浅谈智能配电网提升供电电能质量的措施研究

浅谈智能配电网提升供电电能质量的措施研究

阮启洋

广东电网公司广州海珠供电局 广东省广州市 510000

摘要：电能质量是电网系统安全、稳定与经济运行的重要参考指标。随着电力市场逐步完善，各类用户和生产企业要求供电企业提供高可靠性的电源，电能质量不合格会直接影响用户用电质量以及电气设备的安全使用和寿命长短，造成巨大的经济损失。配电网出现非线性电源与负荷以及电力电子控制元件使得智能配电网的可靠稳定运行和供应优质电能都面临着巨大的挑战。本文主要对智能配电网的运行特点进行总结，阐述配电网中存在的电能质量问题和产生问题的主要原因，从分布式电源的接入管控、谐波的监测治理和无功补偿装置三方面，提出智能配电网监测与治理电能质量相关问题的方案，为智能配电网未来电能质量问题的研究提供方向。

关键词：智能配电网，供电电能质量，措施研究

引言：在传统10kV配电网中，电能质量问题就是供电企业最关心的问题，电能质量指标影响着配电网的安全可靠运行。随着智能配电网的建设，配电网中出现了数量更多、种类更广、监测治理更困难的非线性电源和负荷，因此智能配电网提升供电电能质量的措施研究是确保智能配电网运行安全可靠的有效办法。

1. 智能配电网特点概述

智能配电网是指以配电自动化技术为基础，应用测量、传感、计算机、控制和信息通信等技术为支撑，利用智能化开关设备，允许分布式电源的大量接入和微网运行，鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动，实现配电网在正常运行状态下优化检测保护控制和非正常运行状态下的自愈控制，最终为电力用户提供安全可靠优质经济的电力供应服务。

（1）供电可靠性较高

智能配电网配备智能化开关设备和配电终端设备，具有强大的自愈功能，在上级线路故障停电或设备检修作业时，可快速通过转供电方式或应用分布式电源孤岛运行减少用户停电范围，保障重要用户的供电。

（2）电能质量控制能力强

在智能配电网中，供电企业能够借助传感器实时监测电网各点的电能质量，远程开展无功功率就地优化控制，保证供电电能质量满足国家标准，具备为敏感用电设备提供不间断连续供电的能力。

（3）支持大量的分布式电源接入

智能配电网中允许大量非线性分布式电源接入，包括风力发电、光伏发电、水利发电，生物质发电、燃料电池等，配电网由传统的单源辐射型变成多源分布式网络，电网潮流方向、继电保护设置和网损等都会发生巨大的变化。

4. 非线性用户数量激增

伴随着电动汽车的推广，电力汽车充电桩的数量成指数增长，这些非线性的用电用户占比逐年增大，由此带来了电力峰谷差值悬殊、电网静态稳定性下降等一系列问题。

2. 智能配电网电能质量主要指标及存在问题

传统配电网存在供电线路过长、负荷过重、存在非线性负荷等原因造成电能质量问题，智能配电网接入DG、采用电力电子装置使得电能质量问题更突出。智能配电网中常见的电能质量问题有：

1. 电压暂降

电压暂降指工频条件下持续时间为0.5周波至1分钟的短时间电压变动现象。电压暂降会造成智能配电网出现用户可感知的、影响其生产工艺过程甚至产品质量的供电中断现象，严重影响电能质量，容易对用户的用电设备造成损坏。

智能配电网是一个包括辐射、环网在内的复杂混合型网络，在各类电网故障发生时，配网自动化装置根据控制策略将进行网络重构，实现快速隔离故障、恢复非故障区域供电。但是网络重构改变了网络的拓扑结构，出现线路原有保护整定值冲突、保护误动的情况，对配电网的影响范围会扩大，持续时间加长。

2. 谐波

谐波是一种波形畸变现象，一般在稳态情况下出现，其频率是基波频率的整数倍。谐波产生的根本原因是非线性负载，谐波的存在会加速设备老化，降低系统容量，甚至引起系统恶性事故。DG和智能控制设备的大量接入，导致谐波来源不再局限于负载，在DG并网处产生高次谐波，加大了谐波对电网的影响。

