一、用戶(hù)側(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量分析及解決方案

所謂用戶(hù)側(cè)，即直接面對(duì)用戶(hù)的電網(wǎng)，主要是10KV線路

普通用戶(hù)為10KV通過(guò)配電變壓器變壓為400V，由400V供給用戶(hù)設(shè)備，部分用戶(hù)直接在10KV線路上接設(shè)備，給10KV設(shè)備供電。這些用戶(hù)設(shè)備產(chǎn)生的是感性負(fù)荷，功率因數(shù)調(diào)整采用電容補(bǔ)償，而高次諧波、零線電流大都未作處理，直接流入10KV、配電變壓器及以上電網(wǎng)中。　

不管功率因數(shù)問(wèn)題還是三相不平衡度問(wèn)題，都可把電流分解為正序、負(fù)序、零序電流，正序電流為三相平衡的有功電流，負(fù)序、零序電流為無(wú)功電流，另外還存在高次諧波電流，在配電變壓器400V下端消除負(fù)序電流、零序電流和高次諧波電流，使流入10KV線路的電流只有正序電流，即有功電流，大大減少線路電流，減少泄漏電流和電暈電能損失，從而保證線路線損和配電變壓器損耗降低，提高末端電壓，提高系統(tǒng)安全性，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，提高系統(tǒng)利用率。選擇配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器，可解決以上問(wèn)題。

直接接10KV的設(shè)備，可在接入10KV線路的人口處處理電能質(zhì)量，以保證流入10KV線路的電流只有有功電流。選擇10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器可解決問(wèn)題。

如果10KV線路長(zhǎng)，可在低于9.5KV以下線路或電壓波動(dòng)大處選用智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)，調(diào)壓范圍可達(dá)±20%，該調(diào)壓技術(shù)采用我公司的專(zhuān)利技術(shù)，由電力電子器件為主要元件，對(duì)補(bǔ)償變壓器進(jìn)行磁場(chǎng)大小和方向的控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的功能，無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，調(diào)壓速度快，無(wú)波形畸變，無(wú)涌流，調(diào)壓不停電等特點(diǎn)。采用該技術(shù)，可以不管10KV線路壓降問(wèn)題，由智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)完成電壓校正，保證用戶(hù)使用的電壓為合格的電壓。

如果配網(wǎng)線路長(zhǎng)，可在相電壓電壓198V以下線路安裝智能型配網(wǎng)末端升壓器，以保證400V線路供電電壓在342-407V之間的合格電壓。

要想達(dá)到理想效果，應(yīng)以一條10KV線路為一個(gè)單位，在此線路中，每臺(tái)配電變壓器均應(yīng)加裝配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器，如果在本供電公司管轄范圍內(nèi)全部進(jìn)行處理，效果更佳。

系統(tǒng)以一條10KV為單元，采用總線控制技術(shù)，對(duì)本單元內(nèi)的所有配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器、10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器、10KV智能升壓器、智能型配網(wǎng)末端升壓器進(jìn)行集中管理，計(jì)算并分配負(fù)荷，使整條10KV線路運(yùn)行在狀態(tài)。

二、配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器介紹

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器是我公司經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，經(jīng)過(guò)兩年掛網(wǎng)運(yùn)行的考驗(yàn)，證明產(chǎn)品是可靠且滿(mǎn)足目標(biāo)設(shè)計(jì)的要求的產(chǎn)品。

該補(bǔ)償器是以IGBT為核心元器件的電力電子產(chǎn)品，是集中了SVG、有源濾波器、零序分流器的綜合產(chǎn)品，為三相四線制，一臺(tái)產(chǎn)品可解決三相不平衡、功率因數(shù)、消除高次諧波、消除零線電流，凈化10KV及以上電網(wǎng)及10KV配電變壓器，盡大努力使10KV及以上電網(wǎng)和配電變壓器只流過(guò)三相平衡的50Hz的有功電流，從而大程度的降低線路損耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行容量35%，降低系統(tǒng)投資，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命5年以上，還能提高末端電壓。

