面向电力客户的新型配电系统的构想（Ⅱ）
>　　袁明友¹，杨　兵²，肖先勇³　杨洪耕³3．四川大学，四川成都　610065）

1　面向电力客户配电侧电能质量控制
1．1　配电侧电能质量控制系统的作用
　　为了实现面向消费者的电能质量服务，在QCC［1］中需要提供多个标准的电能质量，因此，QCC应该具有提高电能质量的能力，这种能力可以实现下面功能。
　　①灵活改变配电网络的结构：根据面向电力客户的电能质量要求的概念，配电网的结构可以通过在QCC安装转换开关来改变，因此，这种网络重构，能迅速消除故障线路，因此供电中断的频率可以大为减少。②DG和DESS的适当控制：在QCC中安装DG和DESS，就象在故障状态下提供备用电源一样，可以提高供电的可靠性。③其他改进电能质量装置的适当控制：“电能质量”不仅是指供电的可靠性，同时还有波形畸变、电压骤降、电压骤升、瞬间中断、电压不平衡等等，如下一节的讨论。通过采用电能质量改进装置，如UPS、AF、AVR、DVR、SVC、FCL等，QCC将较好地解决这些问题。
1．2　电力需求侧电能质量标准的不同定义及相应的控制系统结构
　　面向电力客户的电能质量指标可以从三个方面来定义，这三个方面分别是：电压稳定性（包括低电压和过电压、电压骤降、电压骤升、相位偏移、闪变、频率等）、供电连续性（瞬间突然停电、临时停电、计划停电等）、电压波形（暂态波形、三相不对称、谐波电压与谐波电流等），这三方面是基于在电能质量控制系统中便于进行补偿和控制而提出来的。一方面，电压稳定性指标可以通过采用电力电子设备、变压器、小容量的储能设备来得到补偿，另一方面，为保证供电的连续性，需要大容量储能设备，或用户侧分散的自备发电机组，但是为了补偿电压波形，又要求储能设备和分散发电机组的容量小，不影响电压波形，这样就形成了一对矛盾。
　　不同的消费者，对电能质量标准的要求不同，消费者的电能质量标准，可以用表1来定义，表1定义了这三个电能质量标准，即：正常质量标准、高质量标准和特殊质量标准。在晶体管整流换流过程中出现的电压偏移和频率偏移等特殊性问题这里暂时不考虑，频率偏移可以通过高压输电网来进行弥补，电压偏移可以在晶体管整流器的输入端采用交流电抗、电容，或变压器来调整。
　　在表1定义的电能质量中，电压骤降和电压骤升的补偿比对供电中断的补偿更重要，与如图1所示的电能质量控制系统结构相同。表1中，“A”完全补偿，“B”是有时补偿，有时不能补偿，“C”表示不能补偿，如图1所示。
　　在电能质量控制中，为了减少配电损失、电压骤降、电压骤升和电压中断，设置了转换开关，在正常电能质量线路上，有的扰动可以通过转换开关来避免，但是，如果扰动影响到两条线路，转换开关就没有作用了。低电压和过电压可以通过设定的变压器抽头转换来补偿，雷击引起的瞬间过电压可以通过控制系统输入端的避雷器来防止。在高电能质量线路上，电压骤降、电压骤升和相位偏移可以通过电压调节设备，如DVR来补偿，但是，对于中断供电等情况，如向电能质量控制中心供电的两条线路都中断供电时，电能质量就得不到补偿，闪变也可以用DVR来补偿。尽管电压不平衡和谐波也可以用DVR的高频率切换来补偿，但是由于会产生较高的转换损失，一般不采用这种方式。对于特殊的电能质量线路上，供电的中断采用UPS来补偿。并联的UPS是为了减少换流器能量的损失。如果在UPS的直流侧安装DG（比如，小型发电机或充电电池），电力公司的计划停电在用户侧也可以避免。此外，由负荷引起的谐波电流和三相电流不平衡，通过高频率的UPS切换可以得到改善，结果，虽然采用并联UPS，对于由电源侧引起的三相电压不平衡和电压谐波不能得到补偿，但是由负荷引起的三相电压不平衡、谐波电压等可以得到补偿。　　串联无功补偿是SVG或STATCOM可以用来代替DVR，在这种情况下，即使大的电压骤降不能得到补偿，但是由负荷引起的谐波电流和三相电流不平衡可以得到补偿，这时的电能质量标准如表2所示。假如负荷质量很差，它产生谐波和三相不平衡，这种负荷连接到高质量水平负荷侧，这种结构比图1的结构更恰当。
