新型的农城网台变综合电能质量装置研究

史文江+赵刚+刘洋+周明哲+李东明+沈全友+娄国娇

【摘要】 近年来，随着社会经济建设电力电子设备的飞速发展，居民用电结构及类型也发生了较大变化，随着加工厂的增多及用电负荷大幅增加，负荷特性复杂多变，农用配变数量越来越多，三相不平衡、功率因数低下及谐波成分增加等因素造成电能质量下降已日益凸显，解决农城网台变电能质量将是农城网电网规划和建设的主要任务之一。

【关键词】 电能质量 三相不平衡 配电网 混合型治理

一、目前电能质量治理方式及问题

目前农城网低压配网中对功率因数、谐波和三相不平衡的治理目前基本都是单一的装置实现。农城网中采用的无功补偿装置主要以开关投切电容这类传统无功补偿装置为主，按开关元器件类型可分为机械式接触器投切电容装置、电子式无触点可控硅投切电容器装置、复合开关投切电容装置，它们通过检测系统内的无功需量，然后触动开关器件投入电容器进行无功补偿。这类无功补偿装置具有成本低的优势，但由于自身技术缺陷，容易出现过补、欠补，易受电网影响，轻载时容易造成投切震荡，谐波电流过大时极易造成电容器过流损坏。这类现象会加剧农村及城乡结合处电压不稳定状况及损坏开关元件和其他设备。

当前治理农网三相不平衡的方法有均匀分布负荷、增加短路容量、电感与电容组合调整等方法，这些治理方法能取得一定的效益，但受客观性、经济性所限，难以施行，不能从根本上解决问题。从上述可知，当前农城网低压配网中对无功、谐波和三相不平衡问题的解决方式都是依托单一的装置实现，且受技术、客观性等因数的影响，并不能取得很好的效益，而新型低压动态综合补偿装置，从性能、功能双向性上都优越于上述的治理设备或解决办法，所以在农城网电能质量治理能表现出较强的适应性。

二、农城网台变综合电能质量治理装置研究思路

针对传统补偿方法的不足，需要一种高效、快速检测、快速调节三相不平衡，补偿无功和治理低次谐波的设备，可解决了上述问题，采用三电平拓扑结构，以DSP+FPGA数字处理技术作为控制核心，可实现智能化三相不平衡治理、低次谐滤补偿，无功补偿。在运行时，会通过外接电流互感器（CT）实时检测系统电流，然后将CT采集到的电流（谐波电流或无功电流）信息发给内部控制器进行处理，经过控制器分析之后，就会发现系统的电流不平衡状况、谐波电流状况和功率因数状况，同时计算出三相电流达到平衡状态，补偿谐波和所需转换的电流值。

三、具体研究方式方法

3.1三相不平衡补偿原理

农城网台变综合电能质量治理装置通过外部专用CT 实时采集系统电流信号，由内部专用检测电路和控制器快速分析处理，以判断系统三相不平衡度，同时计算出三相平衡转换电流值，并发出信号驱动IGBT 模块工作，将不平衡电流从电流偏移量剩余的相转移到电流偏移量不足的相。

如下图农城网台变综合电能质量治理装置在不平衡负载导致的电网三相电流不平衡的状态下将电网电流调节为10A的平衡状态，其中A 相负载用电为5A，如果电网调节为10A 那么该相电流偏移量会剩余5A，同理C 相电流偏移量缺少5A，农城网台变综合电能质量治理装置会将A 相的偏移电流5A 转移到C 相，来达到保证负载侧不平衡用电的情况下，电网的三相电流平衡。

3.2无功补偿原理

农城网台变综合电能质量治理装置通过外部专用CT 实时采集负载侧系统电流信号，在内部控制器的智能决策下，当系统功率因数低于设定的功率因数目标值时，装置瞬时发出感性或容性的无功电流注入系统，实现动态无功补偿目的，以确保系统达到最佳补偿效果。（图2）

3.3谐波滤除原理

通過外部互感器CT 实时采集负载电流信号，通过内部检测电路分离出其中的无功功率与谐波电流大小，并自适应输出ZVPWM 信号给IGBT，通过IGBT 逆变出同负载大小相等相位相反电流，实现谐波滤除。（图3）

四、结论

农城网台变综合混合型三相不平衡调节装置是采用电力电子软硬件技术、微型传感技术、微网技术和最新电器制造技术，将其智能化、模块化、标准化设计，实现低压三相及单相自动无功补偿、系统三相有功电流大小动态调节及系统电流谐波滤除功能的精准调节装置。该装置对解决农城网低压配电网 因三相负荷不平衡及无功而引起的线路、变压器损耗增加，电能质量、安全可靠性降低及配电设备容量利用率降低等问题具有技术推动作用，也是为贯彻并实现国家电网公司提出的建设安全可靠、运行灵活、节能环保、经济高效的配电网要求的具体举措。通过项目研究提高低压配网安全可靠供电能力、提高电能质量和配电设备容量利用率，降低配网损耗，以满足经济增长和社会发展的需要。endprint