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提高電能質(zhì)量的措施

文檔作者：康繼光文檔來源：上海市電力公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月21日
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2007年第1期 上海電力
提高電能質(zhì)量的措施
康繼光
(上海市電力公司南匯供電分公司，上海 201300)
摘要：電能質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益。在減少用電設(shè)備故障、提高供電可靠率和電能利
用率的同時，盡量減小電網(wǎng)損耗、確保電能質(zhì)量，并加強(qiáng)對其控制技術(shù)的研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。介
紹了定制電力技術(shù)的定義、作用以及解決電壓暫降和瞬時斷電的方法。通過采用動態(tài)電壓恢復(fù)(DVR)技術(shù)
及安裝固態(tài)電源切換開關(guān)，可以提高供電可靠性和電能質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：供電可靠性；電能質(zhì)量；電壓暫降
中圖分類號：TM714．3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
1 引言
隨著社會、科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，造成電能質(zhì)
量問題的因素也在不斷增加，如大量非線性負(fù)荷、
大型沖擊性用電設(shè)備的投運(yùn)；大量精密、對電能質(zhì)
量敏感的用電設(shè)備的投運(yùn)，如精密電子實驗儀器、
新型醫(yī)療器械(如CT、核磁共振)等；當(dāng)今半導(dǎo)體
制造業(yè)、生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)、計算中心、金融和特
殊行業(yè)，對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求越來越
高。為此，提高電能質(zhì)量，加強(qiáng)對其控制技術(shù)的研
究，具有十分重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
電網(wǎng)的“擾動”一般是指斷電、電壓下跌、諧波
畸變、電壓升高和電壓突降，它們都有可能給用戶
行業(yè)造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題和經(jīng)濟(jì)損失。電壓下跌
會使某些敏感負(fù)荷跳閘而導(dǎo)致斷電；諧波畸變會
干擾電子電路的正常工作；電壓升高和突降，會使
用戶設(shè)備發(fā)生故障或絕緣損壞?？梢哉f，電能質(zhì)
量的好壞，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的總體效益。
2 提高電能質(zhì)量的方法
2．1 傳統(tǒng)做法
提高供電可靠性和電能質(zhì)量的傳統(tǒng)做法是采
用普通的過電壓抑制器，以防止過電壓損壞設(shè)備；
采用濾波器減小諧波畸變的影響；采用不問斷電
源(UPS)以保護(hù)某些關(guān)鍵性負(fù)荷；安裝機(jī)械切換
開關(guān)的備自投及雙電源供電；安裝自備發(fā)電機(jī)或
其它設(shè)備，等等。這些措施都需要相當(dāng)可觀的資
金，而且還不能完全解決問題。
2．2 定制技術(shù)
美國電力研究院(EPRI)首先提出了定制電
力的概念和技術(shù)。它把電力電子技術(shù)、微處理技
術(shù)、自動控制技術(shù)等高新技術(shù)運(yùn)用于中、低壓配電
系統(tǒng)和用電系統(tǒng)，用以減小諧波畸變、降低電壓波
動和閃變，降低電壓不平衡及電壓暫降和短時斷
電的影響；以用戶對電力可靠性和質(zhì)量要求為依
據(jù)，為用戶配置所需要的電力，從而提高供電可靠
性和電能質(zhì)量的新型綜合技術(shù)。
將大功率電力電子技術(shù)和配電自動化技術(shù)集
成起來，定制電力技術(shù)及其產(chǎn)品，主要是針對配電
網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量兩個方面，即將靜態(tài)
控制器用于配電系統(tǒng)(1～35 kV)，以向用戶提供
增值的，達(dá)到用戶所需可靠性水平和電能質(zhì)量水
平的電力。而靜態(tài)控制器則是以大功率電力電子
開關(guān)器件為基礎(chǔ)，采用微處理器、光纖通信、數(shù)字信
號處理等新技術(shù)的新型電氣設(shè)備，如靜止無功補(bǔ)償
器(SVC)、配電靈活交流輸電開關(guān)(DFACTS)、固
題。如圖8所示。
4 結(jié)語
220 kV松北變電站在安裝AREVA 隔離開
關(guān)時，碰到一些問題，通過和技術(shù)人員討論研究，
經(jīng)過大家的努力，制訂了解決問題的方案，使得設(shè)
備的安裝較為順利，也使施工進(jìn)程加快，既滿足了
