配电网电能质量治理协调控制研究

配电网电能质量治理协调控制研究

摘要：在配电网电能质量管理研究中，对设备特别是质量管理设备的控制和

协调方面的研究相对较少。在这一现有的基础上，本文以电能质量管理设备为重点，给出了消除设备干扰的关键措施。借助设置协调系数，减少设备间的干扰，

便于电能质量管理设备的协调控制，最终合理控制电压波动，避免配电受损，促

进电网电能质量管理的全面发展。

关键词：关键词：配电网；电能质量；问题；措施

引言

近年来，随着社会经济的快速发展，也大大提高了对电能质量的要求。进一

步提升电能质量既是电力工程发展的内在需求，也是国家科技进步的重要标志。

近年来，虽然我国配电网的稳定性、安全性和可靠性有了很大提高，但仍存在一

些电能质量问题。妨碍配电网电能质量的因素很多，电能质量问题也十分突出，

不仅与电力系统的运行密切相关，而且与生产和人民生活息息相关。因此，有必

要提出全方位、系统地改善配电网质量的方法。

1. 电能质量独特性

从微电网的运行特性可以看出，微电网是一个弱惯性系统，不再等同于传统

的大电网。包含许多电力电子转换器，是一个高度非线性的环境。不同的电力电

子变流器控制策略也相互耦合、相互干扰。不仅仅包含传统电网存在的电压波动、闪变、电流畸变、频率不稳、三相不平衡等电能质量问题外，微电网的电能质量

问题也有其独特性。此外，微电网或包含微电网的配电网中的敏感负荷对供电的

可靠性和质量提出了更高甚至更严格的要求。电能质量问题受到越来越多的关注

和研究，因此有必要单独考虑微电网，以及包含配电网中与电能质量有所关联的

独特问题。

（1）微电网除了有源电力滤波器(APF)、静止无功发生器(SVG)和修改为动

态电压恢复器(DVR)等传统电能质量控制系统外，还包含大量非线性电力电子变

换器接口电路。多个微源功率装置的控制与多个电能质量控制装置相互耦合、相

互干扰，使得微电网电能质量控制更加复杂。微电网中的多逆变器系统是电能质

量控制的第一客观环境。

（2）从本质上讲，微电源和电能质量控制装置所选用的电力电子接口都是

可控电压源或可控电流源。微电网被认为是受区域环境限制的区域，包含高密度

的电力电子接口，控制策略会耦合在一起，从而致使控制的不确定性和不可靠性。

2. 配电网电能质量问题

（1）电流质量。电流质量主要取决于负载情况，能充分反映电流质量与电

压质量的关系。大多数电力电子负载可视为谐波源，是引起电网谐波的重要因素。风扇、电容器和逆变器等负载通常会提高电网的无功电流容量。（2）供电质量。供电的可靠性和清洁度，也代表着服务质量，其中包含电价的合理性和透明度。（3）电能质量。即反映供电方与用电方相互间的妨碍和作用的电流质量和用电

量一方的义务，也涵盖用户按期缴纳电费。在电网系统中，分布式电力电子补偿

装置以其补偿效率高、设备容量配置灵活等特点被普遍作用于工业、电力、轨道

交通等不同场合。在公共电网环境中，当多台电能质量控制设备并联时，如何保

证多台设备的协调运行，既能够避免多台设备稳定运行，又能够保证系统的整体

电能质量不受某些设备的退出影响，是电力电子产品接入电力系统后应当研究的

内容。

3. 配电网电能质量控制的基本策略

3.1为电网提供充足的无功电源

从某种角度来说，足够的无功功率能够使电压保持稳定状态。当无功功率不

足时，变压器分接头等相关设备的调整也可能造成无功功率不足。因此，为有效

保证电能质量，要依据无功功率“局部平衡”的原则科学合理配置无功电源，特

别是对不对称负载和大功率非线性负载。

3.2 配电网发展规划

进一步提升电能质量的前提是保证供电稳定。因此，配电网发展规划是改善

电能质量的基本手段。从进一步提升电能质量的角度来看，当前配电网存在变电

站负荷率不均、变电站容量不足、负荷转移能力低、供电不可靠等问题。要综合

采取以下措施，合理开发规划问题配电网，为改善电能质量打下坚实基础。配电

网的运行要考虑不同层次、不同区域的运行管理。在电力系统中，实际上最高一

级线路是主网组成区域系统，以变电站为中心，相邻负荷和区域电源借助二次电

压线路连接，逐步形成独立的电网区，从而逐步形成若干个相对独立又相互支撑

的电源分区结构。合理分区有利于控制短路电流，安全、经济地做到有功和无功

功率的调节与平衡。土地资源稀缺是制约配电网建设的重要因素。因此，建议配

电网建设遵循“先接点后增容量”的原则，充分利用现有条件，在原有的基础上

更进一步提高电源分布点，优化配电网结构。长期以来，各地区有功和无功的协

调发展不够，配电网无功短缺比较大，无功短缺会给电网运行带来诸多弊端，如

电能质量差、电压质量差、供电线路损耗率高等，这些都是电能质量差的直接表现，所以要改变电网存在的上述问题，不仅包含合理规划电力建设外，还需要做

好无功平衡和无功补偿规划。

4.3 综合治理办法

在电力技术设备的选择上，可引入主要设备改善电网电能质量，其中包含静

态调相器，固态电子转换开关、动态电压恢复器和有源滤波器等装置。与过去相比，该措施允许以成非动态和非线性的方式移动负载。例如电弧炉就是代表之一，能够解决传统措施无法解决的问题。固态转换开关的主要用途是双回路线路切换，能够克服传统问题中机械开关带来的开启和减速问题，从而解决时间差问题，带

来电压源保护，为所有用户予以更可靠的电源。动态电压恢复器能够有效解决敏

感负载问题，使电压波动小，整体频率相对较低。不间断电源主要用在一些重要

的地方，比如银行，医院等，确保向负载不间断可靠的供电能够采取使用这种装置，有源滤波器能够抑制非线性负载电流谐波，也能够控制由此带来的污染。此外，引入根据电子技术的柔性交流输电系统也能够达到综合治理的目的，为解决

电能质量问题予以了可能。该技术中选用的有源滤波器、静止无功发生器都有助