配电网电能质量治理设备协调控制研究

钱福如 张国庆 李春堂

摘要：随着各类电能质量治理装置的接入，由于各电能质量调节装置种类不同，响应速度不同，各装置之间的调控目标可能会相互影响，从而使动态性能下降。因此，需要采用主动的控制手段协调各个设备的输出和动作，以防止电能质量调制效果不佳。本文就對配电网电能质量治理设备协调控制相关方面进行分析和探讨。

关键词：配电网;电能质量治理;设备协调控制

1配电网电能质量问题的产生及危害

1.1无功功率的产生及危害

配电网中的无功功率较以前增加很多，其产生原因有如下几个方面：电力电子装置在配电网中的应用逐年增加，而有些电力电子装置功率因数较低，导致运行时电流与电压相位不一致，因此需要吸收无功功率;配电网中存在大量的感性负荷，如变压器、异步电动机等，这类感性负荷需要吸收无功功率才能正常运行;分布式风力发电等应用领域中，为维持电压稳定、确保风力发电正常运行，需在电压降低时及时对其进行无功补偿。

这些无功功率给配电网造成如下影响：1）无功功率的增加会引起有功功率的损耗，在线路输送功率能力一定时，传输的无功功率越多，传输的有功功率也就越少，功率因数也越低;2）无功功率的增加使得总的视在功率和电流变大，从而导致电气设备容量和损耗增加。

1.2不平衡的产生及危害

一般情况下，配电网三相不平衡从产生源头来分，可分为系统侧和负荷侧两类，因此产生原因有两个：一是系统侧发生不对称故障，故障分量注入系统中导致三相不平衡;二是负荷侧接有不平衡负荷（如电弧炉等），不平衡负荷使得负荷侧电流不平衡，不平衡的负荷电流注入电网中导致系统三相不平衡。其中，负荷侧引起的电网不平衡现象在配电网中更为常见。

1.3谐波的产生及危害

谐波的产生主要来源于非线性负载的使用，这类负载具有很强的冲击性，恶化了用电设备的运行环境。根据非线性负载的不同，配电系统中的谐波源一般可以有两种：一是含有半导体元件的电力电子非线性设备，如非线性负载变流电路，变流电路应用十分广泛，因为大多数电力用户不能直接从电网获得所需的电能形式，需要将从交流电网获得的电能，必须通过各种变流装置将电能进行变换，以得到所需要的电能形式;二是含电弧和铁磁的非线性设备，例如日光灯、变压器、电弧炉、变频器等。其中，日光灯的铁芯的非线性，导致励磁电流畸变，变压器也属于此类设备。电弧炉的运行周期包括三个阶段：熔化期、氧化期和还原期，熔化期和氧化期内，由于电弧波动造成电流不规则变化，伴随大量谐波电流产生。变频器的作用是将工频（50Hz）电源变换成各频率的电源，以实现电机的变速运行，其整流设备的工作方式决定了变频器工作过程中将伴随大量谐波电流的生成。

一般情况，较低的谐波含量不会对配电网结构和电力设备造成危害，但是谐波含量过高时就会产生很多危害：1）引起配电网中设备线路损耗增加，降低输电效率，导致用电设备额外发热，加速设备老化，降低使用寿命;2）引起电网和补偿电容的串、并联谐振，放大谐波，从而损坏电容和电网设备;3）对通信系统及其它敏感设备造成严重的电磁干扰等。

2配电网电能质量治理设备协调控制策略设计

配电网电能质量设备的协调控制，主要由监控主站，区域协调控制器和本地控制器构成，具体过程如下：

（1）计算各控制节点电能质量治理装置参数对各被控节点参数的灵敏度，即SVG控制节点注入无功对各被控节点电压的电压-无功灵敏度和APF控制节点注入谐波电流对各被控节点谐波电压的谐波灵敏度。

（2）根据控制节点装置容量和被控节点灵敏度等指标综合考虑发生扰动时的各控制节点配置。对于APF，协调系数为各控制节点对该被控节点的谐波灵敏度与总谐波灵敏度之比;对于SVG，协调系数为各控制节点对该被控节点的电压-无功灵敏度与总电压-无功灵敏度之比;对于APF和SVG，先忽略不同类控制节点相互之间的影响，根据上述只有一类控制节点时的分配方法配置SVG参数，再根据各被控节点对控制节点的电压-无功灵敏度、谐波灵敏度和Kin（谐波电流与节点基波电压之比）计算APF的协调系数。

结语

随着电力系统的发展建设，各种非线性、冲击性无功负荷导致配电网谐波污染、电压波动及电压跌落等电能质量问题越发突出，配电网电能质量控制技术需求广泛。本文在控制过程中，考虑了APF和SVG的谐波补偿和无功补偿能力，实际上两类装置都兼具更多功能，因此可以在更多方面进行配合协调控制。

参考文献

[1]蔡峰，王东，付珍.配电网电能质量问题治理综述[J].智能电网，2016，4（11）：1136-1140.

[2]张济韬，郝思鹏，楚成彪，刘少凡.配电网电能质量分析及其治理技术[J].电工电气，2014（11）：1-5.

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