本方案提出的補(bǔ)償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行。

三相電流大小不同、電流與電壓存在相位角時(shí)，都可分解為正序、負(fù)序、零序三種電流，通過(guò)本設(shè)備可在2.3毫秒時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的負(fù)序電流、零序電流和零線電流注入電網(wǎng)中，以抵消電網(wǎng)中的無(wú)功分量負(fù)序電流和零序電流，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)三相平衡、功率因數(shù)為1、零線電流為0的理想結(jié)果。同時(shí)計(jì)算出電網(wǎng)中19次以下各高次諧波的大小和相位角，在2.3毫秒內(nèi)也產(chǎn)生這些高次諧波對(duì)應(yīng)的大小相等、方向相反的高次諧波電流注入電網(wǎng)中，抵消這些高次諧波，以達(dá)到消除高次諧波的目的。

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器直接與0.4kV電網(wǎng)連接，盡量提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，主電路拓?fù)洳捎萌娖浇Y(jié)構(gòu)，與兩電平結(jié)構(gòu)相比，三電平結(jié)構(gòu)輸出電流諧波含量更低，IGBT電壓應(yīng)力更小。

三、10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器

本設(shè)備是配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器的擴(kuò)展產(chǎn)品。通過(guò)一臺(tái)特殊設(shè)計(jì)的10/0.4KV變壓器，把10KV電壓降為400V或1140V，接配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器，補(bǔ)償器的控制器重新設(shè)計(jì)，采集10KV線路的電流、電壓信號(hào)，以此為計(jì)算依據(jù)，目標(biāo)為消除此點(diǎn)的10KV負(fù)序電流、零序電流、及高次諧波電流。

1、主要功能、性能指標(biāo)

（1）感性、容性無(wú)功功率線性平滑自動(dòng)補(bǔ)償

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的平滑補(bǔ)償，可以補(bǔ)償感性無(wú)功也可以補(bǔ)償容性無(wú)功，感性與容性無(wú)功可自動(dòng)平滑切換，補(bǔ)償準(zhǔn)確、快速，沒(méi)有過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償現(xiàn)象。

（2）并網(wǎng)電流諧波

在電網(wǎng)背景電壓符合GB/T 14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的要求時(shí)，并網(wǎng)逆變器發(fā)送無(wú)功電流時(shí)，輸出電流的電能質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足：

當(dāng)補(bǔ)償器工作在額定容量的50~時(shí)，應(yīng)達(dá)到下列輸出波形要求：電流總諧波畸變率不超過(guò)3%，其中，奇次、偶次諧波電流含有率不超過(guò)GB/T 14549的相關(guān)要求。

（3）快速補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間

綜合補(bǔ)償器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償電流由正額定電流至負(fù)額定電流變化時(shí)，全響應(yīng)時(shí)間小于5ms。

（4）功率因數(shù)控制

設(shè)定考核點(diǎn)功率因數(shù)目標(biāo)值以后，綜合補(bǔ)償器可以自動(dòng)發(fā)出無(wú)功功率以滿(mǎn)足設(shè)定值要求。

（5）諧波補(bǔ)償功能

綜合補(bǔ)償器具備負(fù)荷電流的諧波補(bǔ)償功能，低于20次的諧波分量具備75%以上的補(bǔ)償率。

（6）不平衡治理功能

綜合補(bǔ)償器具備不平衡電流的治理功能，在整機(jī)補(bǔ)償功率下三相電流不平衡度可以控制到2%以下。

（7）多機(jī)并聯(lián)可擴(kuò)展容量功能

可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)綜合補(bǔ)償器并聯(lián)運(yùn)行自動(dòng)補(bǔ)償，并聯(lián)運(yùn)行后可擴(kuò)展整體補(bǔ)償能力。

（8）故障自復(fù)位功能

對(duì)于電網(wǎng)掉電等故障，故障恢復(fù)以后具有故障自復(fù)位重新開(kāi)機(jī)的功能。

（9）相序自適應(yīng)功能

整機(jī)具有詳細(xì)自適應(yīng)功能，三相ABC可以任意相序連接整機(jī)，具備相同補(bǔ)償效果。

（10）電磁干擾和電磁兼容

10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器的電磁兼容水平應(yīng)符合CGC/GF004:2011、GB/T 17626、GB 17799、IEC 61000-6的要求。

（11）噪聲

當(dāng)10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器輸出的額定功率時(shí)，在距離設(shè)備水平位置1m處，用聲壓級(jí)計(jì)測(cè)量滿(mǎn)載時(shí)的噪聲不應(yīng)大于70dB(A)。

2、10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器的保護(hù)功能

（1）輸入過(guò)壓、欠壓保護(hù)

并網(wǎng)補(bǔ)償器必須具備完備的直流過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能。

（2）內(nèi)部短路保護(hù)

