文/李兰芳 徐晓刚 吴国兵 蔡晓燕
电能质量的指标包括频率波动、电压正弦波畸变和电压偏差等。对农村电力网络来说，主要是电压质量问题。保证电压质量、使用户端电压波动范围在允许电压偏差范围之内，是农村电网建设、改造和运行中的主要任务之一。
当前，农村配网中电压不合格的情况分为电压偏低和电压偏高两种情况：
a）电压偏低。低压配网的电能质量问题主要体现为电压偏低问题，它是各种电能质量问题的综合体现。当功率因数较低，无功补偿不足造成线路无功损耗过大时，会出现线路末端用户电压偏低的情况；当线路负载率较高，三相负荷严重不平衡时，负荷畸重相会出现电压偏低的情况；低压谐波、电压闪变使配网电压发生畸变，会导致末端电压偏低；负荷随季节波动性大，配电线路供电半径过长，会产生较大的线路损耗，若调压能力不足也会使末端用户的电压偏低。
b）电压偏高。在丰水期，由于部分区域小水电开发较为集中，总装机容量较大，而水电资源丰富的区域一般经济都不发达，负荷密度小，丰水期小水电发出的电能无法就地进行平衡，引起线路末端电压升高。当台区变压器出现三相不平衡时，中性点会向负荷大的相移动，负荷大的相电压降低了，负荷小的相电压则会升高。
基于农村配网线路末端所存在的上述电压偏高或偏低的问题，我们研制了一种用于解决线路末端电压问题的三相电压无级调节装置，该装置还兼顾分布式补偿线路无功、治理三相负荷不平衡及谐波电流等功能。装置的研制基于高频电力电子变流技术，可以自动实时监测现场电压质量的状况，通过自适应协调控制方法使总体的电能质量达到最优的效果。
装置的电气主回路结构如图1所示。装置由2个功率单元和1个串联调压综合测控箱组成。串联调压综合测控箱实时监测用户负荷的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率及各次谐波电流，计算三相不平衡度、功率因数及电流谐波畸变率。根据计算的电能质量参数、电网线路的实际运行状况及外部环境温度进行协调控制和决策，确定电压调节、无功补偿、不平衡调节及谐波治理各功能模块的输出容量和工作参数，并发出指令到两个功率单元。
并联功率单元与电网线路并联连接，用于输出无功补偿电流、三相不平衡补偿电流以及各次谐波补偿电流；串联功率单元通过串联调压综合测控箱内的三组隔离变压器与配网线路串联连接，用于输出线路电压的补偿量。串联功率单元和并联功率单元之间通过直流支撑电容器连接在一起，并联功率单元在输出补偿容量的同时，还兼顾PWM整流，通过直流侧储能，维持直流侧电压稳定的功能。各个功率单元根据接收到的指令进行工作，调整各自的工作参数，输出相应的补偿类型和补偿容量，达到装置整体的运行效率最高、损耗最小、运行最安全可靠的最优运行状态。
图1 电压无级调节装置主回路结构
对所研制的电压无级调节装置进行建模仿真，模拟的三相电压源线电压为380V，线路末端的三相负荷分别为IA=55.2A，IB=55.2A，IC=68.4A；三相线路的阻抗分别为RA=0.2Ω，RB=0.2Ω，RC=0.5Ω。装置运行前、后线路末端的线路末端电压曲线如图2所示，装置运行前、后，线路前端的三相电流曲线如图3所示。
从装置运行前、后的电压实时数据曲线可看出，装置运行前，线路末端的三相电压的有效值分别为UA=209V，UB=209V，UC=186V，C 相电压超出电压合格标准【198V235V】；装置运行后，线路末端的三相电压的有效值分别为：U
图2 装置运行前、后线路末端电压的实时数据曲线
从装置运行前、后的电流实时数据曲线可看出，装置运行前，线路前端的三相电流的有效值分别为IA=55.2A，IB=55.2A，IC=68.4A，三相负荷的不平衡度为19.3%，超出标准允许的范围（≤15%）；装置运行后，线路前端的三相电流的有效值分别为
图3 装置运行前、后线路前端三相电流的实时数据曲线
农网电压无级调节装置采用了模块化的设计方案，使用灵活方便，成本低，装置可以根据线路末端电压的实际情况进行动态无级调节，电压调节精度高，实时性强；另外还可兼顾解决线路负荷的三相不平衡问题，有利于农网电能质量的综合治理，保障农网的安全稳定运行和节能减排，具有良好的应用前景和推广价值。
*基金项目：南方电网科技项目“基于电力电子变流技术的低压配网电能质量综合治理装置的研发与应用”（GDKJXM00000015）
作者简介：李兰芳（1981-），女，高级工程师，博士，任职于广东电网有限责任公司电力科学研究院，研究方向为配网电力电子技术；徐晓刚（1982-），男，高级工程师，硕士，任职于广东电网有限责任公司电力科学研究院，研究方向为配网电力电子技术；吴国兵（1979-），男，工程师，学士，任职于广州开能电气实业有限公司，从事电力电子技术方面的研究和产品设计工作；蔡晓燕，任职于广州开能电气实业有限公司。
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