电能质量扰动产生的低电压问题及相关治理措施

郜 阳 韩剑鹏 刘林曼

1 国网河南省电力公司郑州供电公司（河南 郑州 450000）

2 国网河南省电力公司平顶山供电公司（河南 平顶山 467000）

0 引言

社会的正常运转和发展离不开电能资源的支持，因此保障电能的正常供应是确保人们工作和生活的重要基础。近年来，人们在工作和生活中的用电量显著增加，这就需要针对配电网低电压问题制定好解决策略，采用电能质量扰动抑制策略重点解决配电网中无功、谐波、三相不平衡等异常问题，提升配电网的供电质量。

1 配电网低电压故障问题中的电能质量扰动因子

通常情况下，配电网中的用电负荷主要是单向负载，这种现象对三相间的功率平衡性在短时间内不会有太大的影响，但是却会在一定程度上对三相内部的无序性和随机性造成影响。同时，非线性负载的增加使得谐波逐步成为电能质量扰动中的重要因素。无功在电能质量扰动中也占据着一定的比例，但是一般可以通过无功补偿来降低无功因素所引起的不良影响[1]。因此，针对造成配电网低电压的多种影响因素，可以采用电能质量扰动抑制方案来加以解决，以满足配电网正常运转的经济性和可行性。

1.1 三相负载不均衡因子

在三相模型中，最理想的工作状态是三相的电压幅值和频率均保持在相同的节奏，而三相之间的相位差维持在120°，并保持不变。但是在实际的工作状态中，三相之间的电压、电流幅值、相角受各种内部和外部因素的影响存在一定的偏差，即存在三相负载不平衡的问题。这种不平衡程度主要是采用三相不平衡度进行评估的，需要相关人员根据配电网的实际情况构建相应的分析模型，并根据三相不平衡度这一参数来分析出三相负载不均衡对配电网低电压所造成的影响。对于三相不平衡度，主要的影响因素是功率，两者之间呈正比例关系，在配电网功率因素较高的情况下，整个供电网的三相不平衡问题会越来越严重，这种不平衡性归根结底在于有功不平衡。在无功方面，虽然能够通过无功补偿消除部分无功所造成的影响，但是在一定程度上进一步加剧了配电网低电压的问题。

1.2 谐波因子

配电网在正常工作状态下不应该存在谐波，谐波是对配电网而言是一种异常干扰，这种杂波在扰动配电网的同时还会对整个配电网中的用电设备造成不同程度上的损伤。同时，当配电网中非线性负载量逐步增加时，谐波所产生的负面影响会加重。谐波电流在配电网中的存在会产生一定程度的集肤效应或邻近效应，进而增大线路中的电阻值。通过实时监测配电网的运转情况可知，谐波所产生的谐波电阻基本上是电压电流所产生的基波电阻的数倍，相对更加严重。

1.3 无功因子

无功在配电网中会产生无功电流，并在配电线路上产生相应的电压降，造成配电网低电压问题。针对此种情况，可以通过无功补偿的方式消除或降低配电网系统中的无功电流，减少对电压的影响。

2 采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

电能质量扰动抑制技术的应用核心是电能质量扰动抑制装置。该装置的主体结构是二极管钳位型三电平电路拓扑，其主体为IGBT[2]。通过LCL型滤波网络将电能质量扰动抑制装置与配电网的交流并网侧相连接。这是因为LCL型滤波网络能够显著消除配电中存在的高频开关电流，在一定程度上避免了电能质量扰动抑制装置与配电网发生谐振的问题，进而将电能质量扰动抑制装置的作用最大限度地发挥出来。DSP+CPLD是电能质量扰动抑制装置中的核心部位，主要用于接收配电网网侧电流互感器所传递过来的电流信号，并从这些信号中将配电网的零序、负序、谐波信号、无功等电能质量特征信息提取出来。基于这些信号值，可以分析计算出PWM驱动变量，并在PWM信号的驱动下使电能质量扰动抑制装置中的IGBT将抑制补偿电流进行合理的输出，消除或抑制配电网中所存在的杂波信号，进一步降低配电网低电压问题的发生概率。

2.2 电能质量扰动抑制装置的分布布点

在采用电能质量扰动抑制装置控制配电网低电压的问题时，需要重点注意的是，要采用分布式的治理模式，而不宜采用集中式的治理方式。这是因为分布式的治理模式所取得的治理效果更显著。分布式的治理模式需要对电能质量扰动抑制装置的布点位置进行全面综合性的分析与考虑，以确保治理效果的最优化。对于配电网结构，由于用电用户分布相对广泛，因此配电网自身的网络结构庞大而复杂，电能质量扰动抑制装置的布点位置也需要结合配电网的实际分布情况加以优化[3]。

