浅谈如何解决好因电能质量扰动所带来的低电压问题

孙筱琳

（黑龙江特通电气股份有限公司，黑龙江 哈尔滨150028）

电能是现代社会的基础性能源，做好电能的供应保障将有助于提高生产、生活的质量。配电网低电压是较为常见的配电网供电质量缺陷，且这一问题随着居民供电质量要求的提高也日益突出。解决配电网低电压问题可以采用电能质量扰动抑制策略，可以对因无功、谐波、三相不平衡等电能质量扰动所带来的配电网低电压进行治理。确保电网供电质量。

1 造成配电网低电压的电能质量扰动因子

配电网所接入用电负荷主要以单相负载为主，单相负载接入配电网中在短时间内不会对三相间的功率平衡匹配造成影响，但是在三相内部呈现出较多的无序性和随机性。总体来说造成配电网低电压的电能质量扰动因子主要是三相不平衡。随着接入配电网中的非线性负载持续增加则将加剧配电网中的谐波等电能质量在电能扰动中的比重。因此，谐波也可以认作为影响配电网低电压的主要影响因素之一。无功也可以看作影响电能质量的扰动因子之一，但是通过无功补偿措施可以降低其所占比重。

总体来说，造成配电网低电压的因素众多，从解决措施的可行性、经济性等方面入手则采用基于电力电子技术的电能质量扰动抑制方案较为可行。

1.1 三相负载不均衡所产生的影响。理想的三相模型中，三相之间的电压幅值、频率均相同，三相之前的相位差总保持在120°，这一状态是理想的三相平衡状态。但是在实际的配电网系统中，三相电压、电流的幅值、相角并不完全相等，而是由于各种因素的影响而存在着一定的偏差，而这一现象则被称之为三相不平衡现象。衡量三相不平衡程度的因素被称之为三相不平衡度。使用三相不平衡度可以建模分析其对于配电网低电压的影响。其中，三相不平衡这一现象主要存在于低压配电网中（且功率因素与三相不平衡度成正比，即功率因素越高则配电网三相不平衡问题越严重，其中不平衡点主要在于配电网中的有功不平衡）。此外在配电网中进行无功补偿后也会导致配电网低电压问题。

1.2 谐波所造成的配电网低电压问题。谐波是一种对配电网有污染的杂波，谐波污染不仅会污染配电网同时也会导致配电网用电设备的异常损坏。随着接入配电网中的非线性负载量越来越大这一问题所造成的影响也更加突出。如果将配电网中电压电流所产生的基波电阻看做1 的话，接入配电网中的h（h＞1）次谐波所产生的谐波电阻将是基波电阻的倍），从而谐波所造成的谐波电阻将比基波更为严重。

2 用电能质量扰动抑制技术解决配电网低电压问题

2.1 电能质量扰动抑制技术原理。在应用电能质量扰动抑制技术时，电能质量扰动抑制装置中使用以IGBT 为主体的二极管钳位型三电平电路拓扑，在电能质量扰动抑制装置接入配电网的交流并网侧则采用的是LCL 型滤波网络，滤波网络能够滤除配电网中的高频开关电流，从而使得电能质量扰动抑制装置能够发挥出良好的效果，通过滤除高频开关电流将能够有效的避免电能质量扰动抑制装置与配电网产生谐振。电能质量扰动抑制装置中使用DSP+CPLD 作为控制核心，通过对所接收的配电网网侧电流互感器所检测到的电流信号进行分析计算，提取出所需要的电能质量特征信息（配电网的零序、负序、谐波信号、无功等），根据上述信息计算出电能质量扰动抑制装置所需要施加的PWM 驱动变量，通过PWM 信号驱动电能质量扰动抑制装置中的IGBT 输出所需要的抑制补偿电流，用以完成对于配电网中杂波信号的抑制，避免出现配电网低电压问题。

