1 主动式配网-电网新发展

　　去年7月，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，确定“加强城市配电网建设，推进电网智能化”作为城市基础建设的重点任务;国家电网公司要求，到“十二五”末，城市配电网综合电压合格率要达到99.30%，农网综合供电电压合格率高于97.80%，这无疑将会推动主动配电网的发展。

　　主动式配电网，即内部具有分布式电源并高度渗透，功率双向流动，具有主动控制和运行能力的配电网络。相比于传统的配电网提出了新的要求，主动配电网的架构发生了较大变化，具有态势感知下的主动调节能力，不仅支持分布式电源的大量接入及即插即用，还可以实现与用户之间的能量互动、用电信息互动。这对电能质量、安全性和可靠性提出更高要求，通过需求侧管理协调当地能源管理，最终实现分布式发电、可再生能源与大规模集中发电的有效整合。与此同时，以风电、太阳能发电为代表的大规模间歇式能源具有较大波动性，势必对电网的稳定安全带来影响;电动汽车不同于一般的商业或居民用电负荷，充放电过程也会对电网的潮流也带来波动，因此，对并网电源和充放电装置做好监视和控制，正是主动配电网的优势所在。

　　《电网“十二五”规划》对智能配电网提出了安全可靠、优质高效、灵活互动的三大目标，其核心内容之一是使配电网具有更高的供电可靠性，具有自愈(重构)功能，最大限度减少供电故障对用户的影响。由此我们可以推论：解决当前供电可靠性不足和提高电能质量是配电网未来的发展重点。

　　主动式配网系统发展方向：(1)加强监控。采用更加经济、可靠、先进的传感、通信和控制终端技术，实现对配电网运行状态、资产设备状态和供电可靠状况的实时、全面的监视，实现配电网的可观测性。(2)提高可靠性和电能质量。研究智能配电网控制理论和方法，实现电网自愈控制;研究分布式电源并入配电网运行控制与保护技术，优化发输配用各环节的协调调度;研究利用电力电子技术，实现电能质量控制和电能的灵活分配，降低三相不平衡、降低线路损耗、提高变压器出力、保护变压器、无功补偿、解决线路末端低电压问题，提高供电可靠性和电能质量。(3)电网公司对智能配电网的定位：以覆盖全部配网设备为基本考虑;以信息资源综合利用为重要手段;以配网调度/生产指挥为应用主体;以提高配网管理水平为主要目的。

　　主动式配网将基于信息化架构网络，实现配网实时信息监测、配网设备调度、能源管理，监控电能质量并采用调度控制的手段，将配置于配电网的电能质量治理装置，进行调度控制，以最优化的处理方式达到解决电能质量问题的目的，但其中最核心的内容是，通过信息化的技术手段，实现主动式电能质量监测和调度处理，通过大数据系统，进行潮流分析，实现电网安全可靠运行。

　　2 配网系统电能质量现状

　　对于配网系统存在的电能质量问题有：

　　(1)谐波问题

　　随着分布式电源的发展，越来越多的分布式电源接入配电网，而分布式电源可以看作是一种向配电网注入谐波的非线性负荷，以及接入配电网的其它负荷，使得配电网含有大量的谐波成分，谐波污染将导致接入配电网的负荷设备安全，造成了配电网风险。

　　(2)无功问题

　　配电网用电负荷无功需求越来越大，分布式电源接入主动式配电网，也造成了配网系统无功调节的问题，对于配电网络，不同位置接入分布式电源，通过主动式电能质量系统实现无功的调节。

　　传统的无功补偿主要是采用无源的方式实现，通过投切电容器/电抗器的方式补偿容性无功/感性无功，通过投切电容器/电抗器的方式实现，无法线性补偿，容易出现过补偿或者欠补偿，而且最主要的问题是电容器/电感器补偿，容易造成与电网发生谐振，另外无源方式补偿频繁的投切，容易造成开关器件触点的损坏，而且传统的无功补偿，无法监控设备的运行状态，导致设备在实际应用中高的损坏率;无源补偿设备体积大，重量重，维护性差以及受温度等环境因素的影响，电容器/电抗器参数容易发生变化，极易与电网发生谐振，危害电网运行安全。

