摘要：為了提高終端用戶配電系統(tǒng)運行的可靠性和供電電能質(zhì)量，該文在傳統(tǒng)低壓終端配電自動化方案的基礎(chǔ)上提出了一種電能質(zhì)量集散控制系統(tǒng)方案。該控制系統(tǒng)方案的集中控制部分不僅繼承了傳統(tǒng)配電自動化的功能，而且將傳統(tǒng)被動的電能質(zhì)量監(jiān)測分析功能增強為主動的電能質(zhì)量拉制功能;分散控制部分由集成在標(biāo)準(zhǔn)的抽屜式配電開關(guān)桓中的若干個電力電子變流器子模塊組成，不僅能在終端配電支路處降低負荷間的電能質(zhì)量影響，同時也改善了電網(wǎng)入口處的電能質(zhì)量。最后，實驗結(jié)果也證明了所提方蒙是可行的.

關(guān)鍵詞：配電自動化;電能質(zhì)量;集散控制;非線性控制

1前言

電能的實用性在世界各個領(lǐng)域的發(fā)展中都起到舉足輕重的作用，清潔能源在電能的使用中主要體現(xiàn)在電壓電流的諧波、頻率、無功及不平衡度等指標(biāo)上。對于公用電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，電力電子設(shè)備及各種類型的非線性負載的投切會產(chǎn)生大量的電能污染，可導(dǎo)致停電、電能利用率低及損壞精密儀器和設(shè)備等問題，對人們的生活產(chǎn)生不利影響并可能帶來經(jīng)濟上的嚴重損失。因此，電能質(zhì)量的分析和研究對生活工作及經(jīng)濟發(fā)展等各方面均有著重要意義。

2電能質(zhì)量的定義

電能質(zhì)量就是對電網(wǎng)中電壓、電流品質(zhì)的衡量，對于正常情況下供配電系統(tǒng)中存在的電壓、電流的頻率均為50Hz，為對稱的三相正弦波形，理想狀態(tài)下電壓、電流波形均為平滑的正弦曲線，三相電流或電壓的幅值相等。電壓或電流曲線的平滑程度、幅值平衡程度及相位對稱程度等指標(biāo)決定了電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

3控制系統(tǒng)介紹

3.1集中控制器硬件結(jié)構(gòu)

首先通過信號調(diào)理電路提取相關(guān)模擬信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7606轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入1#FPGA芯片(EP2C20Q240C8)，此芯片將數(shù)據(jù)再送入ARM芯片(STM3F105)和DSP芯片(320F2835) 進行分析和計算。ARM芯片主要析所采集到的電參量信息從而實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、保護、預(yù)警等傳統(tǒng)配電自動化的功能;DSP芯片主要負責(zé)計算入口處的剩余諧波、無功、不平衡電流以及分析各分散控制器的運行數(shù)據(jù)，合理地決策出將剩余諧波和無功補償量分配給具有剩余容量的子模塊。2#FPGA芯片(EP2C20Q240C8)負責(zé)光纖端口的擴展，與每臺分散控制器以串口的方式進行高速點對點通信，速度可達10Mbs，將所需的補償量等數(shù)據(jù)及時發(fā)送至變流器子模塊。

3.2集中控制器的協(xié)調(diào)控制方法

采用額定輸出電流的有效值表示分散子模塊的補償容量，集中控制器與子模塊的通信數(shù)據(jù)格式，在集中控制器的FPGA內(nèi)模擬多個獨立的串行通信口，各子模塊作為通信主機每半個工頻周期發(fā)送一次本機的運行狀態(tài)和各種數(shù)據(jù)，包括本機是否補償正常、通信接收是否正常以及剩余容量、溫度數(shù)據(jù)、經(jīng)DF計算的本地負載各次諧波值、基波無功值等。集中控制器作為通信從機在接收到子模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即進行分析與計算，在半個工頻周期后將計算好的數(shù)據(jù)下發(fā)到對應(yīng)的子模塊進行補償，發(fā)送的數(shù)據(jù)應(yīng)包含本控制器運行是否正常、通信接收是否正常、補償參數(shù)、設(shè)置參數(shù)以及配電開關(guān)柜總?cè)丝谔幗?jīng)DF計算的需要對應(yīng)子模塊補償?shù)母鞔沃C波、基波無功值等數(shù)據(jù)。如果子模塊能接收到集中控制器發(fā)來的補償數(shù)據(jù)并且本子模塊運行正常，此時可輸出相應(yīng)的補償容否則本子模塊不參與集中控制器的協(xié)調(diào)控制。

3.3分散子模塊的結(jié)構(gòu)及控制算法

由電力電子變流器組成的分散式電能質(zhì)量控制器子模塊。變流器采用三電平拓撲結(jié)構(gòu)，與兩電平結(jié)構(gòu)相比體積更小、功率密度更高，方便標(biāo)準(zhǔn)的抽屜式開關(guān)柜結(jié)構(gòu)集成化。關(guān)于有源濾波器的控制器設(shè)計已經(jīng)有諸多研究，如比例諧振控制、重復(fù)控制、無差拍控制、魯棒控制、無源控制等。其中無源控制本質(zhì)上是一種非線性控制，其控制思想是一種基于能量的控制方法，具有物理含義明確、控制簡單等優(yōu)點但是傳統(tǒng)的控制存在收斂誤差等缺點，為此，本文提出一種基于無源控制的新型控制方法。

