淺談如何解決好因電能質量擾動所帶來的低電壓問題

孫筱琳

（黑龍江特通電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150028）

電能是現代社會的基礎性能源，做好電能的供應保障將有助于提高生產、生活的質量。配電網低電壓是較為常見的配電網供電質量缺陷，且這一問題隨著居民供電質量要求的提高也日益突出。解決配電網低電壓問題可以采用電能質量擾動抑制策略，可以對因無功、諧波、三相不平衡等電能質量擾動所帶來的配電網低電壓進行治理。確保電網供電質量。

1 造成配電網低電壓的電能質量擾動因子

配電網所接入用電負荷主要以單相負載為主，單相負載接入配電網中在短時間內不會對三相間的功率平衡匹配造成影響，但是在三相內部呈現出較多的無序性和隨機性?？傮w來說造成配電網低電壓的電能質量擾動因子主要是三相不平衡。隨著接入配電網中的非線性負載持續增加則將加劇配電網中的諧波等電能質量在電能擾動中的比重。因此，諧波也可以認作為影響配電網低電壓的主要影響因素之一。無功也可以看作影響電能質量的擾動因子之一，但是通過無功補償措施可以降低其所占比重。

總體來說，造成配電網低電壓的因素眾多，從解決措施的可行性、經濟性等方面入手則采用基于電力電子技術的電能質量擾動抑制方案較為可行。

1.1 三相負載不均衡所產生的影響。理想的三相模型中，三相之間的電壓幅值、頻率均相同，三相之前的相位差總保持在120°，這一狀態是理想的三相平衡狀態。但是在實際的配電網系統中，三相電壓、電流的幅值、相角并不完全相等，而是由于各種因素的影響而存在著一定的偏差，而這一現象則被稱之為三相不平衡現象。衡量三相不平衡程度的因素被稱之為三相不平衡度。使用三相不平衡度可以建模分析其對于配電網低電壓的影響。其中，三相不平衡這一現象主要存在于低壓配電網中（且功率因素與三相不平衡度成正比，即功率因素越高則配電網三相不平衡問題越嚴重，其中不平衡點主要在于配電網中的有功不平衡）。此外在配電網中進行無功補償后也會導致配電網低電壓問題。

1.2 諧波所造成的配電網低電壓問題。諧波是一種對配電網有污染的雜波，諧波污染不僅會污染配電網同時也會導致配電網用電設備的異常損壞。隨著接入配電網中的非線性負載量越來越大這一問題所造成的影響也更加突出。如果將配電網中電壓電流所產生的基波電阻看做1 的話，接入配電網中的h（h＞1）次諧波所產生的諧波電阻將是基波電阻的倍），從而諧波所造成的諧波電阻將比基波更為嚴重。

2 用電能質量擾動抑制技術解決配電網低電壓問題

2.1 電能質量擾動抑制技術原理。在應用電能質量擾動抑制技術時，電能質量擾動抑制裝置中使用以IGBT 為主體的二極管鉗位型三電平電路拓撲，在電能質量擾動抑制裝置接入配電網的交流并網側則采用的是LCL 型濾波網絡，濾波網絡能夠濾除配電網中的高頻開關電流，從而使得電能質量擾動抑制裝置能夠發揮出良好的效果，通過濾除高頻開關電流將能夠有效的避免電能質量擾動抑制裝置與配電網產生諧振。電能質量擾動抑制裝置中使用DSP+CPLD 作為控制核心，通過對所接收的配電網網側電流互感器所檢測到的電流信號進行分析計算，提取出所需要的電能質量特征信息（配電網的零序、負序、諧波信號、無功等），根據上述信息計算出電能質量擾動抑制裝置所需要施加的PWM 驅動變量，通過PWM 信號驅動電能質量擾動抑制裝置中的IGBT 輸出所需要的抑制補償電流，用以完成對于配電網中雜波信號的抑制，避免出現配電網低電壓問題。