3. 无功补偿

无功补偿是一种在电力系统中降低供电变压器及输送线路的损耗，提高电网功率因数，改善供电环境的技术。随着城市配电网电缆化程度和电力电子化程度持续提升，配电网容性化不断攀升，使得就地无功补偿压力剧增，严重影响供电效率，对控制电能质量带来了新问题。

三、智能配电网提升电能质量的措施

（1）加强分布式电源接入的管控

分布式电源接入对智能配电网电能质量的影响越来越大，为此国家制定了严格的DG并网标准，要求供电企业加强接入前的电能质量论证，确保DG接入不会导致电压波动、频率异常等情况降低供电电能质量。供电企业应该从四方面严格管控DG并网，包括：

①考虑DG的并网容量及配电网的静态电压稳定性，对DG并网前后的网架进行潮流计算分析，选择合适的DG并网位置；

②DG并网接口配备三遥功能的智能开关元件，继保装置定值整定应与原有配电网配合，方便供电企业远程监测遥控DG并网的接入与退出；

③DG并网前应配置足够的就地智能无功补偿装置，避免在系统中出现无功功率的传输；

④DG并网接口应配置检同期装置，实现程序控制自动检同期并网或退出功能，减少DG并网或退出时对配电网的冲击，减少对供电电能质量的影响。

（2）加强对谐波的监测治理

鉴于谐波对智能配电网电能质量的影响愈发严重，供电企业积极开展谐波的监测与治理，严格控制总谐波电流畸变率不能超过5%，在配电网常见谐波源加装谐波的监测治理装置：

①受端治理，指从遭遇谐波影响的供电设备或系统出发，提高配电网网络的抗谐波能力。改变智能配电网电容器组的投入容量，避免电容对谐波的放大；在谐波污染严重区域为设备配置灵敏的谐波保护装置，提高电力设备的抗干扰能力，降低设备损坏的发生几率。

②主动治理，着眼于谐波源本身，避免或降低其发生几率。利用换流变压器和带有谐波互补性的装置，适度增加变流装置的相数或脉冲值，改变谐波源的配置或工作方式；应用脉宽调制及时，提高谐波频率并降低其振幅，使其波形接近正弦波以避免对供电设备的损伤。

③被动治理，指通过外加无源滤波器PPF来阻止谐波源产生的谐波注入电网或者阻止电力系统的谐波流入负载端。PPF的造价较低、应用技术成熟，能够借助电感和电容元件的谐振特性，形成低阻抗支路，以减小流向电网的谐波流量。

（3）配置智能无功补偿装置

随着智能配电网电源和负荷愈发复杂，无功补偿愈发重要，且要求所有无功补偿装置具备智能控制功能，能够监测线路的无功功率并智能跟踪补偿。配置无功补偿装置时要从配电网络整体出发，计算系统的无功潮流，选择合适补偿方式和补偿地点，可分为三类：

①高压集中补偿方式：将高压并联电容器连接在变电站的10kV母线上，补偿容量可以按照主变容量的20%至30%进行配置，达到改善电压质量，提高供电设备效率的目的。

②低压集中补偿方式：在配电变压器的低压侧并联电容器组进行就地补偿，能够借助低压柜电压电流及功率因数表实时监测低压用户负荷水平的变化趋势和特征，配置智能投切装置，实时控制调整投入电容器的数量进行跟踪补偿。

③用户终端分散补偿方式：将低压无功补偿装置安装于用户侧单台低压电动机处，对存在大量感性或容性无功的用户进行用户侧无功补偿，避免无功功率流入系统中。严格控制新报装的大容量用户入网标准，要求在其电动机处配套安装智能无功补偿装置，对用户侧多余的无功功率进行就地补偿，避免用户成为无功功率源。

四、结束语

智能配电网提升供电电能质量的措施研究是未来智能配电网发展研究的重要方向，已经引起众多从业者的关注和重视，是建设一流配电网不可或缺的一环。供电企业将从用户的需求出发，以提供更高可靠性、电流电压频率等参数更稳定的电能作为目标，积极主动开展技术的创新探索，合理利用各种改善电能质量措施，保障配电网的安全稳定运行。

参考文献：

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