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電能質(zhì)量控制技術

文檔作者：劉曉星黃瑜蔣志紅袁磊平文檔來源： 1．武漢大學電氣工程學院 2．無錫供電公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月22日
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下一篇：電力調(diào)度的安全管理及電能質(zhì)量控制措施研究

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儀器儀表用戶
doi：10．3969／j。issn．1671—1041．201 1．04．001
電能質(zhì)量控制技術
劉曉星 ，黃瑜 ，蔣志紅 ，袁磊平
(1．武漢大學電氣工程學院，武漢430072；2．無錫供電公司，無錫214000)
口綜述口
摘要：本文從電能質(zhì)量含義入手，分析了引起電能質(zhì)量問題的緣由，通過介紹兩種最常用的電能質(zhì)量分析方法，提出了在我
國電力系統(tǒng)中，提高電能質(zhì)量控制的發(fā)展方向，以及在現(xiàn)場應用中存在的問題及解決方法。供同行商榷。
關鍵詞：電能質(zhì)量；時域仿真法；頻域分析法
中圖分類號：TM911．4 文獻標志碼：A
Power quality control technology
LIU Xiao—xing ’ ，HUANG Yu ’ ，JIANG Zhi—hong ，YUAN Lei—ping
(1．Wuhan University，Electrical Engineering Institute，Wuhan 430072，China；
2．Wuxi Electric Power Supply Company，Wuxi 214000，China)
Abstract：This article from the power quality meanings，analyzes the reasons caused power quality problems，through
the introduction of the two most common power quality analysis method and reactive power compensation equipment up·
grades method，proposed in China in power system，improve power quality control of the development direction，and ap·
plied on site the problems and solutions for people to dispute．
Key words：power quality；time domain simulation method；the method of frequency domain
O 引言
電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流
電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應以恒定的頻率、
正弦波形和標準電壓對用戶供電。同時，在三相交流
系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對
稱且互差120。。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器和
線路等設備非線性或不對稱，負荷性質(zhì)多變，加之調(diào)
控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原
因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此電網(wǎng)運行、電力設
備和供用電環(huán)節(jié)之間的矛盾越來越突出，用戶對電能
質(zhì)量的要求也越來越高。在這樣的環(huán)境下，如何更好
的控制電能質(zhì)量，具有很強的觀實意義。
1 電能質(zhì)量的含義
1．1 電壓質(zhì)量
是以實際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)
向用戶供應的電能是否合格的概念。這個定義能包
括大多數(shù)電能質(zhì)量問題，但不能包括頻率造成的電能
質(zhì)量問題，也不包括用電設備對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響
和污染。
1．2 電流質(zhì)量
反映了與電壓質(zhì)量有密切關系的電流的變化，是
電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求
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外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率
因素運行。這個定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善和
降低線損，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的電能
質(zhì)量問題。
1．3 供電質(zhì)量
其技術含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，非技術
含義是指服務質(zhì)量。包括供電企業(yè)對用戶投訴的反
映速度以及電價組成的合理性、透明度等。
1．4 用電質(zhì)量
包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影
響中的用電方的權利、責任和義務，也包括電力用戶
是否按期、如數(shù)交納電費等。
國內(nèi)外對電能質(zhì)量確切的定義至今尚沒有形成
統(tǒng)一的共識。但大多數(shù)專家認為，對現(xiàn)代電能質(zhì)量的
定義應理解為“導致用戶電力設備不能正常工作的
電壓、電流或頻率偏差，造成用電設備故障或錯誤動
作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題”，根據(jù)這一定
義，電能質(zhì)量除了保證額定電壓和額定頻率下的正弦
波形外，還包括所有電壓瞬變現(xiàn)象，如沖擊脈沖、電壓
下跌、瞬時間斷等。這個定義概括了電能質(zhì)量問題的
成因和后果，當然這里的“偏差”應作廣義的理解，它
還包括供電可靠性的問題。
ElC Vo1．18 2011 No．4 1
口綜述口
2 造成當前電能質(zhì)量問題的原因
2．1 電力負荷構(gòu)成的變化
fl ，電力系統(tǒng)中存在大量非線性負荷：大規(guī)模
電 t 子應用裝置(節(jié)能裝置、變頻裝置等)、大功率
的電／，』拖動設備、直流輸出裝置、電化工業(yè)設備(化
I 、冶金 、l 的整流)、電氣化鐵道、煉鋼電弧爐(交、
：流)、軋機、提升機、電石爐、感應加熱爐及其他非
線性負荷 另外，還存在很多快速變化的沖擊性負
荷：如大型馬達和馬達群組、高層大樓的高速電梯、大
型娛樂場的電飛車、汽車制造廠的電焊機、高速鐵路、
高速磁懸浮列車和地鐵、港口的起重機及其他快速變
化負簡
2．2 大量諧波注入電網(wǎng)
含柯非線性、沖擊性負荷的新型電力設備在實現(xiàn)
功率控制和處理的同時，都不可避免地產(chǎn)生非正弦波
形電流，向電網(wǎng)注入諧波電流，使公共連接點(PCC)
的電JI 波形嚴重畸變，負荷波動性和沖擊性導致電壓
波動、瞬時脈沖等各種電能質(zhì)量干擾。有資料分析顯
示，發(fā)達 家50％ 以上的負荷要通過電力電子設備
供電，我同目前30％左右的負荷經(jīng)過各類功率變換
后供用 使用，隨著人們節(jié)能意識及環(huán)保意識的增
啦，陔類負倚在我國將會迅速增加。隨著這些非線
性、沖擊性負荷的大量使用，電能質(zhì)量問題將會更加
突flfI’對電網(wǎng)運行、敏感電氣設備的影響和危害將更
加明顯，電力事故發(fā)生的可能性將逐步表現(xiàn)為由電能
質(zhì)精 合格所引起。
3 電能質(zhì)量分析方法
3．1 時域仿真法
時域仿真方法在電能質(zhì)量分析中的應用最為廣
泛，其最主要的用途是利用各種時域仿真程序?qū)﹄娔?
