对配电网电能质量控制技术的相关分析

潘夏

【摘 要】在新的发展时期，无论是生产还是生活，人们对于配电网电能质量都提出了更高的要求。基于此，本文就配电网电能质量控制技术进行分析，首先介绍了在配电网运行过程中，常见的质量问题，进而提出了应用较为广泛的配电网电能质量控制技术，包括无功补偿技术与谐波抑制技术，并进一步对其在配电网运行过程中的综合运用办法进行了总结分析。

【关键词】配电网；电能质量控制技术；无功补偿

0 前言

目前，国内外的电力电子技术的研究与发展都趋于成熟，应用范围也在逐渐扩大，这对配电网电能质量的提升起到了显著作用。但就目前的技术应用现状来看，还存在一些不足，必须通过相应的技术办法对其进行综合治理，由此才能更好的满足用户对用电质量的高标准要求，同时，科学運用配电网电能质量控制技术，还能通过节能效果，实现配电网运行成本降低、企业经营效益最大化的管理目标。

1 常见的配电网电能质量问题

业内常说的电能质量问题大多与电压、频率有关，电压或频率发生偏差，导致直接电气设备故障或损坏，进而降低整个配电网的电能质量。具体的电能质量问题，包括不同程度的电压或频率偏差、波形畸变、短时电压中断、电压波动和闪变等。而在配电网运行过程中，影响配电网电能质量的主要因素，与无功波动、非线性负载大量适用相关，由此导致的电压质量与谐波问题，会严重影响配电网的电能质量。

异步电机、变压器等是配电网的重要用电设备，具有感性负载特性，在实际运行过程中，需要吸收大量的无功功率。就公共电网来看，若有功功率保持不变，一旦无功功率增加，则会进一步增大系统电流，间接影响发电机与变电器等设备的容量增大，最终导致配电网中用电设备的总制造成本大幅度增加；而在电网运行过程中，设备与线路的损耗也会增加，最终导致电力投资成本与运营成本相应增加，影响相关电力企业的经营效益与环保节约效益都受到极大的抑制[1]。

由谐波导致的配电网电能质量问题，也都源于配电网的构成设备，包括电焊机、电力电子变流器、电弧炉等，都是主要的谐波源。它们所产生的谐波，容易形成波形畸变现象，若治理不及时，使其流入电网，形成的电网污染将会对其他设备的正常运行造成严重威胁；同时，这种大范围的电网污染，还会增加损耗，致使大量设备过热甚至损坏；也有可能与系统阻抗发生谐振，最终形成更为严重的安全事故。

2 配电网电能质量控制技术

配电网在运行过程中，无功补偿的作用在于提高系统的功率因数，进而降低用电设备的容量，对稳定电网电压、提升电能质量具有重要意义。无功补偿的基本原理，就是将一定量的容性设备，与感性负载并联，在形成的新模式当中，能量可以互相装换，这样一来，线路当中的无功功率就会明显减少。

某配电网设计过程中，为保证电能质量的综合优化，采用了电能质量综合优化装置，简称MEC，并有效结合了底层与应用层综合控制技术，其中，底层控制即为直接电流控制技术，主要作用，就是将指定的霍尔采样电流和内环电流进行PI反馈运算，然后将其叠加到前馈电压当中，达到稳定电流的控制效果；而应用层，则主要用于生成指令电流，最终解耦被控系统当中的治理方案，融合有功电流、谐波电流以及无功电流，最终得到合成后的指令电流，将其限幅之后，能够达到防止MEC内部电力电子器件过流的控制效果。在控制技术应用过程中，主要涉及到如下内容：

1）无功补偿；无功补偿技术的应用原理，就是利用电网中电流的超前或滞后电压状态，对电网的感性与容性进行准确判断，并相应发出同频但相反的无功电流，达到相互抵消的效果。就是在电网处于感性状态时，MEC发出容性电流；当电网为容性状态时，MEC则发出感性无功电流，由此实现补偿无功的目的。但在配电网运行过程中，由于功率因数无法统一为1.0，所以需要MEC依据实际设定参考值进行相关运算，最终得到切合电网运行实际的无功指令电流，以满足其补偿目标。