施工工藝，又符合施工質(zhì)量的要求。
收稿日期：2007-01-0
作者簡介：龔文豪(1978-)，女，江蘇海門人，本科，助理工
程師，從事變電施工技術(shù)工作，021—64396460。
(責(zé)任編輯：杜建軍)
一83 —
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上海電力 2007年第1期
態(tài)斷路器(SSCB)、固態(tài)電源切換開關(guān)(SSTS)、動態(tài)
電壓恢復(fù)器(DVR)、固態(tài)電流限制器(SSCL)、有源
濾波器(APF)、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)和相
關(guān)的儲能技術(shù)等。實際上，定制電力技術(shù)就是想方
設(shè)法解決電壓暫降和瞬時斷電問題，它是一種正在
發(fā)展的新興技術(shù)。
在所有電能質(zhì)量擾動(電壓閃變、諧波、暫態(tài)、
三相不對稱等)中，6O 以上是電壓暫降問題。電
壓暫降作為配電系統(tǒng)影響電能質(zhì)量的主要故障類
型，其主要原因是供電系統(tǒng)及用戶內(nèi)部發(fā)生事故。
大型電動機(jī)的硬啟動也會造成電壓暫降和閃變，
但通常不是特別嚴(yán)重；而短路故障時故障點電壓
幾乎為零，故障還會波及到周圍地區(qū)，造成相鄰線
路和相關(guān)用戶受到不同程度的電壓暫降。
持續(xù)10 ms至1 min、電壓降低到0．1 pu到
0．9 pu的現(xiàn)象，稱為電壓暫降。暫降的幅度主要
取決于故障母線和負(fù)載之間的阻抗以及變壓器繞
組的連接方式。而暫降的持續(xù)時間由保護(hù)系統(tǒng)采
用的故障清除時間決定。電壓暫降問題是難以完
全避免并客觀存在的。而在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，有
相當(dāng)不少的設(shè)備對電壓暫降問題特別敏感，如變
頻調(diào)速變流器、集成電路生產(chǎn)線設(shè)備等。
2．3 分析結(jié)果
通過對電能質(zhì)量事件分析，認(rèn)為電壓暫降和瞬
時斷電是影響電能質(zhì)量的主要因素，結(jié)論如下：
(1)60 9，6的電能質(zhì)量事件是電壓暫降和瞬時
斷電問題；
(2)平均一個用戶每年可遇到大約100次降
幅大于15 9／6、小于1 S的電壓暫降；
(3)在全部電壓暫降事件中，只有1 的降幅
超過8O ；
(4)采用快速備用電源自投等類似的定制電力
技術(shù)，可使7O ～8O 9／6的電壓暫降問題得到解決；
(5)供電系統(tǒng)通常使用重合閘，對于永久性
故障，電壓暫降會持續(xù)出現(xiàn)，從而造成設(shè)備跳閘。
3 提高電能質(zhì)量的措施
現(xiàn)實的情況是用戶極少有機(jī)會要求制造商提
供對電壓暫降、電壓搖擺、電壓閃變等具有特殊耐
受力的電氣設(shè)備，同時也很難要求供電部門為其提
供具有“特殊”質(zhì)量的電力。因此，在供電系統(tǒng)和用
戶設(shè)備的接口處，安裝電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置就成為比
較現(xiàn)實的選擇。目前，在用戶供電系統(tǒng)中大多采用
一84 一
不間斷電源，這種方法不能解決電壓暫降問題且投
資大，比較有效的解決辦法有以下兩項措施。
3．1 采用動態(tài)電壓恢復(fù)器技術(shù)
動態(tài)電壓恢復(fù)(DVR)技術(shù)是一種靜態(tài)串聯(lián)
補(bǔ)償器。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓偏離了一定的范圍，DVR
將迅速動作，快速跟蹤并恢復(fù)電壓波形，以補(bǔ)償電
源電壓的偏差 滿足特殊用戶對電能質(zhì)量的高要
求。DVR可以結(jié)合快速真空開關(guān)或備用發(fā)電機(jī)，
為用戶提供更為可靠和更高質(zhì)量的電源。
DVR的基本原理是通過逆變器產(chǎn)生可控電
壓幅值和相角的電壓分量，并通過變壓器串聯(lián)于
配電線路和負(fù)載之間。根據(jù)逆變器直流電源的來
源，DVR一般有兩種接線方式。一種方式為LES
(Line Energy Supply)，從配電系統(tǒng)的進(jìn)線獲取能
量；另一種方式為SES(Stored Energy Supply)，
使用電容器、電池、飛輪或其它儲能方式，提供補(bǔ)
償裝置所需能量。
DVR通過注入動態(tài)可控電壓(Vo(￡))消除故
障對負(fù)載端電壓( )造成的波動。由于補(bǔ)償電
壓是串聯(lián)在進(jìn)線和負(fù)載之間，通常也稱作靜態(tài)串
聯(lián)補(bǔ)償器(Static Series Compensator，SSC)。在
絕大部分運(yùn)行工況下，DVR只是監(jiān)視母線電壓，
并不向系統(tǒng)注入電壓，即Vo一0，處于備用狀態(tài)，
一旦監(jiān)控系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)電壓波動，即進(jìn)入補(bǔ)償
狀態(tài)。在具備足夠的儲存能量的前提下，DVR可
以實時地注入或吸收有功功率。由于只需補(bǔ)償電