質(zhì)量問題巾的各種暫態(tài)現(xiàn)象進行研究。目前較通用
的時域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系
統(tǒng)暫態(tài)仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等電力電
子仿真祥序。
采川時域仿真計算的缺點是仿真步長的選取決
定了叮模仿的最大頻率范圍，因此必須事先知道暫態(tài)
過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模仿開關的開合過程
時，還會引起數(shù)值振蕩。
3．2 頻域分析法
頻域分析方法主要包括頻率掃描、諧波潮流計算
和混合諧波潮流計算等，該方法多用于電能質(zhì)量中諧
波問題的分析。
頻率掃描和諧波潮流計算在反映非線性負載動
態(tài)特性方面有一定局限性，因此混合諧波潮流計算法
在近些年中發(fā)展起來。其優(yōu)點是可詳細考慮非線性
2 ElC VOI．18 2011 NO．4
儀器儀表用戶
負載控制系統(tǒng)的作用，因此可精確描述其動態(tài)特性。
缺點是計算量大，求解過程復雜。
4 無功補償設備的升級方法
4．1 動態(tài)無功補償裝置TSC
其原理是采用晶閘管無觸點開關投、切調(diào)諧電容
器組(調(diào)諧電抗器+電容器)，同時抑制諧波流人電
容組，保護電容器，避免諧波放大及諧振的同時，實現(xiàn)
動態(tài)無功補償，投、切無涌流和過電壓。
其與復合開關的最大區(qū)別是復合開關在電網(wǎng)電
壓為零時投入電容器，由于諧波干擾電壓零點漂移容
易導致晶閘管損壞，切除時采用接觸器，TSC采用基
于DSP技術，將瞬時無功理論方法與快速傅里葉變
換(F兀1)相結(jié)合，調(diào)整分析系統(tǒng)中的電壓和電流諧波
分量，過零投切控制技術采用晶閘管兩端電壓差為零
投入，電流為零切除技術，解決了諧波干擾導致的投
切問題和電容器沖放電時問問隔問題，且投切對電網(wǎng)
均無沖擊，在此基礎上，DSP技術的快速計算實現(xiàn)
20ms瞬時投、切電容器，無功功率得到實時動態(tài)補
償，補償效率大大提高。
4．2 動態(tài)消諧綜合補償裝置
動態(tài)無功補償裝置TSC通過串聯(lián)電抗器抑制諧
波流入補償電容器，過零投切技術實現(xiàn)無沖擊動態(tài)補
償，分相補償實現(xiàn)三相不平衡補償，解決了諧波干擾
問題，保障基波的無功功率補償問題，無功補償效率
大大提高，但諧波對電網(wǎng)尤其對供電電網(wǎng)電能質(zhì)量的
危害問題仍然沒有解決，諧波仍然將流人其他未安裝
電抗器的補償回路，諧波無功的損耗仍然存在，如要
徹底解決公用電網(wǎng)的諧波危害，必須采取消除諧波的
技術手段，進一步提高補償設備的性能，此類設備就
是動態(tài)消諧綜合補償裝置。
動態(tài)消諧綜合補償裝置采用有源電力濾波技術，
在無功補償設備前端對電網(wǎng)諧波進行動態(tài)消除，無功
補償設備可以采用復合開關型、接觸器型或動態(tài)無功
補償裝置TSC，所不同的是為了避免有源電力濾波器
發(fā)生的諧波流入無功補償裝置，以上三類補償設備必
須加裝抑制諧波電抗器。動態(tài)消諧綜合補償裝置實
現(xiàn)了諧波無功功率和基波無功功率全補償，諧波危害
得到徹底消除，電網(wǎng)供電質(zhì)量得到提高，供電能力提
高，線路損耗減少。動態(tài)消諧綜合補償裝置與普通電
容補償柜比較具有如下優(yōu)點：
1)動態(tài)消除諧波，不會產(chǎn)生諧振，保障電網(wǎng)
安全。
2)動態(tài)補償基波無功和諧波無功，實現(xiàn)全部分
相動態(tài)補償，三相功率因數(shù)穩(wěn)定在0．95以上，大大節(jié)
約基波無功和諧波無功占用。
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3)有效消除13次以下諧波，提高電能質(zhì)量。
4)不會產(chǎn)生過載，運行可靠。
5)單元化、小型化集成，便于增容和改造。
4．3 普通無功補償裝置的升級改造
