[关键词]单相UPQC；控制算法；仿真
中图分类号：TF046.6文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）17-0262-02
1引言
本文提出了一种新型单相UPQC的拓扑结构，不需要用变压器，具有结构简单，成本低等优点，并针对这种拓扑结构也提出了相应的控制算法。论文首先介绍新型单相UPQC的拓扑和基本工作原理，接着，详细介绍新型单相UPQC负载侧的拓扑结构和与之相对应的控制算法，随后，介绍新型单相UPQC电网侧的结构和控制算法，并分别对负载侧和电网侧进行建模仿真。结果表明本文提出的拓扑和相应的控制算法相结合，具有较好的补偿特性，能够同时解决配电系统中典型的电能质量问题。
2新型单相UPQC的拓扑结构和工作原理
本文提出的新型单相统一电能质量控制器UPQC的基本拓扑如图1所示
图1所示的拓扑结构中，两个半桥逆变器的直流侧通过共同母线电容连接起来，电网侧部分经输入滤波器接入电网侧，主要用来补偿电流质量问题；负载侧部分中逆变器和开关K1协调工作，经输出滤波器接入负载侧，主要是用来调制电压暂降和暂升等典型的电压电能质量问题。
3新型单相UPQC负载侧控制策略
新型单相UPQC负载侧的拓扑结构如图2所示
工作原理分析：
工作模态1：输入为额定电压（纯净正弦波），K1闭合，逆变桥K2，K3断开，由输入直接给负载供电，输出为纯净的正弦波。
工作模态2：输入电压低于额定电压时，正半周时，逆变桥的K3管断开，K2管和K1互补开通，负半周时，逆变桥的K2管断开，K3管和K1互补开通。
工作模态3：输入电压高于额定电压时，逆变桥的K2管断开，K3管和K1互补开通，负半周时，逆变桥的K3管断开，K2管和K1互补开通。
这部分具有消除电压暂降、暂升等功能。由上面的工作原理分析可得负载部分逆变器和开关K1的调制波形如图3所示。
在一个周期内，电网电压的基波成分是电网实际电压和逆变器输出电压两者之和滤波得到的。根据伏秒平衡原理可以得到：
假设：标准正弦电压为：
电网的实际电压为：
逆变器直流侧的电压为：
开关K1的占空比为D，因为逆变器和K1是互补导通的，则逆变器的占空比为1-D，K1和逆变器协调调制后输出的基波应该和标准正弦电压相等，开关K1和逆变器协调调制后的波形如图3所示。
于是得到：（正半周为正，负半周为负）
（3）
则得到（4）
得到开关K1的占空比D以后，再和三角波进行比较就能得到开关K1的PWM波，对其进行取反就能得到逆变器的PWM波，由此得到负载侧的控制框图如图4所示。
根据控制原理框图得到负载侧的控制原理图如图5所示。
4新型单相UPQC电网侧控制策略
电网侧逆变器经输入滤波器接入电网侧，用来补偿无功、谐波、不平衡电流，电网侧的主电路基本拓扑结构采用的是半桥结构，如图6（a）所示
电网侧部分工作原理如图6（b）所示：有源电力滤波器通过检测电路检测出负载电流的谐波分量为，将其作为指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic与负载电流中的谐波成分大小相等、方向相反，所以两者相互抵消，使得电源电流中只含基波，不含谐波[5-8]。
对于新型单相UPQC电网侧部分，论文先是采用负载电流基波有功分量法（检测原理如图7所示），把谐波电流提取出来作为指令信号，再通过滞环比较控制方式（如图8所示）来控制逆变器输出补偿信号进行补偿。
【关键字】变电站；电压无功；VQC
前言
供电质量和可靠性作为衡量电能质量重要标志——电压，是电力系统的稳定性的一个重要指标，电压是否稳定对电力设备的安全运行具有显着的影响。无功是影响电压质量的一个重要因素，保证电压质量的重要条件是保持无功功率的平衡，即要求系统中无功电源所供应的无功功率等于系统中无功负荷与无功损耗之和，也就是使电力系统在任一时间和任一负荷时的无功总出力（含无功补偿）与无功总负荷（含无功总损耗）保持平衡，以满足电压质量要求。
