中压配电系统的电能质量治理研究

董婷婷

摘要：文章主要讲述中压配电网中的电能质量问题严重影响着电网的稳定运行，无法保证供电的可靠性。常规中低配电网的解决方案无法实现对中压配电网的电能质量治理。本文提出了一种中压配电系统的电能质量治理方案，无功补偿的方式进行电能质量治理，该方案可以有效地利用低压设备实现中中压补偿，方便了设备的安装与维护。通过理论推导与仿真，验证了方案的可行性。

关键词：中压配电网;供电可靠性;电能质量;发展

引言

中压配电系统中的电能质量问题对供电可靠性有着很大的影响，传统中压配电网可采取一定的补偿措施如无功电容器、静止无功发生器（staticvargenerator，SVG）、静止无功补偿器（staticvarcom-pensator，SVC）、有源电力滤波器（activepowerfilter，APF）等中压电力电子设备实现对配电网中无功和谐波的治理，保证电能质量、提升配电系统供电可靠性。基于农村电网，提出了适用农村电网的电能质量治理方案，采用 SVG有效提高了农网配电可靠性。对中压配电系统的谐波治理提出了治理方法，通过实验验证了谐波治理的有效性。综上可知，中压配电系统的电能质量治理相对比较方便，主要体现在设备安装方便、系统采样灵活、绝缘耐压等级要求低等方面。

1电能质量数据方法

电能质量数据采用方均根值算法，即 10周波间隔记录是昀基本的，150周波间隔记录、10min间隔记录都是采用该数据简约方法对 10周波间隔记录的简约，也就是施加上述简约方法对原始样本进行了重新抽样，其目的在于减少数据量。考虑到电能质量扰动呈正态分布特性，因此，对于电能质量扰动。根据方均根值数据方法或其他抽样方法将会形成不同时间间隔的新样本。

2中压配电系统的电能质量问题

提出了采用高压 SVG、SVC设备进行治理，但是高压 SVG装置的制造难度大、要求水平高、价格也高。中压配电电压等级中选择有源滤波的容量计算和该电压等级下该设备的特点，采用中压有源滤波器直链式高压有源滤波器进行电能质量治理，该方案为中压侧谐波治理的设计、使用提供参考。中压配电系统，提出了采用晶闸管控制电抗器（thyristorcontrolledreactor，TCR）+无源滤波器（passivefilter，PF）+APF的方式有效滤除由 TCR及负载产生的谐波，能够较好地抑制无源滤波器和电网阻抗之间的谐振，而且可以实现无功的动态补偿，但该方案拓扑结构复杂，需要的设备较多，经济成本高。高压电能质量在线监测装置的研究现状和发展方向进行了综述。提出了一种直挂式中压配网电能质量一体化治理技术，利用 TCR型 SVC和 SVG组成协同补偿系统能有效治理中压配电网电能质量问题。基于以上分析可知，目前针对中压电能质量的治理多采用中压设备中的 SVG以及 TCR等设备，但是采用该方案会对设备的电压等级要求较高、制造难度大。本文提出了一种采用高低压混合采样补偿的解决方案，系统拓扑结构简单，设备耐压要求低，便于安装维护;通过理论推导和仿真，验证了该方案的可行性。

3中压配电系统电能质量治理方案分析

3.1问题阐述

正常电力系统发电、输电、变配电、用电等各个环节，其中在用户侧一般会采取电容器等补偿设备进行功率因数等的补償，但由于馈线电路、变电站设备、线路损耗等原因会导致变压器的高压侧存在谐波和无功，而高压侧的电压等级较高，在对其进行补偿治理时无法将设备直接接于高压系统，同时低压系统的补偿无法补偿变压器以及高压线路等带来的无功损耗和谐波干扰，因此本文提出了一种采用中低压混合补偿的解决方案，该方案能有效地对高压侧进行补偿，有效对 10～35kV的中压配电系统电能质量进行治理，具体分析如下文。