　　当用带整流器和逆变器的串联UPS代替并联UPS时，电能质量如表3所示，在这种情况下，由负荷引起的三相不平衡和谐波，就如同UPS产生的损耗一样，都比并联UPS大。在多电压骤降或骤升的限制比对电源中断要求更重要时的电能质量如表4所示，相应的电能质量控制系统结构如图2所示。在这个电路中，采用串联UPS，UPS的整流器一般运行在整流状态下，当进入控制系统的两条线路同时断电时整流器才运行在逆变状态。当UPS的整流器的运行状态改变时，电压波形会出现中断，当整流器的运行模式改变时，高电能质量和特殊电能质量要求的逆流线路的开关断开，如果DG安装在UPS的直流侧，高电能质量和特殊电能质量要求的线路上的供电中断将得到同时补偿。
2　电力需求侧电能质量控制系统的结构及其仿真结果　　
　　为了保证配电系统对电力客户供电的不间断，引入UPS的电能质量控制系统结构如图3所示，也可提供直流电源，这种结构与图1基本相同，因此，可以提供三个水平的电能质量和直流电源。正常和故障运行状态如下：　　（1）正常运行状态下：正常电能质量和高质量的供电具有相同的电压波形，这是因为它们都是直接通过变压器从配电网接受电能，另一方面，有特殊质量要求的负荷通过两个可控PWM换流器得到很好水平的波形，由于在正常范围内两个换流器的直流电压可以调节，两个PWM换流器之间的直流功率可以在DG、DESS和直流负荷之间的转换得到理想的内部结构，这是不同于一般UPS的特点。　　（2）故障状态下的运行：如果电能质量控制系统完全不能从网络进行供电，负荷可以通过安装在EQCS上的DG、DESS供电，在这种运行方式下，供电的可靠性可以得到提高。但是，万一DG和DESS的容量比为了高可靠地维持其他负荷所需要的总容量小，低供电可靠性的负荷就必须被固定开关切除，在这一过程中，变压器1的短路器退出，PWM1进入换流模式，这样高电能质量负荷通过PWM1供电，因此，PWM换流器的容量比一般的UPS的容量小。
3　仿真结果分析与结论
　　为了验证上面提出的电能质量控制系统的正确性和可行性，对于供电系统出现故障的情况下，采用此控制系统后对于三个不同电能质量要求的电力客户提供的电能的电压波形进行了仿真。
　　仿真结果表明，当配电系统因为事故或故障，突然发生中断供电后，由于正常标准要求的负荷供电可靠性最低，被切除，高质量标准和特殊标准的负荷由DG继续供电。由于DG和DESS的容量有限，难以同时满足后两类用户的需求，从仿真结果可以看出，一般标准的电力客户在事故后0．18s就停止供电，高标准要求的客户的电压波形在0．18～0．38s之间略有波动，但不影响供电的连续性，在0．4s以后，由于容量的限制供电被终止，对于有特殊要求的电力客户的电能质量几乎没有任何影响，说明采用这种方式对于提高电力需求侧的电能质量是有意义的。但是，对于整个配电系统而言，要想采用这一方法来控制电能质量，要求DG和DESS的容量很大，对器件、控制技术和投资都提出了严峻的挑战，因此，要达到实用化尚需要作更进一步、更广泛、更深入的研究和实践。参考文献
［1］　杨兵、邓毅等．面向电力客户的新型配电系统（Ⅰ）［J］．四川电力技术，2002年3期．
［2］　J．Douglas，Powerqualitysolutions，IEEEPowerEngineering　Review，pp．3－7，1994．
［3］　N．Hingorani，OverviewofCustomPowerApplication，IEEE　PESSM’98，SanDiego，1998．
［4］　KoichNara，JunHaseawa，TsutomuOy[1][2]下一页