农网配电台区电能质量现状分析及智能综合治理技术

王元东，顾昆阳，元晓，钟绍林

(新乡市万新电气有限公司，河南新乡,453000)

0 引言

当前，我国的农村得到了很大的发展空间，但正是因为农村发展空间较大，导致农村的用电量得到了非常大的提升，对于农村的配电网也提出了更高的要求。一般来说，在农村的配电网中，是由配电台区直接进行供电，由于供电数量比较庞大，可能会出现电压不稳，造成一定的安全隐患。但是随着近年来智能配电技术的应用，能够解决当前农村的用电问题。智能配电技术有着集成度高、涉及范围广的技术特点，除了能够对用电信息进行及时的检测和管理之外，还可以减少能源的消耗，迎合了当前我国的环保理念。智能配电技术是我国比较关键的配电技术，如果将其应用到农村配电网当中，不仅可以提高农村配电台区的建设强度，为广大农村居民提供安全稳定的电源，还可以满足当前农村经济发展的需要，具有非常关键的作用[1]。

1 农网配电台现状分析

1.1 农网配电台区负荷特点

农网配电台的负荷特点受到很多因素的影响，主要包括了以下五点：①受农产品季节性的影响，因为农村的居民在不同的季节，用电的负荷不同，尤其是在农忙季节，会加大配电台区的负荷，对于农网的负荷难度也越来越高。②单相负荷强，占总容量的半成以上，单相负荷的供电方式直接形成了三相负荷不平衡，很有可能会因为单相负荷较多，导致中性点偏差，出现负序电流。③非线性负荷使用较多，非线性负荷包括了电视机电源、计算机电源、空调电源等等。这些非线性负荷会形成谐波源，加大农网配电台去的负荷，对电能的质量有直接的影响[2]。④农村居民比较分散，导致供电线路比较复杂。对于农村的居民来说，居住的比较分散，这为农网配电台区提供了供电难度，线路长短具有区别，再加上供电设备陈旧，一系列的因素对电压产生了影响，很有可能出现安全隐患。⑤自动化程度较低。对于农网配电区来说，采取的最多的供电方式就是传统的供电方式，对于现代的自动化程度应用的比较少。不仅没有科学、合理的管理方式，对于用电安全的监测也不够，这直接导致了电压安全无法得到保障，变压器线端得不到监测，末端的电压监测几乎没有，为农村居民的用电安全提供了安全隐患[3]。

1.2 农网配电台区电能质量问题的危害

就目前的农网配电台区电能质量的问题，对于农村居民的用电会产生较大的影响。主要的质量问题有四种：三相电流不平衡、电压较低、功率偏低、谐波源存在污染。

三相电流不平衡：由于三相电流不平衡，会直接造成中性线的电流加大，中性点出现偏移的情况，中性线的线路损伤较高，提高了供电系统电压的波动，为农村的广大居民用电造成了安全隐患。

供电的范围比较广：普遍的农村中，居民居住的较为分散，不够集中。远距离的供电只会为造成线路的损伤，从而导致电流供应不足，当达到最远距离的时候，电压已经处于极度不稳定的状态，影响了末端居民的用电体验，经常会出现无电源可用的情况。除此之外，还会降低设备的性能，变压器中的可用有功输出较小，减少了变压器的荷载能力。

谐波源污染：谐波源出现了污染，造成了趋肤效应，提高线路的损伤程度。除此之外，因为谐波源的污染，还会导致变压器的温度过高，会出现系统当中的误动作，为供电装置的安全运行造成了影响[4]。

2 农网配电台电能质量治理途径

对于目前的农网配电台质量问题的解决途径有三点：首先需要改造配变、其次需要改变线路、最后需要安装常规无功补偿装置。将三种治理方式与智能综合治理技术相比（安装智能台区变静止无功发生装置）具体的应用效果如表1 所示。

表1 常规治理技术与智能综合治理技术性能对比表

三相电流不平衡 不变 不变 效果较差 效果较好

经过结果的对比后发现，三种传统的治理技术或多或少都存在着一些缺点，不能完全将农网配电台去的电能质量完全解决。智能综合治理技术的技术特点非常明显，能够提高出口电压、降低线路压降、提高末端电压、降低线路损伤、对于谐波源的清除和三相电流的平衡也有较好的效果[5]。因此，将智能综合治理技术应用到农网配电台电能质量治理的问题上已经是未来发展的必然趋势，值得应用。

除此之外，对于三相电流不平衡的调节方式除了能够应用智能综合治理技术进行解决之外，还可以通过换向开关的方式进行解决。主要是将换向开关安装在负荷载中，通过换向切换的装置，让单相负荷可以在A、B、C 之间进行切换，有较好的应用效果，具体如图1 所示。

图1 换向开关工作示意图

3 智能综合治理技术区变静止无功发生装置系统

对于智能综合治理技术而言，可以很大程度上提高农村居民的用电体验，不仅能够提高出口电压、降低线路压降、提高末端电压、降低线路损伤，清除谐波源以及维持三相电流平衡，还可以对农村居民的用电信息进行检测，对每日的用电情况进行管理。具体如图2 所示。

图2 智能综合技术示意图

其中最重要的就是电能质量的监控，其原理如下：①电压支撑原理。智能台区中的装置可以对补偿点中的电压进行采样，并且通过信息传递等方式，判断补偿点中的电压是否已经超过了额定值。如果超过了之后，装置会根据实际情况输出感性电流，达到降低电压的目的，如果电压过低，装置会输出容性电流，提高电压，将电压始终保持在可控的波动范围之内[6]。②无功补偿原理。系统可以对外部的电流进行实时的感应和监测，根据当时的实际情况计算出功率因数，如果功率因数低于额定值时，可以计算出所缺少的无功电流，形成IGBT 的PWM 控制信号，从而通过感性电流和容性电流，对系统形成补偿的目的，对系统的功率因数进行实时的控制。③三相电流不平衡原理。对于三相电流不平衡来说，系统可以对外部的CT 系统电流进行检测，并通过信息传递给内部的控制器，对不平衡状态的原因进行具体的分析，如果不平衡状态是因为电流转换问题，内部的IGBT 就可以将电流大小进行合理的分配，以此来达到三相电流平衡的目的。④谐波源清除原理。系统会对系统的电流进行实时的检测，并且会将谐波电流进行分离，通过IGBT 进行驱动，输出与谐波电流相互抵消的补偿电流，以此来达到清除谐波电流的目的。

功能：①电压调整：智能综合治理技术可以对电压进行实时的自动调整，通过控制电容器的投切提升末端的电压，保证处于供电末端的居民有安全稳定的电源可用，除此之外，还有稳定电压的作用，防止变压器、线路等设备因为电流的因素而受到损伤。②功率因数调整。对于功率因数的调整，可以通过双向连续输出，间接提高功率因数，防止线路出现损伤。若可以通过补偿等方式，提高变压器的容量。③谐波源清除。对谐波源的清除可以多次使用，防止成本的消耗，也可以降低线路的损伤，提高各个供电设备的使用寿命，为系统更加安全的运行提供保障。④三相电流不平衡。在治理三相电流不平衡中，主要出现的就是中性点偏压，导致线路出现损伤，智能治理系统可以有效的防止此类情况的发生，为变压器提供更高的带载能力[7]。