當(dāng)并網(wǎng)補(bǔ)償器內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)（如IGBT直通、直流母線短路等），補(bǔ)償器內(nèi)的電子電路和輸出繼電器應(yīng)快速、可靠動(dòng)作，任何情況下都不能因補(bǔ)償器內(nèi)部短路原因?qū)е码娋W(wǎng)側(cè)的過(guò)流保護(hù)裝置動(dòng)作。

（3）過(guò)熱保護(hù)

并網(wǎng)補(bǔ)償器應(yīng)具備機(jī)內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)高保護(hù)（例如著火引起的機(jī)箱內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)高）、機(jī)內(nèi)關(guān)鍵部件溫度過(guò)高保護(hù)等基本過(guò)熱保護(hù)功能。

（4）輸出過(guò)流保護(hù)

在正常的補(bǔ)償器運(yùn)行環(huán)境和符合國(guó)標(biāo)要求的電網(wǎng)環(huán)境下，補(bǔ)償器不應(yīng)出現(xiàn)誤停機(jī)、誤報(bào)警和其他無(wú)故停止工作的情況。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，補(bǔ)償器應(yīng)能夠按照設(shè)計(jì)的功能可靠動(dòng)作。

（5）整機(jī)阻燃性和環(huán)境適應(yīng)性

IEC 62109（CE認(rèn)證安規(guī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)）和UL1941標(biāo)準(zhǔn)中的安規(guī)、阻燃要求是對(duì)補(bǔ)償器提出的低要求。

補(bǔ)償器在任何情況下均不允許產(chǎn)生蔓延性火災(zāi)。

補(bǔ)償器機(jī)體內(nèi)應(yīng)裝有環(huán)境溫度、濕度控制、保護(hù)繼電器以加強(qiáng)整機(jī)的環(huán)境控制、保護(hù)能力。

（6）故障的記錄與顯示

補(bǔ)償器必須能夠記錄設(shè)備故障信息，補(bǔ)償器歷史故障記錄既能從本地顯示屏調(diào)取，又能由監(jiān)控后臺(tái)遠(yuǎn)程調(diào)取。

四、智能型末端升壓器

由于線路長(zhǎng)，降低線路電流而提高的電壓值可能無(wú)法抵消線路末端由于線路壓降造成的末端電壓低的值，這時(shí)，可在400V線路適當(dāng)位置放置一臺(tái)或幾臺(tái)智能型配網(wǎng)末端升壓器，就可保證整條線路用戶(hù)側(cè)電壓符合供電電壓要求。

該升壓器由升壓?jiǎn)卧⒐β室驍?shù)補(bǔ)償單元、控制單元、通信單元組成，安裝在相電壓160—190V處，自動(dòng)升壓到相電壓198—235V，并有突波吸收和就地?zé)o功補(bǔ)償功能。

該升壓器是采用電力電子技術(shù)，具有自動(dòng)切除和投入，具有旁路功能，無(wú)停電，無(wú)涌流，反應(yīng)速度20ms，三相升壓器具有就地進(jìn)行三相電壓不平衡補(bǔ)償功能，并能自動(dòng)就地進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，使上段線路輸電電流減小，減少損耗和提高電壓。

五、結(jié)論

整條10KV入口處加裝配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器、10KV電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器，由于這兩種設(shè)備為電力電子產(chǎn)品，容性感性補(bǔ)償均可，負(fù)序電流、零序電流、高次諧波電流均可消除，反應(yīng)時(shí)間＜5ms，運(yùn)行為線性，設(shè)備中無(wú)電解電容和接觸器運(yùn)行安全可靠，使用壽命15年，可保證用戶(hù)產(chǎn)生的非有功電流阻止在10KV電網(wǎng)外，使10KV及以上全部電網(wǎng)只流過(guò)有功電流。從而提高電網(wǎng)安全性，降低線路損耗至少20%，提高電網(wǎng)利用率，降低系統(tǒng)溫升，延長(zhǎng)電網(wǎng)使用壽命至少5年。

通過(guò)智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)、智能型末端升壓器，可保證電網(wǎng)對(duì)用戶(hù)供電的電壓符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

該技術(shù)采用中控技術(shù)，解決電能質(zhì)量的設(shè)備為集SVG、有源濾波、零線電流分流器為一體的電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器，末端升壓器為智能型升壓器，理論上可達(dá)到全部解決電網(wǎng)電能質(zhì)量和降低線路損耗的目的。