4供配電系統(tǒng)智能監(jiān)控及治理

4.1系統(tǒng)化監(jiān)測

電能質(zhì)量的監(jiān)測點分布在電力系統(tǒng)的不同區(qū)域，選擇相應(yīng)的測量點以獲取不同的測量信息及數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過遠程通信發(fā)送到中轉(zhuǎn)處理中心進行集中處理。不同的電能質(zhì)量特性采用不同的監(jiān)測裝置，用上位機遠程設(shè)置不同的采集和計算模式，以便更快速地獲取現(xiàn)場的電能狀態(tài)，并及時做出合理反應(yīng)。電壓閃變及不平衡度處理對電力系統(tǒng)產(chǎn)生短時的干擾和影響，可能存在非周期性，無法提前以智能控制訓(xùn)練獲取相應(yīng)的變化趨勢，需要設(shè)定直接返回指令以面對不同區(qū)域的不同數(shù)據(jù)信息。諧波及無功的變化治理是根據(jù)負載的長期穩(wěn)定運行得到的，根據(jù)負載現(xiàn)場的運行特性，采用系統(tǒng)化的歸類和治理方案選取自動匹配不同特性的供配電系統(tǒng)，以滿足不同指標(biāo)的用電需求，提用電可靠性和穩(wěn)定性。此外，故障特性及數(shù)據(jù)整理將自動存儲到用戶端，以便查看不同時刻的用電情況42就地監(jiān)測由于諸多客觀因素的制約，部分區(qū)域無法實時處理在線數(shù)據(jù)，需要對電能質(zhì)量進行就地監(jiān)測治理。電能質(zhì)量的治理需要現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)進行計算和分析，才能得出最為合適的治理方案。便攜式測量裝置能直接到現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和測量，這樣使數(shù)據(jù)的提取變得十分便捷并能與現(xiàn)場的供配電情況相結(jié)合，綜合地反饋到治理中心進行處理或經(jīng)驗積累，以備后續(xù)進行綜合電能質(zhì)量治理。這種方式適用于各個供配電范疇，對于系統(tǒng)化治理的電能質(zhì)量問題也可結(jié)合局部就地監(jiān)測治理，按照月或季的方式進行重新擬合，以獲得最佳的治理效果。這種方式的治理是針對負載特性較穩(wěn)定的場合，需要對負載的變化進行定時間的測量后進行類推治理，對實時性要求高或負載變化非周期性情況不適合。

5提高電能質(zhì)量的方法

電能質(zhì)量問題的處理決定了用電設(shè)備的使用效率和安全性，必須采取有效、穩(wěn)定的治理方案才能達到理想效果，主要分為以下幾種：

5.1電壓偏差治理

控制樞紐的調(diào)控決定了電壓的整體趨勢，在源頭處進行調(diào)整會起到直接作用。中樞點的調(diào)壓方式一般分為逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓三種。發(fā)電幅值的調(diào)節(jié)在不同變壓器輸出端口進行分壓處理，改變相位即調(diào)整功率因數(shù)，或使用無功補償裝置。

5.2頻率偏差治理

電力系統(tǒng)的頻率很難去改變，調(diào)速器可對電網(wǎng)頻率進行校準(zhǔn)。

5.3諧波治理

諧波治理主要分為以下幾種：(1)對于非線性負載或其他諧波發(fā)生裝置的內(nèi)部進行改進，減少諧波的輸出。(2)無源濾波處理，采用電容和電抗器等裝置對諧波進行吸收，為諧波提供吸收通路，減少流人到用電端的諧波含量。(3)有源濾波處理，如有源電力濾波器(APF SREAPF是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置它能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進行快速跟蹤補償。在諧波源處就近安裝有源電力濾波器，是在諧波源設(shè)備已經(jīng)確定的情況下防止諧波電流注入電網(wǎng)的有效措施。靠近諧波源吸收諧波電流，是安裝濾波器的基本原則。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波。

5.4無功和三相不平衡治理

無功和不平衡的治理均可采用無源的方式，但由于無源治理方式無法治理動態(tài)變化的環(huán)境，采用靜止無功發(fā)生器及電能質(zhì)量綜合治理裝置進行治理，以達到精度和響應(yīng)速度的治理需求，為智能建筑的推進提供保障。

6結(jié)束語

配電自動化的目的是綜合運用先進技術(shù)和管理手段提高配電系統(tǒng)的可靠性，保障供電連續(xù)性，監(jiān)視并分析電能質(zhì)量問題，降低故障風(fēng)險，通過有效的診斷分析故障原因，提高電力系統(tǒng)管理效率，降低運行成本。現(xiàn)代配電網(wǎng)中電能質(zhì)量問題不僅會引起高耗能，而且會導(dǎo)致諸多事故和隱患，所以結(jié)合配電自動化解決好電能質(zhì)量問題具有深遠的意義。

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