2.2 電能質量擾動抑制裝置的分布布點。利用電能質量擾動抑制機理能夠實現配電網低電壓的控制，而需要注意的是在使用電能質量擾動抑制裝置進行低電壓治理時不得代用將電能質量擾動抑制裝置集中治理的方式，而是需要采用分布式治理方案。分布式治理方案能夠實現配電網低電壓治理效果的最優化。為實現分布式治理的最優化需要對電能質量擾動抑制裝置的布點位置進行最優化選擇。配電網主要以輻射狀網架結構形式為主，由于用戶分布廣泛致使配電網的網絡結構十分復雜，為實現電能質量擾動抑制裝置的最優化配置需要結合配電網的結構分布進行合理化選點。電能質量擾動抑制裝置布點位置需要遵循以下原則：（1）結合配電網低壓網絡各線路負載數據計算出配網網低壓網絡所需要的容量，以容量數據和負載數據來合理的確定電能質量擾動抑制裝置的分布點。（2）結合配電網首端數據來確定配電網低壓臺區所需安裝的總數量。

3 使用電能質量擾動抑制方案治理配電網低電壓實例

某地配電網低電壓問題較為突出，嚴重影響了當地的供電質量。造成某地電能質量擾動主要因素為：三相不平衡、無功和諧波。該區域配電網負載主要集中在線路架構的中后段，屬于高用電負載（約為84.3%左右），該臺變主要供應居民，其在白天用電高峰期時配電網低電壓問題嚴重突出，電壓最低低至112.11V。據統計，配電網從配電房開關室出線至支路總共使用了約600m 的185mm2的銅芯導線，支路為3 條，其中主要使用的是第1 條支路，2、3 支路為備用支路其上并無負載。支路1 總長100m 使用70mm2的銅芯導線。在支路1 上的低電壓問題較為突出，測量的最低電壓低至112.11V。為治理該支路上的電能質量擾動問題，通過計算該支路的負載和容量在該支路上設置了3 臺30KVA 的電能質量擾動抑制裝置，上述3 臺電能質量擾動抑制裝置中的2 臺分布在支路的中后段，用于治理嚴重區域的電能質量擾動抑制。通過對電能質量擾動抑制裝置安裝后的支路電壓等參數進行檢測，發現支線上的電壓得到了明顯的提升，最低電壓達到了約145V 左右，提升了至少30V 以上，配電網全天供電電壓（包含高峰時段）的電壓都在規范要求的電壓范圍內。支線上電壓的相關參數也處于正常水平：三相不平衡度有原先的77%降低至7%以內，降幅十分明顯；且中線電流控制在5A 以內，配電網中的諧波大為減少，因諧波所造成的諧波電阻也大為降低，此外，電能質量擾動得到了有效的抑制，對于配電網的沖擊也大為緩和，配電網的電能質量得到了明顯的改善。

在配電網中應用電能質量擾動抑制裝置雖然能夠有效的改善配電網的電能質量，提升配電網的最低電壓但是同時也要意識到電能質量擾動抑制策略在治理配電網低電壓方面也存在著一些不足：（1）配電網網架結構及配電網的運行參數對于電能質量擾動抑制策略的影響較大，在應用電能質量擾動抑制策略時需要結合相關參數進行認真的計算確保且能夠發揮出良好的效果。（2）電能質量擾動抑制策略最優化是分布式布設，但是分布式布設在實施的可行性方面存在著一定的不確定性，這是由于配電網運行參數復雜為確保分布式布設能夠發揮出最優特性需要結合相關參數進行詳細的計算。但是在很多的配電網區段缺乏對于線路和負載接入的詳細信息。（3）電能質量擾動抑制策略應用成本較高，另外其通用性、可靠性方面還有待進一步的驗證，需要對電能質量擾動抑制裝置的應用效果、應用成本以及應用的可操作性進行進一步的試驗驗證，用以確保電能質量擾動抑制能夠在治理配電網低電壓方面發揮出良好的效果。

4 結論

配電網低電壓主要是受到了電能質量擾動（三相不平衡、無功和諧波）因素的影響，為治理配電網低電壓問題需要從上述三大擾動因子入手做好電能質量擾動抑制。本文在分析造成配電網低電壓原因的基礎上就如何應用電能質量擾動抑制策略治理好配電網低電壓問題進行了分析介紹，并就電能質量擾動抑制裝置在某地配電網應用所取得的實際效果進行了說明。