一、用戶側(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量分析及解決方案

所謂用戶側(cè)，即直接面對用戶的電網(wǎng)，主要是10KV線路

普通用戶為10KV通過配電變壓器變壓為400V，由400V供給用戶設(shè)備，部分用戶直接在10KV線路上接設(shè)備，給10KV設(shè)備供電。這些用戶設(shè)備產(chǎn)生的是感性負荷，功率因數(shù)調(diào)整采用電容補償，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)問題還是三相不平衡度問題，都可把電流分解為正序、負序、零序電流，正序電流為三相平衡的有功電流，負序、零序電流為無功電流，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)量綜合補償器，可解決以上問題。

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)量綜合補償器可解決問題。

如果10KV線路長，可在低于9.5KV以下線路或電壓波動大處選用智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)，調(diào)壓范圍可達±20%，該調(diào)壓技術(shù)采用我公司的專利技術(shù)，由電力電子器件為主要元件，對補償變壓器進行磁場大小和方向的控制，實現(xiàn)調(diào)壓的功能，無機械觸點，調(diào)壓速度快，無波形畸變，無涌流，調(diào)壓不停電等特點。采用該技術(shù)，可以不管10KV線路壓降問題，由智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)完成電壓校正，保證用戶使用的電壓為合格的電壓。

如果配網(wǎng)線路長，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。

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

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

二、配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器介紹

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器是我公司經(jīng)過多年研發(fā)，經(jīng)過兩年掛網(wǎng)運行的考驗，證明產(chǎn)品是可靠且滿足目標設(shè)計的要求的產(chǎn)品。

該補償器是以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)運行容量35%，降低系統(tǒng)投資，延長系統(tǒng)使用壽命5年以上，還能提高末端電壓。

本方案提出的補償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡通訊等技術(shù)，采用先進的瞬時無功功率理論和基于同步坐標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，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出，實現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運行。

三相電流大小不同、電流與電壓存在相位角時，都可分解為正序、負序、零序三種電流，通過本設(shè)備可在2.3毫秒時間內(nèi)產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的負序電流、零序電流和零線電流注入電網(wǎng)中，以抵消電網(wǎng)中的無功分量負序電流和零序電流，從而實現(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。同時計算出電網(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)生這些高次諧波對應的大小相等、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，以達到消除高次諧波的目的。

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器直接與0.4kV電網(wǎng)連接，盡量提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，主電路拓撲采用三電平結(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電壓應力更小。

三、10KV電能質(zhì)量綜合補償器

本設(shè)備是配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器的擴展產(chǎn)品。通過一臺特殊設(shè)計的10/0.4KV變壓器，把10KV電壓降為400V或1140V，接配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器，補償器的控制器重新設(shè)計，采集10KV線路的電流、電壓信號，以此為計算依據(jù)，目標為消除此點的10KV負序電流、零序電流、及高次諧波電流。

1、主要功能、性能指標

（1）感性、容性無功功率線性平滑自動補償

配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合補償器可以實現(xiàn)無功功率的平滑補償，可以補償感性無功也可以補償容性無功，感性與容性無功可自動平滑切換，補償準確、快速，沒有過補償和欠補償現(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，并網(wǎng)逆變器發(fā)送無功電流時，輸出電流的電能質(zhì)量應滿足：

當補償器工作在額定容量的50~時，應達到下列輸出波形要求：電流總諧波畸變率不超過3%，其中，奇次、偶次諧波電流含有率不超過GB/T 14549的相關(guān)要求。

（3）快速補償響應時間

綜合補償器進行無功補償，補償電流由正額定電流至負額定電流變化時，全響應時間小于5ms。

（4）功率因數(shù)控制

設(shè)定考核點功率因數(shù)目標值以后，綜合補償器可以自動發(fā)出無功功率以滿足設(shè)定值要求。

（5）諧波補償功能

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

（6）不平衡治理功能

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

（7）多機并聯(lián)可擴展容量功能

可實現(xiàn)多臺綜合補償器并聯(lián)運行自動補償，并聯(lián)運行后可擴展整體補償能力。

（8）故障自復位功能

對于電網(wǎng)掉電等故障，故障恢復以后具有故障自復位重新開機的功能。

（9）相序自適應功能

整機具有詳細自適應功能，三相ABC可以任意相序連接整機，具備相同補償效果。

（10）電磁干擾和電磁兼容

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

（11）噪聲

當10KV電能質(zhì)量綜合補償器輸出的額定功率時，在距離設(shè)備水平位置1m處，用聲壓級計測量滿載時的噪聲不應大于70dB(A)。

2、10KV電能質(zhì)量綜合補償器的保護功能

（1）輸入過壓、欠壓保護

并網(wǎng)補償器必須具備完備的直流過壓、過流保護功能。

（2）內(nèi)部短路保護

當并網(wǎng)補償器內(nèi)部發(fā)生短路時（如IGBT直通、直流母線短路等），補償器內(nèi)的電子電路和輸出繼電器應快速、可靠動作，任何情況下都不能因補償器內(nèi)部短路原因?qū)е码娋W(wǎng)側(cè)的過流保護裝置動作。

（3）過熱保護

并網(wǎng)補償器應具備機內(nèi)環(huán)境溫度過高保護（例如著火引起的機箱內(nèi)環(huán)境溫度過高）、機內(nèi)關(guān)鍵部件溫度過高保護等基本過熱保護功能。

（4）輸出過流保護

在正常的補償器運行環(huán)境和符合國標要求的電網(wǎng)環(huán)境下，補償器不應出現(xiàn)誤停機、誤報警和其他無故停止工作的情況。當出現(xiàn)故障時，補償器應能夠按照設(shè)計的功能可靠動作。

（5）整機阻燃性和環(huán)境適應性

IEC 62109（CE認證安規(guī)測試標準）和UL1941標準中的安規(guī)、阻燃要求是對補償器提出的低要求。

補償器在任何情況下均不允許產(chǎn)生蔓延性火災。

補償器機體內(nèi)應裝有環(huán)境溫度、濕度控制、保護繼電器以加強整機的環(huán)境控制、保護能力。

（6）故障的記錄與顯示

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

四、智能型末端升壓器

由于線路長，降低線路電流而提高的電壓值可能無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，可在400V線路適當位置放置一臺或幾臺智能型配網(wǎng)末端升壓器，就可保證整條線路用戶側(cè)電壓符合供電電壓要求。

該升壓器由升壓單元、功率因數(shù)補償單元、控制單元、通信單元組成，安裝在相電壓160—190V處，自動升壓到相電壓198—235V，并有突波吸收和就地無功補償功能。

該升壓器是采用電力電子技術(shù)，具有自動切除和投入，具有旁路功能，無停電，無涌流，反應速度20ms，三相升壓器具有就地進行三相電壓不平衡補償功能，并能自動就地進行功率因數(shù)補償，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)量綜合補償器、10KV電能質(zhì)量綜合補償器，由于這兩種設(shè)備為電力電子產(chǎn)品，容性感性補償均可，負序電流、零序電流、高次諧波電流均可消除，反應時間＜5ms，運行為線性，設(shè)備中無電解電容和接觸器運行安全可靠，使用壽命15年，可保證用戶產(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，延長電網(wǎng)使用壽命至少5年。

通過智能型寬幅調(diào)壓配電系統(tǒng)、智能型末端升壓器，可保證電網(wǎng)對用戶供電的電壓符合標準要求。

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)量綜合補償器，末端升壓器為智能型升壓器，理論上可達到全部解決電網(wǎng)電能質(zhì)量和降低線路損耗的目的。