1、电压无功控制
目前在我国的大部分变电站的运行中，对于电压的无功控制方式主要是通过使用无功功率自动控制装置来实现的。这种电压无功控制方式的工作原理是通过有载变压器与并联电容补偿器综合作用而进行的对变电站中某部分电压以及其无功补偿的自动调节，这样就可以有效的保障符合侧母线的电压大小可以控制在技术规定的范围内，使其进线功率最大程度的接近1。
电压无功控制可以在很大程度上保证变电站设备的电压可以保持基本稳定，无功相对平衡，另外也可以大大降低对变压器与电容器的调节频率。如果在变压器与电容器的日常工作运行中频繁的开启和闭合其接头或开关，就很容易造成变压器或开关接头的使用故障，极大的影响了设备的正常运行，对于保持电压的稳定也会带来一定的影响。因此，在实际的变电站工作中，操作人员一定要严格控制对有载调压变压器与并联补偿电容器的分接头或者开关的使用次数。采用合适有效的控制方法，不仅可以使电容器组工作中产生的运行温度大大降低，而且也能降低变压器或电容器的开关使用频率，使得设备的使用寿命更长，性能更稳定。
2、电压控制的方法和原则
在长期以来变电站的日常工作运行中，电力技术人员根据相关电力专业知识和自身经验总结了很多行之有效的电压控制方法，并指出了一些在对电压进行控制时应当遵守的基本原则。现本文将其整理后展示如下，以供同行参考。
2.1电压控制的方法
对变电站的电压与无功进行控制的方法主要是通过对变压器或电容器的分接头的使用方式来进行的。即在采用有效措施后使变压器的分接头和投切电容器组实现合理调节的目的，这样以来，变电站的电压就相对较为稳定，供电质量较高，同时也可以达到无功潮流正常平衡的目的。调节分接头和投切电容器对电压和无功的影响为：上调分接头电压上升、无功上升，下调分接头电压下降、无功下降；投入电容器无功下降、电压上升，切除电容器无功上升、电压下降。
2.2调控电压无功的原则
在变电站电压无功的控制过程中，始终要掌握一些基本原则，这是合理实现预期调节电压无功效果的根本依据。只有在以调节电压无功的基本原则为指导的基础上，才能防止操作失误而带来不可估量的后果。
首先，在调控电压无功时要明确变电站的电压所能允许的最大值和最小值，只有掌握本变电站的电压调控值的范围，才能采取有效措施进行调控。一般在220KV的变电站运行中，母线为110KV时，其电压允许偏差值为：106.7～117.7KV；而对于母线为10KV时，无论是220KV还是110KV的变电站所允许的电压值上下浮动都必须控制在10.0～10.7KV之内。
其次，在对补偿电容器进行调节管控时，要遵循投退管理原则，即以控制各电压等级母线电压在允许偏差范围之内，并实现无功功率就地平衡为主要目标，原则上不允许无功功率经主变高压侧向电网倒送，同时保证在电压合格范围内尽量提高电压。一般情况下：峰期（7：00--23：00）应按上述要求分组投入电容器组，谷期（23：00--次日7：00）应按上述要求分组退出电容器组。
3、电压无功自动控制装置
在以往的变电站运行中，常常是采用人工的方式进行相关的电压无功调控，这种陈旧老套的控制方法不但需要耗费变电站值班人员的大量精力，加重了其负担，增大了工作量，同时也不能很好的实现电压无功控制的目的。这是因为人工调节的主观因素太大，如果值班人员的判断或操作失误，就会严重影响到调控的合理性，不利于变电站的稳定电力供应。随着人们对供电质量的要求更高，大多数变电站都是采用的无人值班变电站，这样以来，人工操控电压无功就很难实现。
