时间段、负荷类型的变化规律，确定10 kV电压最佳调节范围。

（3）在C类电压合格率及变电所无功、力率合格的前提下，依据居民区10 kV电压调节最佳范围，仿真分析110 kV变电所负荷峰谷期10 kV母线电压变化规律，得到10 kV母线电压调节策略。

参考文献

[1] 向婷婷.低压配电网规划方法研究[D].重庆大学，2012.

[2] 吴敬兵.企业配电网电能质量检测及控制方法研究[D].湖南大学，2011.

[3] 高晓芝.微网控制策略与电能质量改善研究[D].天津大学，2012.

摘 要：该文首先对国内外电能质量改善装置研究现状现状作了介绍，然后针对低压电能质量改善装置提出了研究理论和实践依据，通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出了装置研究流程以及具体的设计方案。

关键词：居住区 配电网 电压质量 电压偏差

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0069-01

电压质量是电力能源的一项重要指标，随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的提高，广大用户对供电电压质量要求越来越高。电监会对电压合格率也越来越重视。《供电监管办法》的要求：“城市居民用户受电端电压合格率不低于95%”。

目前用户对低电压问题比较敏感，因为出现低电压会引起用户电器无法启动，容易引起用户投诉。而用户对高电压问题还没有如此敏感，即使是高电压引起用户电器损坏，很多用户将其原因归为电器质量问题。但随着社会的发展，电压合格率的问题在未来几年必然会成为一个棘手敏感的问题。另外电监会对电压问题也越来越重视。

1 国内外电能质量改善装置研究现状

国外早在60年代，就已经开始认识到电能质量的重要性，并着手从事有关课题的研究。国内在电能质量领域的研究起步相对较晚，大量研究是从20世纪80年代中后期开始的。IEEE和IEE等国际知名学术刊物上也发表了大量有关电能质量的论文，就电能质量的定义、分类、数学分析手段、统计分析方法及在电力系统运行中的应用展开了较为广泛、深入的探讨，为改善电力系统的电能质量创造了有利的条件。

目前，国内外已相继研制出了许多应用于配电系统的新式电能质量改善装置，虽然它们中仍有不少还处在试运行和待完善研制阶段，但其基本理论技术业已相当成熟了。常见的研究应用较广、较成熟的配电网现代电能质量装置有以下几种：动态电压恢复器DVR（Dynamic Voltage Restorer）、静止无功发生器SVG（Static Var Generator）、有源电力滤波器APF（Active Power Filter）、统一电能质量调节器UPQC（Unified Power Quality Condition）、配电系统统一调节器DS-UniCon（Distribution System Unified Conditioner）等。但这些新成果和设备大多应用于高压领域，而针对380/220 V的低压则较少。而该电压等级则是与人们的生产生活实际联系最紧密。在该电压等级中最迫切要解决的电能质量问题是电压偏差。

2 低压电能质量改善装置研究理论和实践依据

决定电压偏差大小的主要因素为系统中无功的平衡问题，当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高，当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低。负荷侧电压过高将造成各种电气设备绝缘受到损害，用电设备受命大大缩短，甚至造成供电事故，电压过低将危及电力系统运行的稳定性。

图1所示为电能传输的一般模型，图中线路首端和末端电压分别为和。则可得电能从首端输送到末端的电压偏差为：

对于高压电网，X大于R，则可知Q对电压损耗的影响占据主导。系统中传输的无功功率增大，就会增大传输途径两端的电压差，从而使流经的电流升高，进一步增加了送电损耗，这对于节能降耗是不利的。可见，系统电压水平和无功功率是密切相关的。在每一运行时刻，都要求系统的无功功率是平衡的，也即要求系统中各节点的电压是稳定的。控制系统的电压水平，实质上就是通过对系统无功潮流的优化来实现的。

对于高压长距离线路，若其对地容抗较线路感抗大时，就会发生线路末端电压升高的现象，此现象称之为电容效应。设线路首端电压为U1，末端电压为U2，线路对地容抗XC，线路感抗XL，电阻R。对于高压线路，与容抗和感抗相比R可忽略不计，则U1=U2+UX-UC，很明显UX与UC方向相反且UC>UX，因此U1

3 低压电能质量改善装置研究流程

低压电能质量改善装置的研究设计具体可分为如下几个阶段：收集基本数据、建模与仿真、实验验证、设备试制、综合试验。各部分之间密切关联，相互影响。

4 低压电能质量改善装置设计方案

通过测试、仿真分析、实验等技术措施针对居民区配电网末端电压不合格情况开展研究，该文提出以下设计方案。

（1）利用仿真软件（Matlab及PSCAD）建立低压电网仿真模型，并通过实测数据验证验证仿真模型正确性。通过理论与仿真分析结合的方法，进行架空线与电缆混合网络以架空线为主、以电缆为主、纯电缆网络等不同网络情况下，在正常负荷且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、正常负荷且低压补偿电容器退出时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器投入时配电网末端电压情况、轻载或空载且低压补偿电容器退出时配电网末端电压仿真分析，得到城区配电网低压电缆出线电压升高的原因及变化规律。

（2）通过理论与仿真分析结合的方法，研究居住区变电所高压侧随时间段、负荷类型的变化规律，确定10 kV电压最佳调节范围。

（3）在C类电压合格率及变电所无功、力率合格的前提下，依据居民区10 kV电压调节最佳范围，仿真分析110 kV变电所负荷峰谷期10 kV母线电压变化规律，得到10 kV母线电压调节策略。

参考文献

[1] 向婷婷.低压配电网规划方法研究[D].重庆大学，2012.

[2] 吴敬兵.企业配电网电能质量检测及控制方法研究[D].湖南大学，2011.

[3] 高晓芝.微网控制策略与电能质量改善研究[D].天津大学，2012.