对于电能质量扰动抑制装置的分布布点，一般需要遵循以下原则：（1）电能质量扰动抑制装置分布点的确定依据主要是容量数据和负载数据，一般需要根据配电网低压网络中每条线路上的负载量核算出整个低压网络中所需要的容量。（2）电能质量扰动抑制装置分布点的确定，还需要从配电网首端数据着手进一步核算出配电网低压台区的安装数量；然后根据低压台区的低压用户数量和安装设备数量值，分别计算出台区中每台设备所对应的覆盖用户数，并对线路做好标注；随后根据线路号的标记顺序和用户数量值，依次确定安装线路位置，并逐一确定各个设备的安装位置。

3 电能质量扰动造成低电压治理的实际案例

某供电公司一些低电压台区电能质量扰动问题比较严重，且接到用户投诉较多，针对该区应用电能质量扰动抑制方案。这些台区比较典型的电能质量扰动表征现象是三相不平衡、无功和谐波，进而导致了低电压问题。经过对该区域的实际调查分析发现，该配电网线路架构的中后段是主要的负载承受位置，其负载量甚至达到85%左右，属于高用电负载段。该区域的用电对象主要是居民，其用电高峰期基本在白天，此时的配电网低电压问题也最为严重，其电压值最低的情况下可以达到110 V左右。针对该现象，相关人员对配电网的相关线路进行了统计，从统计结果可以看出，在配电房开关室出线端与各支路之间所使用的是铜芯导线，长度大概为600 m，导线截面积为185 mm2。这段线路主要包含三条支路，其中分支线路1为主要线路，分支线路2和3为备用线路，尚未投入使用，因此不存在相应的负荷。对于分支线路1，其长达约为100 m，铜芯导线规格为70 mm2，在该线路上低电压现象尤为严重。根据该线路上的负载和容量情况，在支路的中后段设置有2台电能质量扰动抑制装置，支路前端设置了1台，以减缓相应区域内的电能质量扰动问题。在安装电能质量扰动抑制装置后，对该线路的支路电压进行检测，发现其电压值提升了30 V左右，明显改善了配电网低电压的问题。通过对该支路进行全天候的监测发现，整体电压值基本维持在电力系统规定的范围内，即使在用电高峰时段也不再出现低电压的情况。同时，该分支线路上的三相不平衡度相较之前下降了大约7%，由于中线电流控制在5 A以下，其线路中的谐波电阻也大大降低。由此可以看出，电能质量扰动抑制装置的配置显著改善了该线路上的低电压故障问题，不仅提高了配电网的电能质量，而且保障了配电网供电的稳定性和可靠性。

4 电能质量扰动抑制装置的应用前景

综上所述，电能质量扰动抑制装置在配电网中的应用能够有效改善配电网低电压的故障问题，并显著提升了配电网的电能质量。但是，电能质量扰动抑制策略在改善配电网低电压方面仍然需要不断优化改善，以将电能质量扰动抑制装置的功能优势最大限度地发挥出来。

（1）电能质量扰动抑制装置的规格和布点的设置都与配电网网架结构的实际情况和配电网的运行参数有直接关系，因此，在采用电能质量扰动抑制策略时需要根据配电网中的相关参数进行全面细致的分析与计算，以确定最符合并能够解决配电网低电压问题的解决方案。

（2）电能质量扰动抑制策略的最佳实施方案是采用分布式的布设，这是因为分布式的实施方案所呈现出来的线路三相不平衡性等能够得到有效的降幅。但是，由于配电网的网架结构相对比较庞大、复杂，因此分布式的布设方案具有一定的布设难度，需要重点考虑分布式布设的可行性和科学性。同时，分布式布设方式也存在一定的不确定性，这就进一步增加了配电网电能质量扰动抑制策略的难度，需要在掌握配电网运行参数的基础上，采用全面细致的计算方法精确计算，最大限度地发挥分布式布设的性能优势。另外，在实际操作中，对于配电网运行参数的全面掌握也存在一定的难度，如某些区段由于工程前期或后期管理不当等原因使得线路接入的详细信息缺失或不完整。

（3）电能质量扰动抑制策略在实际应用过程中，其应用成本相对较高。此外，由于电能质量扰动抑制策略是一种新型的配电网低电压解决策略，需要对电能质量扰动抑制装置的应用效果、成本和可操作性等方面，不断积累验证，并在其基础上进行优化完善，进而提升电能质量扰动抑制策略的通用性和可靠性。这样，才能够进一步拓展电能质量扰动抑制策略的应用范围。同时，电能质量扰动抑制装置在后续的维护治理方面也需要较大的资金投入，需要通过不断调整以降低应用成本。

5 结束语

配电网低电压产生的主要原因是电能质量干扰，其中比较典型的影响因素就是三相不平衡、无功和谐波，因此对于配电网低电压问题需要重点从这三方面着手加以解决。相关部门需要充分掌握配电网低电压的产生原因，并科学合理运用电能质量扰动抑制策略以降低电能质量扰动在线路上所产生的电压降，进而提升电压质量，解决配电网低电压问题。同时，结合电能质量扰动抑制装置的实际应用情况，明确该装置在未来应用过程中的优势与不足，以针对性地优化完善电能质量扰动抑制策略，推动其在配电网系统中的应用，优化配电网低电压问题的解决策略。