在科技的推动下，目前我国有越来越多的变电站采用电压无功自动调控装置（VQC），这种自动控制装置很好的满足了现代变电站电压控制的需求，实现了电压无功的控制最优化。VQC可以自动识别系统的一次接线方式、运行模式，并根据系统的运行方式和工况以及具体要求，采取对应的优化措施，使电压无功满足整定的范围。同时VQC具有丰富的闭锁功能，保证系统安全运行，而且用户可以根据需要灵活配置相关遥信作为闭锁信号。对于电容器组的投切，用户可以自行定义投切的顺序。
4、VQC的控制策略
VQC根据低压侧电压和无功（或功率因数）的越限情况，将控制策略划分为不同区域，在各个区域内采取相应的控制策略。除了常规控制模式，一般采取电容器优先模式，在实施调节策略之前，VQC根据给定的参数预测调节的结果，如果调节后会造成低压侧无功/功率因数越限、低压侧电压越限，则后台VQC会调整动作策略或不动作。
4.1当电压越上限，无功越上限/功率因数越下限时：下调分接头，如果分接头不可调则切除电容器。
4.2当电压正常，无功越上限/功率因数越下限时：电压未接近上限时，投入电容器，若无电容器可投，则不动作；电压接近上限时，如果有可投的电容器则下调分接头，否则不动作。
4.3当电压越下限，无功越上限/功率因数越下限时：投入电容器，如果投电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可投，则上调分接头，如果分接头不可调，则强投电容器。
4.4当电压越下限，无功越下限/功率因数越上限时：上调分接头，如果分接头不可调则投入电容器。
4.5当电压正常，无功越下限/功率因数越上限，电压未接近下限时，切除电容器，若无电容器可切，则不动作；电压接近下限时，如果有可切的电容器则上调分接头，否则不动作。
4.6当电压正常，无功正常/功率因数正常时，中压侧越上限，下调分接头；中压侧越下限，上调分接头；中压侧电压正常则不动作。
关键词：变电站一次设备常见故障排除方式
经济快速发展，电力系统稳定性逐渐提升，安全性成为经济发展的重要保证，由于影响因素比较多，因此在设备管理阶段，需要从根本运行方面入手，保证电网的稳定性。在日常工作中，要及时对故障进行调整，保证电网的正常运行。变电站是电网系统的中心枢纽，承担电网系统的发电、输电等工作，只有做好管理工作，才能实现其有序进行。
1.变电站一次设备的主要构成和作用
变电站一次设备主要是由变压器、隔离开关和电压器组成的，考虑到作用和特点等变化，需要对承担交换电能的作用进行分析，做好故障的排除工作，为了保证电压的稳定性，需要掌握变电站组成。
变压器主要承担交换电能的作用，为了实现电网和用电设施的电流、电压的转换，需要稳定电压，合理进行操作。以在电压稳定性作为基础，开断依据以回路负荷作为基础，以交换功能以及电压以及电流作为基础，为了实现整体保护作用，需要合理应用灭弧装置，如果回路电流出现异常，则需要以电流保护作为基础，进行后续操作。根据电流应用要求可知，在承载力以及开断操作过程中，要尽量维持稳定性，对变压器进行调整，使其在运行中发挥重要的作用。以电容处理作为基础，为了_到无功效果，要掌握功率和系数，提升应用优势[1]。
2.变电站一次设备常见的故障
根据变电站应用形式的具体要求，在实施过程中要做好故障分析工作，依据处理要求进行实施。以下将对变电站一次设备常见的故障进行分析。
2.1变压器
以变压器常见故障作为基础，为了避免出现渗漏或者其他故障，则需要提前对故障进行掌握，以外侧依附黑亮油液作为基础，变压器出现漏油或者渗油的现象，会导致变压器焊接质量不高，甚至出现密封性差的现象。在外力作用的影响下，如果不及时进行密封，则会出现严重的膨胀的现象，为了避免出现渗漏或者膨胀的现象，需要对温度进行测量，避免出现温度异常的情况。此外以变压器温度调整作为基础，需要对变压器的原件属性掌握，铁芯容易出现短路的现象，涡流以及漏磁常见，如果出现设备发热或者其他现象，会导致线圈绝缘性降低，短路现象明显。以变压器超负荷运行机制作为基础，要定期进行维修和保养，对散热电阻性能进行掌握，做好排除处理工作，提升其应用性能[2]。