以上兩類無功補償裝置適合新上項目的無功補
償要求，對于現(xiàn)存的大量無功補償設備，大多采用接
觸器投切電容器，隨著電網(wǎng)諧波的大量增大，其必將
受諧波干擾而導致危害擴大，嚴重危害電網(wǎng)供電安
全，如果采用新型無功補償裝置改造涉及的范圍太
大，如何對現(xiàn)存設備進行升級來避免對電網(wǎng)的危害已
經(jīng)成為當務之急，根據(jù)以上分析可以采用以下手段：
1)增強現(xiàn)存無功補償設備的抗諧波干擾能力，
那不是在原有無功補償回路串聯(lián)電抗器，同時必須更
換原有電容器為電壓等級更高，這是為了保障電網(wǎng)的
供電可靠性，保持原有補償設備的補償效率。
2)提高補償設備補償效率和電網(wǎng)電能質(zhì)量，降
低線路損耗，那么改造時采用新型無功補償設備是一
個更好的方法，其帶來的無論是短期效益還是長期效
益都是非?？捎^的。
5 關于400V的電能質(zhì)量問題及其解決方法
1)4oov如果電容過補要采取什么措施?
電容過補，可以根據(jù)計算少投電容器組，或者串
聯(lián)一個電抗器，如果是用無源濾波器將無功補償和濾
波同時進行的話就需要重新計算，分別確定R，L，c。
2)400V從原來采用變頻設備后，啟動的時候產(chǎn)
生諧波，是否只有治理一條路?
變頻器產(chǎn)生的諧波一般為特征次諧波，治理時可
以安裝在變頻器支路，如果是多條變頻器支路，可能
要考慮每條支路產(chǎn)生的諧波在每條支路之間的分布，
要增大濾波率。如果在所有變頻器支路總的節(jié)點
(當作一條等效支路)和其它支路來濾波設計，最好
也考慮一下外部諧波情況，可能有外部諧波流人濾波
器，涉及濾波器時最好考慮周到一點。
3)10kV，400V全部安裝電能質(zhì)量監(jiān)測儀表，有
完整的監(jiān)測系統(tǒng)，對于整個系統(tǒng)能提供什么樣有價值
的數(shù)據(jù)和對今后用電管理有什么幫助?
安裝電能質(zhì)量監(jiān)測儀表，如果是長期連續(xù)監(jiān)測的
話?？梢垣@得被監(jiān)測對象的穩(wěn)態(tài)諧波情況，可以用來
分析負荷的諧波特征，每類負荷會產(chǎn)生什么樣的諧
波，這些諧波的變化規(guī)律是什么。當然還可以用來分
析電能質(zhì)量方面的其它指標，如電壓跌落、閃變等，當
然這個對監(jiān)測儀器的采樣性能有一定的要求。另外
這些數(shù)據(jù)還可以用來作為事故分析，以作它用。監(jiān)測
時，針對不同的監(jiān)測目標，對安裝儀器點有一定的要
求。不同的目標有不同安裝點，需要慎重考慮。長期
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口綜述口
的監(jiān)測分析可以統(tǒng)計歸納出每類負荷的電能質(zhì)量指
標方面的特征，以便于負荷管理和電能質(zhì)量污染
治理。
6 結(jié)語
在國家電力公司內(nèi)進行電能質(zhì)量控制技術的研
究開發(fā)是非常必要的。提高供電網(wǎng)的電能質(zhì)量已經(jīng)
成為我國電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高效發(fā)展必不可少的組成部
分。如何不斷的完善電能質(zhì)量控制技術，使電網(wǎng)能夠
更好的服務用戶，提供更加堅實的基礎，將是我們不
斷研究和努力探索的方向?？?
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作者簡介：劉曉星(1982·)，男，工學學士，武漢大學電氣工程
學院工程碩士，助理工程師，技師，主要從事變電運行及監(jiān)控
工作；黃瑜(1982一)，男，工學學士，助理工程師，主要從事變電
運行及監(jiān)控工作；蔣志紅(1966一)，女，大專，助理工程師，技
師，主要從事變電運行及監(jiān)控工作；袁磊平(1974一)，女，大專，
助理工程師，技師，主要從事變電運行及監(jiān)控工作。
收稿日期：2011-03．18
ElC VoI．18 2011 No．4 3

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