配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理設備協(xié)調(diào)控制研究

錢福如 張國慶 李春堂

摘要：隨著各類電能質(zhì)量治理裝置的接入，由于各電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置種類不同，響應速度不同，各裝置之間的調(diào)控目標可能會相互影響，從而使動態(tài)性能下降。因此，需要采用主動的控制手段協(xié)調(diào)各個設備的輸出和動作，以防止電能質(zhì)量調(diào)制效果不佳。本文就對配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理設備協(xié)調(diào)控制相關(guān)方面進行分析和探討。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);電能質(zhì)量治理;設備協(xié)調(diào)控制

1配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生及危害

1.1無功功率的產(chǎn)生及危害

配電網(wǎng)中的無功功率較以前增加很多，其產(chǎn)生原因有如下幾個方面：電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應用逐年增加，而有些電力電子裝置功率因數(shù)較低，導致運行時電流與電壓相位不一致，因此需要吸收無功功率;配電網(wǎng)中存在大量的感性負荷，如變壓器、異步電動機等，這類感性負荷需要吸收無功功率才能正常運行;分布式風力發(fā)電等應用領域中，為維持電壓穩(wěn)定、確保風力發(fā)電正常運行，需在電壓降低時及時對其進行無功補償。

這些無功功率給配電網(wǎng)造成如下影響：1）無功功率的增加會引起有功功率的損耗，在線路輸送功率能力一定時，傳輸?shù)臒o功功率越多，傳輸?shù)挠泄β室簿驮缴?，功率因?shù)也越低;2）無功功率的增加使得總的視在功率和電流變大，從而導致電氣設備容量和損耗增加。

1.2不平衡的產(chǎn)生及危害

一般情況下，配電網(wǎng)三相不平衡從產(chǎn)生源頭來分，可分為系統(tǒng)側(cè)和負荷側(cè)兩類，因此產(chǎn)生原因有兩個：一是系統(tǒng)側(cè)發(fā)生不對稱故障，故障分量注入系統(tǒng)中導致三相不平衡;二是負荷側(cè)接有不平衡負荷（如電弧爐等），不平衡負荷使得負荷側(cè)電流不平衡，不平衡的負荷電流注入電網(wǎng)中導致系統(tǒng)三相不平衡。其中，負荷側(cè)引起的電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象在配電網(wǎng)中更為常見。

1.3諧波的產(chǎn)生及危害

諧波的產(chǎn)生主要來源于非線性負載的使用，這類負載具有很強的沖擊性，惡化了用電設備的運行環(huán)境。根據(jù)非線性負載的不同，配電系統(tǒng)中的諧波源一般可以有兩種：一是含有半導體元件的電力電子非線性設備，如非線性負載變流電路，變流電路應用十分廣泛，因為大多數(shù)電力用戶不能直接從電網(wǎng)獲得所需的電能形式，需要將從交流電網(wǎng)獲得的電能，必須通過各種變流裝置將電能進行變換，以得到所需要的電能形式;二是含電弧和鐵磁的非線性設備，例如日光燈、變壓器、電弧爐、變頻器等。其中，日光燈的鐵芯的非線性，導致勵磁電流畸變，變壓器也屬于此類設備。電弧爐的運行周期包括三個階段：熔化期、氧化期和還原期，熔化期和氧化期內(nèi)，由于電弧波動造成電流不規(guī)則變化，伴隨大量諧波電流產(chǎn)生。變頻器的作用是將工頻（50Hz）電源變換成各頻率的電源，以實現(xiàn)電機的變速運行，其整流設備的工作方式?jīng)Q定了變頻器工作過程中將伴隨大量諧波電流的生成。

一般情況，較低的諧波含量不會對配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力設備造成危害，但是諧波含量過高時就會產(chǎn)生很多危害：1）引起配電網(wǎng)中設備線路損耗增加，降低輸電效率，導致用電設備額外發(fā)熱，加速設備老化，降低使用壽命;2）引起電網(wǎng)和補償電容的串、并聯(lián)諧振，放大諧波，從而損壞電容和電網(wǎng)設備;3）對通信系統(tǒng)及其它敏感設備造成嚴重的電磁干擾等。

2配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理設備協(xié)調(diào)控制策略設計

配電網(wǎng)電能質(zhì)量設備的協(xié)調(diào)控制，主要由監(jiān)控主站，區(qū)域協(xié)調(diào)控制器和本地控制器構(gòu)成，具體過程如下：

（1）計算各控制節(jié)點電能質(zhì)量治理裝置參數(shù)對各被控節(jié)點參數(shù)的靈敏度，即SVG控制節(jié)點注入無功對各被控節(jié)點電壓的電壓-無功靈敏度和APF控制節(jié)點注入諧波電流對各被控節(jié)點諧波電壓的諧波靈敏度。

（2）根據(jù)控制節(jié)點裝置容量和被控節(jié)點靈敏度等指標綜合考慮發(fā)生擾動時的各控制節(jié)點配置。對于APF，協(xié)調(diào)系數(shù)為各控制節(jié)點對該被控節(jié)點的諧波靈敏度與總諧波靈敏度之比;對于SVG，協(xié)調(diào)系數(shù)為各控制節(jié)點對該被控節(jié)點的電壓-無功靈敏度與總電壓-無功靈敏度之比;對于APF和SVG，先忽略不同類控制節(jié)點相互之間的影響，根據(jù)上述只有一類控制節(jié)點時的分配方法配置SVG參數(shù)，再根據(jù)各被控節(jié)點對控制節(jié)點的電壓-無功靈敏度、諧波靈敏度和Kin（諧波電流與節(jié)點基波電壓之比）計算APF的協(xié)調(diào)系數(shù)。

結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展建設，各種非線性、沖擊性無功負荷導致配電網(wǎng)諧波污染、電壓波動及電壓跌落等電能質(zhì)量問題越發(fā)突出，配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)需求廣泛。本文在控制過程中，考慮了APF和SVG的諧波補償和無功補償能力，實際上兩類裝置都兼具更多功能，因此可以在更多方面進行配合協(xié)調(diào)控制。

參考文獻

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