关于配电网电能质量的监测与控制分析

关于配电网电能质量的监测与控制分析

曾涛

南京灿能电力自动化股份有限公司，江苏省南京市210000

摘要：目前，随着经济的发展，电力需求不断增加，配电网建设也在加强，对于配电网电能质量也有了更高的要求。对于电力系统来说，电能质量是电力行业需要重点关注的问题。因此，建立一个能实时监测配电网电能质量和临界负荷的质量控制系统，是提高电能质量、降低能耗的必要手段。本文在此基础上，对于导致配电网电能质量问题的原因进行了深入分析，从而提高电能质量监测与控制工作的水平，实现对配电网电能质量的全方位控制。

关键词：配电网；电能质量；监测；控制

随着科学技术的不断发展，监测与控制配电网电能质量有了更多的手段，不但大大提高了监测人员的工作效率，还增强了控制力度，真正意义上实现对配电网电能质量的实时控制。由于我国电能质量监测技术发展起来的时间还比较短，许多方面并不成熟，无法始终保持对电能质量的控制，很容易出现电能质量不过关的情况，影响到居民日常生活和工业生产。所以，对配电网电能质量进行监测和控制还是非常有必要的。工作人员可以通过各种手段监测电能质量，一旦发现配电网电能质量出现问题，就立即安排工作人员进行维修，将电能质量不合格的影响降到最低，确保配电网始终能够正常运行，避免人们的生产生活活动造成不利的影响。

1、配电网电能质量问题

1.1谐波污染

谐波是电网中的电流或电压，作为谐波，属于无效功率的范畴。谐波源包括以下几个方面：第一，电气设备制造；第二是电力质量过低制造；第三是电力输送和分配系统制造。

当电网的正弦主电压落在非线性负载的两侧时，负载在附加电压和吸收电流方面会变得不均匀，由此产生的畸变电流会影响电气设计。如果出现谐波，自动保护继电器将无法正常工作，这将影响保护继电器的效果，区域电网可能崩溃，导致停电。电机和发电机定子绕组在运行期间会产生额外的损耗、变化和散热，这大大降低了设备的工作效率。除此之外，存在大量谐波电流和电压还会增加网络损耗，导致电力设备过热，相关运行成本大大增加，并降低了配电网的电能质量[1]。

1.2电压偏差

当系统不工作或过度工作时，长期的电压位移将对系统运行的稳定性产生负面影响，这将导致机械效率降低、电气设备绝缘损坏、电机扭矩降低、照明设备运行，降低最大谐波电流和无功电容器功率，对系统的安全运行产生极为不利的影响。

1.3电网频率偏移

在电力网络运行中，频率偏差是衡量电网运行质量的重要指标，是衡量系统基频与标称频率的偏差程度。因为发电机的有功负载和有功功率之间的平衡关系到电网的稳定性，系统频率的重大变化将对发电厂和用户产生负面影响。

首先，涡轮叶片的剧烈振动会导致裂纹的形成，受机械寿命周期的影响。然后，当滤波器被激活时，无效电容器的功率发生变化。第三，电机转速的降低会影响发电厂的生产，而频率的降低会影响产品的质量。第四设备影响系统的一部分，系统不能正常工作；第五影响设备的输出功率、电机转速和机械效率。第六，如果功率增加，变压器和异步电动机励磁电流的增加也会影响配电网系统的电压。

2、电能质量的在线监测

目前，配电系统的电能质量控制按控制方式分为三类：特种设备的访问控制、电气系统的定期或不定期维护以及动态在线监测。由于输电、配电、和使用过程中电能质量的特殊性，前两种监测模型的监测结果在实时可靠性方面不能满足现代智能配电电能质量控制系统的要求。通过实时动态控制、连续采集、传输、运行分析、记录和存储网络数据，动态掌握频率偏差和电压、电压和雷电偏差、谐波不平衡和三相电能质量参数，分析动态计算和潜在的性能质量问题，采用准确的处理策略，有效改善和提高配电系统的电能质量，还应考虑电磁场对设备工作条件的影响，并优先考虑具有高电磁兼容性、硬盘驱动器和宽温度范围的无电极LCD与LED。电能质量控制系统提供数据控制和分析，提供强大的数据传输网络，实现同步和并行数据采集[2]。