2）谐波抑制；MEC通过检测，明确配电网当中谐波电流的整体状况，进而发出与谐波电流相反的电流，最终实现抑制并消除谐波目的。针对谐波抑制需求，装设滤波装置，也是主要的控制手段，常用的设备类型包括无源电力滤波器与有源电力滤波器。PPE是最早的无源滤波装置，由电容、电阻以及电感元件组成，在实际应用过程中，将PPF的谐振频率与需要滤除的谐波频率进行一致设置，利用谐振点低阻抗分流作用，即可将相同频率处的大部分谐波电流，引入到PPF中，实现谐波消除。另外一种有源电力滤波器为APF，是一种较为新型的电力电子滤波设备，具有响应速度快、控制灵活，且能够实现动态补偿的特点，能够有效消除PPF这类传统设备的固有缺点[2]。在实际应用过程中，利用APF不仅能够实现滤波，通过适当的控制，更是能够实现对无功的有效补偿，且在补偿过程中，能够保证不会再发生谐振现象，当配电网当中的阻抗变化，对APF的滤波效果不会产生影响时，则能够进一步实现对快速变化的谐波，进行自动跟踪补偿。

3）电压补偿；MEC的内外环控制相应速度十分快，所以在其应用过程中，能够实现对电网的及时跟踪，并依据获取的实时跟踪数据，对电（下转第104页）（上接第86页）网波动于闪变及时做出响应输出。这样一来，当配电网发生单项或三相骤升与骤降故障时，MEC相应发出感性或容性的无功电压，就可实现稳定配电网电能质量的目的。

3 配电网电能质量控制技术的综合运用

在配电网电能质量优化过程中，采用MEC能够达到预期的治理效果，在实际应用过程中，MEC一般都安装在变压器的下侧，便于集中补偿。在装置运行过程中，对容量的补偿需要以变压器的电压越限状况、额定容量、短路容量、不平衡率以及谐波电流含量等参数为依据。在某试点配电变台区的运行测试当中，采用了100kvar的MEC，对其进行补偿治理，投运前后24h，需要对配电变压器低压侧治理装置的运行变化数据进行采集，利用了日制3197测试仪，详细收集电压与电流、有功与无功、功率因数、电流频率含量与电压等。在国际标准当中，三相不平衡度的计算如下：

I=×100%

式中的Imax是最大三相电流；I则为三相电流的平均值。

经过实际测验显示，在MEC投运前，电网系统的三相不平衡度为59.4%，而在投运之后，明显下降至7.6%；另外，中性线电流也由110.5A，降到了26.8A，由此可见，配电网当中的三相不平衡问题得到有效改善。

除三相不平衡问题，配电网电能质量中的其他问题也得到了有效解决，包括实现了对电压的精准控制，能够保证电压满足运行范围；而变压器的利用效率也得到了显著提升，在负载高峰时期提升约23.5%；在不平衡严重状况下，提高了约36%。

4 结束语

综上所述，对配电网电能质量控制技术进行分析，有利于从多个角度进行配电网电能质量优化提升。通过相关分析，针对不同的配电网运行缺陷，选择更加先进、优质的技术及装置，从而全面保障配电网的电能质量，进而能够显著提升用户的用电体验，增加用户满意度。因此，在未来配电网运行研究过程中，要重视配电网电能质量控制技术的应用，从而维护配电网运行水平的不断提升。

【参考文献】

[1]谢鹏.风力发电并网技术与电能质量控制[J].科技创新导报，2016，13（13）：41+70.

[2]曾祥君，罗莎，胡晓曦，王沾，喻锟.主动配电网系统负荷控制与电能质量监测[J].电力科学与技术学报，2013，28（01）：41-47.endprint