2.2 电能质量扰动抑制装置的分布布点。利用电能质量扰动抑制机理能够实现配电网低电压的控制，而需要注意的是在使用电能质量扰动抑制装置进行低电压治理时不得代用将电能质量扰动抑制装置集中治理的方式，而是需要采用分布式治理方案。分布式治理方案能够实现配电网低电压治理效果的最优化。为实现分布式治理的最优化需要对电能质量扰动抑制装置的布点位置进行最优化选择。配电网主要以辐射状网架结构形式为主，由于用户分布广泛致使配电网的网络结构十分复杂，为实现电能质量扰动抑制装置的最优化配置需要结合配电网的结构分布进行合理化选点。电能质量扰动抑制装置布点位置需要遵循以下原则：（1）结合配电网低压网络各线路负载数据计算出配网网低压网络所需要的容量，以容量数据和负载数据来合理的确定电能质量扰动抑制装置的分布点。（2）结合配电网首端数据来确定配电网低压台区所需安装的总数量。

3 使用电能质量扰动抑制方案治理配电网低电压实例

某地配电网低电压问题较为突出，严重影响了当地的供电质量。造成某地电能质量扰动主要因素为：三相不平衡、无功和谐波。该区域配电网负载主要集中在线路架构的中后段，属于高用电负载（约为84.3%左右），该台变主要供应居民，其在白天用电高峰期时配电网低电压问题严重突出，电压最低低至112.11V。据统计，配电网从配电房开关室出线至支路总共使用了约600m 的185mm2的铜芯导线，支路为3 条，其中主要使用的是第1 条支路，2、3 支路为备用支路其上并无负载。支路1 总长100m 使用70mm2的铜芯导线。在支路1 上的低电压问题较为突出，测量的最低电压低至112.11V。为治理该支路上的电能质量扰动问题，通过计算该支路的负载和容量在该支路上设置了3 台30KVA 的电能质量扰动抑制装置，上述3 台电能质量扰动抑制装置中的2 台分布在支路的中后段，用于治理严重区域的电能质量扰动抑制。通过对电能质量扰动抑制装置安装后的支路电压等参数进行检测，发现支线上的电压得到了明显的提升，最低电压达到了约145V 左右，提升了至少30V 以上，配电网全天供电电压（包含高峰时段）的电压都在规范要求的电压范围内。支线上电压的相关参数也处于正常水平：三相不平衡度有原先的77%降低至7%以内，降幅十分明显；且中线电流控制在5A 以内，配电网中的谐波大为减少，因谐波所造成的谐波电阻也大为降低，此外，电能质量扰动得到了有效的抑制，对于配电网的冲击也大为缓和，配电网的电能质量得到了明显的改善。

在配电网中应用电能质量扰动抑制装置虽然能够有效的改善配电网的电能质量，提升配电网的最低电压但是同时也要意识到电能质量扰动抑制策略在治理配电网低电压方面也存在着一些不足：（1）配电网网架结构及配电网的运行参数对于电能质量扰动抑制策略的影响较大，在应用电能质量扰动抑制策略时需要结合相关参数进行认真的计算确保且能够发挥出良好的效果。（2）电能质量扰动抑制策略最优化是分布式布设，但是分布式布设在实施的可行性方面存在着一定的不确定性，这是由于配电网运行参数复杂为确保分布式布设能够发挥出最优特性需要结合相关参数进行详细的计算。但是在很多的配电网区段缺乏对于线路和负载接入的详细信息。（3）电能质量扰动抑制策略应用成本较高，另外其通用性、可靠性方面还有待进一步的验证，需要对电能质量扰动抑制装置的应用效果、应用成本以及应用的可操作性进行进一步的试验验证，用以确保电能质量扰动抑制能够在治理配电网低电压方面发挥出良好的效果。

4 结论

配电网低电压主要是受到了电能质量扰动（三相不平衡、无功和谐波）因素的影响，为治理配电网低电压问题需要从上述三大扰动因子入手做好电能质量扰动抑制。本文在分析造成配电网低电压原因的基础上就如何应用电能质量扰动抑制策略治理好配电网低电压问题进行了分析介绍，并就电能质量扰动抑制装置在某地配电网应用所取得的实际效果进行了说明。