2.2隔离开关
隔离开关常见的故障是开关接触不良，变压器的隔离开关如果出现接触不良或者其他现象，则会导致接线部位接触不合格，出现温度异常的现象。造成隔离开关接触不良的原因比较多，以开关应用原理作为基础，在接触面设计过程中容易出现不同程度的问题，需做好隔离开关的安装工艺，避免出现接触不稳定的现象。此外为了避免出现严重的摩擦现象，要做好保养工作，按照人工操作规范执行，避免出现其他类型的故障。
2.3高压低压电容器设计
高压低压断路器的故障比较多，多是由于错误操作引起的，如果存在拒绝操作或者运行异常的现象，则会导致断路器受到影响，如果电压或者电网比较大，断路器的合闸器件存在一定的局限性，如果操作不合理则会出现失误操作的现象。对电路和零线进行处理的阶段，为了避免出现错误操作或者操作异常的现象，要做好电路的保护工作，以故障评价和判断作为基础，需要做好排除处理工作，按照要求进行判断，保证故障处理的有效性。
变电站电容器常见的故障包括：开路损坏、短路或者漏电等，针对损耗量的具体要求，需要做好电容量的调整工作，此外由于变电站点容易损坏比较常见，要做好检查工作，避免出现严重的损坏或者漏洞[3]。
3.变电站一次设备故障的排除方式
针对变电站管理机制的具体要求，在实施过程中要做好故障的排除工作，按照要求进行应用。以下将对变电站一次设备故障的排除方式进行分析。
3.1变压器设备的排除技巧
某变电站一台110KV、31.5MVA的变压器出现异常以及短路的现象，导致主变压器开关跳开，经过检查后发现，高压组温度比较高，出现严重的变形现象，导致变压器底座存在锈蚀的现象。工作人员对其进行分析后证明，是由于电压器短路引起的，短路后变压器在原件出现松散的情况，加上变压器垫块位移现象严重，绕组失去了稳定性，导致故障增加。在故障排除的过程中，工作人员需要对变压器的原件进行清洁处理，考虑到绝缘性以及线路检测的具体要求，对开路情况调整后，加入拉紧装置，能保证结构的稳定性和完整性。考虑到绝缘设置以及夹件的要求，需要做好绝缘设置工作，按照变压器应用要求实施，开展短路试验，提升冲击能力，最大程度排除故障，进而提升其应用效果[4]。
3.2隔离开关故障排除
根据变电站检查的要求可知，在故障分析过程中需要做好解锁工作，如果存在无法适应的现象，则要按照操作流程和要求进行处理。以开关原件以及变电站设备接触部位的稳固性作为基础，做好检查工作，如果开合阶段存在卡滞的现象，则需要做好开关的检查工作，必要时更换，工作人员要对更合理开关定期检查，如果存在残渣的现象及时清理，更换弧罩。在断路器故障排除阶段，可以综合采用各种措施，做好牢固性检查工作，以设备负荷监测作为基础，按照接地线路连接程序进行应用。
3.3电容器故障排除方式
某配电站配备的2台电容器在运行的过程中，存在被烧坏的现象，如果接触更大的接触器，仍然存在风险。工作人员对线路进行接线实验的过程中应用万用表对故障进行排除和检查，发现故障的原因是由于电路接线不合理引起的，考虑到电容器以及放电电阻的方式要求，可以最大程度减少触点压力，避免类似事件的出现。此外在电容器故障排除的过程中，借助电容量对其进行检测后，可以对档位进行调整，以CX插座测试为例，要检查是否存在误差，保证电容量数据误差最低，保证其正常运行。
4.结束语
针对变电站一次设备常见的故障特殊性，需要做好排除工作，结合应用要求实施，避免出现处理不当或者排除方案不合理的现象。
参考文献：
[1]张伟，董小清，王成成.变电站一次设备常见故障及排除技巧[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015，07（01）：230-231.
[2]董宝强.浅谈变电站运行中常见的几种高低压设备故障及排除方法[J].现代国企研究，2015，04（12）：97.