壓的“丟失”部分，因此，相對于諸如UPS等在電
壓波動期間要提供全部額定功率的裝置來說，
DVR是更為有效的解決方案。
在備用模式下，DVR逆變器工作在零電壓輸
出狀態(tài)，三相DVR采用單相獨立的PWM 控制策
略，從而可以應(yīng)對由單相接地故障、兩相短路故障、
兩相接地故障以及對稱三相故障所引起的電壓暫
降。在電壓正常條件下，儲能電容器可通過整流部
分從交流系統(tǒng)補(bǔ)充能量。在電壓暫降發(fā)生期間，
DVR通過檢測，注入合適相位和幅值的電壓，來補(bǔ)
償電壓差額，使負(fù)荷感覺不到系統(tǒng)電壓的變化。由
于DVR實時檢測電壓波形，并與標(biāo)準(zhǔn)的交流參考
電壓相比較，從而提供快速的串聯(lián)補(bǔ)償，使其非常
適用于對電壓波形質(zhì)量要求極高的負(fù)載。
3．2 安裝固態(tài)電源切換開關(guān)
母線分裂式的組合固態(tài)電源切換開關(guān)
(SSTS)的構(gòu)成如圖2所示。
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2007年第1期 上海電力
圖1 采用DVR裝置后抑制暫降的波形
2
敏感負(fù)荷 敏感負(fù)荷
圖2 組合式SSTS開關(guān)的構(gòu)成
由圖2可以看出，SSTS開關(guān)可以有多種組
合形式，其中母線分裂式組合開關(guān)，實際上由3只
SSTS開關(guān)組成，即雙路電源加母聯(lián)的形式。每
只TSU(TSU1，TSU2，TSU3)是SSTS開關(guān)的核
心，它是由大容量可控硅晶閘管(PS)和高速機(jī)械
開關(guān)(TU)組合而成的混合式開關(guān)。CBI，CB2，
CB3是每只混合開關(guān)的旁路，它是為了讓TSU
在故障或檢修退出運(yùn)行時使用的；而CBI1，
CB22，CB33僅僅是TSU 的上級開關(guān)。
SSTS開關(guān)的動作過程如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)電源發(fā)生波動時，TSU1
檢測Vl不正常，即發(fā)出命令斷開PS1；當(dāng)系統(tǒng)檢
測電源V2滿足切換條件，則當(dāng)TS1的電流第一
次過零時，TS1將被關(guān)閉，TS3導(dǎo)通。此時，實際
已完成了切換，待進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后(約40 ms)，系統(tǒng)再
發(fā)生合上PS3指令，斷開TS3。實際上TS開關(guān)
是一個暫態(tài)的導(dǎo)通過程，PS高速機(jī)械開關(guān)完成穩(wěn)
定運(yùn)行方式下的閉合。
從理論上講，SSTS完成一次切換，取決于
TSU的動作時間，一般小于20 ms；實際上整套
SSTS的動作時間，還取決于并聯(lián)的PS機(jī)械開關(guān)
的斷開速度，開斷越快越好，以達(dá)成與TSU的配
合。所以，三菱SSTS開關(guān)采用特殊設(shè)計的快速真
空斷路器，它的電磁推斥式機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度極高，
電源1 PSI PS2 電源2
電源l PSI
』=l
PS3 PS2 電源2
TS1(通)
電源1 PSI
TS3~ )
』=l
PS3
Ts )
PS2 電源2
TSI~) TS~a) Tsk~lb
電源I PSI PS3 PS2 電源2
TSI(If~) TS3 ) TS )
』=l
圖3 SSTS開關(guān)的動作過程
從脫扣信號發(fā)生，斷路器能在1 ms內(nèi)使觸頭分閘，
10 ms內(nèi)使電流斷開。由于SSTS開關(guān)無補(bǔ)償作
用，只能在兩路電源中選擇電能質(zhì)量較好的一路進(jìn)
線，所以，當(dāng)兩路電源同時發(fā)生波動時，SSTS開關(guān)
不會動作，一些敏感設(shè)備還要遭受停機(jī)事件。
4 結(jié)語
由于現(xiàn)在是公用電網(wǎng)，在提高電能質(zhì)量方面
還不能滿足特殊客戶的要求，但運(yùn)用上述兩種技
術(shù)，在客戶處安裝必要的設(shè)備，就可使單獨的用戶
或用戶群(工業(yè)或辦公樓群)從標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的配電系
統(tǒng)上，得到用戶所要求的電能質(zhì)量。
這就意味著特殊用戶所要求的電力可靠性和
電能質(zhì)量指標(biāo)，可以達(dá)到不斷電；“嚴(yán)格的”電壓調(diào)
整；“低”諧波電壓；承受變動不定和非線性負(fù)荷而
對終端電壓無影響。這在我們的客戶應(yīng)用中，已
有成功經(jīng)驗，如宏力半導(dǎo)體的飛輪技術(shù)；華虹
NEC電子有限公司固態(tài)電源切換開關(guān)的應(yīng)用。
收稿日期：2006-08-23
作者簡介：康繼光(1971一)，男，上海川沙人，工程師，營銷
副經(jīng)理，從事電力用戶內(nèi)部電氣設(shè)備及用電市場營銷工
作，021—38000346。
(責(zé)任編輯：杜建軍)

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