3.2中压配电电能质量仿真计算分析

本文以 IEEE-33节点中压配电网统为例进行含分布式中压配电网电能质量仿真计算分析，系统结构在 PSCAD/EMTDC仿真环境下建立相应的仿真计算模型。根据光照强度、风速与分布式电源输出功率的关系，模拟得到的某典型日分布式电源输出功率日变化曲线，

3.3不同配电网容量下的电能质量分析

为分析中压配电电源在不同并网位置时的配电网电能质量情况，而并网位置不同主要反映的是短路容量的不同，保持分布式电源容量为

1.0MW，选取节点 5、9、13为并网节点，然后利用中压配电配电网电能质量仿真计算模型分别进行仿真计算，获得的电压偏差、电压波动和电压谐波含量结果。中压配电电源在配电网的并网位置会对配电网电能质量产生较大影响，中压配电电源并网所在节点受到的影响是昀大的，离并网位置越远，受到的影响越小，中压配电电源的并网节点越靠近配电网馈线末端，对电压的抬升作用越大，造成的电压波动和谐波越严重。因此在进行中压配电电源配电网并网位置的规划时，需对中压配电电源对电能质量造成的影响进行综合评估，以更好地发挥中压配电电源的作用。

4仿真分析

基于以上原理分析，通过对不同类型的电能质量治理情况的仿真分析来验证该控制策略的可行性，仿真结果如下

4.1无功补偿

中压侧补偿前后的无功功率，在切除补偿时系统的无功为5.569kvar，投入补偿时的无功功率为0.023kvar，可知投入补偿后可以有效地补偿无功功率，无功补偿率达到 99%，可知无功功率的补偿效果好。在电能质量补偿技术中，相关的约束标准有很多，而昀为核心的就是自动化配电原则。供电通信层中的中转所模块会长时间保持满负荷工作状态，进而使远程终端中的电能质量总是维持自动补偿技术的应用标准。但是，从实际的运行现状可以发现，电力配电系统为具备更高性价比的输电操作，会在适当降低供电质量的基础上，对单个大型配电机采取定点平衡的处理方法，而该项操作处理所遵循的标准即为自动化配电原则。如果电力配电系统的电能质量降低，中转所向主供电设备提供的输出电能也会随之降低，此时在自动补偿技术的调解下，大型配电机械中的运载电能质量不会产生明显变化。但随着系统运行时间的增加，自动补偿技术达到调节极限，电能质量感知层会面临无能耗供电的风险。为了防止上述情况的发生，就需要基于自动化配电原则，对各级的输电装置传输的电能质量进行有效控制，对暂时的自动补偿空缺进行弥补。

4.2单次谐波补偿 中压侧补偿前的电流以及各次谐波分布图，谐波的占比为基波的

43.10%，利用上述原理进行谐波补偿（采用相同原理补偿 5、7、11次谐波），得到补偿后的波形和谐波。谐波的占比为基波的 1.64%，和补偿前的对比可知 7次谐波占比降低了 41.46%，单次谐波的剔除率达到 96.2%，可知采用该方案可以有效滤除中次低次谐波。

5电能质量的发展趋势

近年来，DG大量并网、配售电市场放开、能源互联网和泛在电力物联网的技术进展都对电能质量领域研究带来了影响，本文认为未来电能质量综合评估可在以下几个方面进一步研究目前电网企业已实现发、输、配电及用户侧全景实时数据的采集、传输以及存储，产生了大量的具有异构、实时、真实等特征的数据。现有的方法并未考虑从这些复杂而海量的数据中提取电能质量的特征来实现综合评估，而数据驱动是大数据技术的核心思想，能深度挖掘海量多源数据中的丰富信息，充分利用已积累的海量数据，为适应不同场景特征的电能质量综合评估提供一种新思路。

结束语

通过原理推导和仿真验证，采用本文所提方案可以有效实现对无功功率的补偿。针对单次谐波补偿，谐波剔除率达到了 96.2%，低次谐波补偿良好，实现了中压配电系统的电能质量治理。本文只分析了指定次谐波补偿和无功功率补偿的两种模式，未对全补偿模式进行分析，后续可对此继续做相关研究。

参考文献

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[2]刘明，侯建成.中压系统谐波有源治理方案[J].电器与能效管理技术，2017（19）：77-82.