　　末端低电压问题：随着经济发展，以及城市化建设步伐的加快，办公大楼、居民小区、城市路灯供电、以及在建项目等，用电负荷快速增长，在用电负荷大的时间段，台区电网电压的跌落，导致部分设备无法投入运行，尤其是线路末端，低电压的问题非常严重;在用电负荷小的时段，台区电网电压过高，由于电网电压高造成用电电气损坏，目前主要的措施还是通过人工的方式，根据用电负荷情况，调整变压器变比，从而调节变压器二次侧的电压，但该方法无法做到实时性，还依然存在以上的末端电压过低的问题，以及随着电网负荷的波动，台区电网电压波动较大的问题，给生产生活造成了严重的影响，传统的低压补偿采用投切电容器或者电抗器的方法，不仅无法实现电压的精确稳定，而且电容器，电抗器的损坏率非常高，可维护性差，并且存在与电网谐振的风险。

　　尤其在实施“家电下乡”政策后，大功率家用电器进入寻常百姓家，家用电器单台容量大多数从几百瓦到几千瓦不等，而且都是采用单相220V电源供电，造成单相负荷激增，而且客户用电水平高低不齐，用户增容存在不可控性，由于三相负荷的不平衡，导致三相电压存在不平衡性，而且随着负载的波动，电网电压波动范围非常大，远远超过普通电器的供电电压范围，而且存在接入不同相的负荷由于电压的不平衡性，存在有些设备由于电压过高而烧损，而负载重的相存在电压过低用电设备无法投入运行;严重影响了居民的生产生活用电，同时造成严重的经济损失，降低了电网运行的安全性和可靠性。

　　(3)三相不平衡问题

　　三相功率不平衡问题很早已经被提出，在农网改造时也通过优化配电网络等方式，对三相不平衡进行了一定改善。但因为存在以下诸多方面情况，三相不平衡始终还是很突出地存在着：①农网中的单相两线线路总是不可避免，尤其是低压分支线路中，单相两线线路占一定比例;②在下户线接火施工中，总有或随意接单相负荷，或为了不接成380V而把单相负荷都接到中间两根线上;③人民群众生活水平不断提高，大功率家用电器大量进入寻常百姓家，造成单相负荷激增，单相用户增容具有不可控、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等情况，都很容易造成负荷严重不平衡。

　　一直以来，配电网中解决三相不平衡问题主要依靠人为经验。工作人员通过观测台区变压器出线端三相电流大小来判断不平衡电流，然而中性线电流往往被忽视，造成较大的电能损失，同时影响电网运行的安全。随着国家对节能的要求以及人民群众对用电可靠性的要求不断提高，需要对农网中存在的三相功率不平衡问题进行更加深入的分析，同时采用先进的技术手段，尽可能减少人为参与因素，解决三相功率不平衡问题。

　　现阶段，广泛采用的技术方式为柱上无功补偿装置，安装在台区变压器低压出线侧，一般采用分相无功补偿方式来消除不平衡的无功功率，以达到平衡功率的目的。这种方式实际应用时存在很多局限：一方面，三相功率不平衡除了无功不平衡，同时包含有功不平衡，无功补偿装置无法满足平衡有功不平衡的功能;第二方面，用电负荷组成越来越复杂，无功已经不单单是以感性无功方式出现，而目前采用的是电容式的无功补偿方式，对于线路容性无功束手无策，尽管采用分相补偿，仍起不到消除无功不平衡的作用;第三，农网三相不平衡造成的线路损耗主要集中在台区变压器低压线缆，在变压器低压出线安装补偿装置，仍旧无法解决低压线路的损耗;第四，由于无法实现补偿的连续性，电容分相补偿适用范围大大降低。

　　3 常用的技术说明及比较

　　3.1 无功补偿及低电压治理技术

　　针对以上配电网存在的电能质量问题，配电网无功需求大，导致配电网存在以下问题：

　　(1)配电网功率因数低;

　　(2)由于无功导致变压器有功出力不足;

　　(3)变压器自身无功消耗较大，尤其在轻负载的情况下，导致功率因数特别低，无法达到功率因数要求;

　　(4)无功导致线路损耗增大;

　　(5)无功导致线路末端低电压问题严重。

　　传统无功补偿方式为电容补偿：电容补偿存在诸多缺陷与不足，如前文所述;而为了克服传统补偿设备的不足，新型的主动有源补偿设备---静止无功发生器诞生，户外静止无功发生器装置并联在线路中，根据负载三相无功功率以及变压器空载无功消耗情况，将设备安装于变压器二次侧出线端，最终实现动态无功补偿。

　　图1 户外静止无功发生器装置系统原理图

　　采用户外静止无功发生器，可以解决配电网无功引起的一切问题。以下就传统电容补偿与静止无功发生器之间的差异性列表如下：