3、配电网中电能质量监测与控制

3.1傅立叶变换法

该方法由法国数学家傅里叶提出，并用于分析信号平滑的周期。该算法具有计算速度快、算法简单、意义明确等优点，目前广泛应用于继电保护运行、电能质量控制、信号处理、谐波分析等领域[3]。如果周期信号相对稳定，则数据采集设备执行同步扫描，满足最大信号频率两倍以上的条件，畸变信号将根据基分量的形状快速转换为傅里叶变换，并分解为各种谐波分量。从不同谐波的振幅和频率可以获得更精确的信息，如相位，在这种情况下，傅里叶分析将导致光谱损失和光谱混合。当测试信号和频率不满足这些条件时，这可能会影响质量测量的准确性，此外，该方法必须考虑到整个整合期，无法充分利用天气信息。此时，当信号点发生显著变化时，频谱会在整个频率范围内扩展，而无需对局部信号进行精确分析，这一特性表明，这种转换方法不适合分析不规则信号。

3.2小波变换法

该方法是分析时间信号的工具，扩展和发展了傅里叶变换的思想，并进行了多步分析。与傅里叶方法不同，该方法能自动改变频率窗口的形状，解决了频率分辨率和时间分辨率之间的矛盾，在频域和时域都具有良好的局部化特性。它可以用来分析不稳定和变化的信号，在实际应用中，该方法通过连接不同信号的频率分量，在时间和空间上自动校正离散频率，教育转型过程的特点是教育结构的变化和教育的迅速弱化。因此，该方法能逐步实现信号平滑和详细的参考信息，可用于谐波控制、间谐波分析和电能质量控制，它广泛应用于数据压缩、信号处理、图像处理等领域。同时，虽然该技术有许多优点，但也有缺点，即分析结果与波转换函数的选择密切相关，如果不选择波函数，结果将对分析结果产生很大影响。因此，应选择这种方法。

3.3dq变换法

首先，采用电机磁场控制方法将旋转电机定子坐标转换为旋转读数坐标。在旋转坐标系下，用正交直流分量代替前三个相关的交流分量，实现交流电机转矩控制，有效地检测电气系统中的电压故障。然而，在实际应用中，三相扰动缺乏对称性，因此无法通过直接转换dq来分析三相系统中的电压扰动。

3.4S变换法

该方法本质上是一种时频分析方法，利用横向频率确定高斯窗口的大小，并在此基础上进行多步分析。这种方法可以称为傅立叶思想和变量思想的直接传播和耦合，与基于波的变换相比，该方法可以通过乘以某些基于波的变化的相移参考来解释连续波变换的相位校正。与傅里叶方法相比，高斯窗口的宽度和高度随频率变化很短，这消除了傅里叶分析中的宽度和高度误差。这一特性表明，该方法不仅具有带宽的局部转换和时域特性，而且不必满足容量增加的条件。

4、结语

由上文可知，随着配电网负荷的快速增加、分散式新能源的广泛使用以及工业用户对电能需求的不断增加，电能质量越来越受到供应商和消费者的关注，电能质量不合格将会直接影响到人们的正常生活，造成一定的经济损失。本文致力于对电能质量的定义、分类、标准和指标进行了全面深入的研究，制定了许多控制电能质量的手段，对配电网中存在的电能质量问题进行统计分析，提出有效的改善和控制措施，从而实现对配电网电能质量的实时控制，始终保障着配电网的正常运行，使得人们的生产与生活活动不会受到影响。

参考文献：

[1]徐保友，王森，冯维华，杨卫国.基于专家系统的电能质量监测与控制平台[J].现代建筑电气，2018，03:33-36.

[2]曲广龙，杨洪耕，李兰芳.主动配电网电能质量实时监测系统设计与实现[J].电力系统自动化，2019，10:117-123.

[3]李国武，李艳琼，陈伟.基于分布式电源接入的配电网电能质量分析与控制举措评估[J].电工技术，2020，04:1-3.

[4]王兴财，石鑫.提高配电网管理水平的配电自动化系统[J].中国科技信息，2018，21:103-104+97.