浅谈电能质量分析方法与控制及发展方向

浅谈电能质量分析方法与控制及发展方向

摘要：电能质量的重要性随着国民经济的快速发展而不断增强，并日益受到电力部门和消费者的重视。阐述了电能质量的基本理论问题及其分析研究方法，介绍了电能质量的相关控制策略和技术，并对该领域的发展方向进行了初步探讨。

关键词：电能质量分析方法控制技术

 0引言

随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的观实意义。1衡量电能质量的主要指标由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。(1) 电压偏差（voltage deviation）：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。(2) 频率偏差（friquency deviation）：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。(3) 电压三相不平衡（unbalance）：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。(4) 谐波和间谐波（harmonics & inter-hamonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。(5) 电压波动和闪变（fluctuation & flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。 2对电能质量的分析根据监测数据和结果分析： (1) 从谐波电压总畸变率表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，实际情况为三相总畸变依次是：6.%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kV电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时，应严格控制谐波源，以避免谐波分量进一步提高，给电网造成较大的安全隐患。 (2) 从各次谐波电压含有率水平表1可见：3次谐波含有率较高，A相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。 (3) 谐波电流均不超标，主要谐波频次为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。 (4) 根据上述分析可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。 (5) 根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kV母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kV母线电压偏高。

(6) 根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kV母线接有大的冲击性负荷，或出现B相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。 (7) 根据电压偏差可知各相电压合格率：A相2.69%、B相97.8%、C相94.6%，A相合格率较低，且绝大部分为正偏差。 由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。 3影响电能质量的因素及其对策影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类： (1) 电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频过程中产生大量的谐波； (2) 电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉； (3) 家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等； (4) 高新技术应用的多种设备，如电子计算机、功率调节器、节能灯等。 对220kV孙河站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。 谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，要从改进自动化装置的制作工艺和工作原理入手，加强装置的抗干扰能力，防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。 (1) 对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装设谐波滤波器来降低谐波电流。 (2) 对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：均衡的3次谐波，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器。 (3) 安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个理想的正弦波。这种滤波设备，靠数字信号处理(DSP)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器正在日益推广应用。 (4) 对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。 为了改善220kV站的电能质量状况，对该站采取了一系列措施： ①在10kV TV、110kV TV的一次侧中性点加装非线性电阻； ②在10kV母线加装消谐装置； ③在2号主变110kV侧中性点加装消谐装置； ④改变10kV并联补偿电容器的参数，消除谐振，减少对谐波的放大作用。 经过治理，现在已很少烧TV保险，也没有发生TV爆炸事故，而且电能质量状况较以前有较大的改善。

4电能质量控制的发展方向4.1研究电能质量分析控制领域的基础性工作一方面要深入探索电能质量领域的基础性研究工作，包括电能质量的定义、评价标准与体系，电能质量问题的表现形式、影响因素、防治方法等。同时，积极研究电能质量控制的新方法、新技术和新策略，将更为先进、科学的控制理念和控制思想借鉴到电能质量管理领域。4.2推广使用数字化电能质量控制技术以DSP为基础的实时数字信号处理技术在控制领域得到广泛应用，其优点为：①可提高系统稳定性、可靠性和灵活性；②由程序控制，改变控制方法或算法时不必改变控制电路；③可重复性好，易调试和批量生产；④易实现并联运行和智能化控制。随着DSP性能的不断改善和价格的下降，电能质量控制装置将用DSP来实现实

时信号处理从而取代模拟量控制。4.3对电能质量检测技术的新要求传统的检

测仪器一般局限于持续性和稳定性指标的检测，而且仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题，因此需要发展新的监测技术。具体要求包括：①能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形；②需要测量各次谐波以及间谐波的幅值、相位；③需要有足够高的采样速率，以便能和得相当高次谐波的信息。④建立有效的分析和自动辩识系统，反映各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。4.4大力发展应用新技术电力电子技术的应用可以大大提高电网的电能质量，FACTS、CusPow等新技术更是为解决电能质量问题开拓了广阔的前景，同时一些非电力电子技术的发展也很迅猛，将这些技术融合发展，并合理使用、大力推广，必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提高的要求。

5结束语 为了保护电网的安全运行和用户的安全用电，针对目前电网电能质量严重超标且正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行的问题，对典型变电站电能质量进行了实测和综合分析，并采取了有效的防范措施，取得了成效，从而了污染电网的强干扰源（如谐波源），确保电力系统的安全、可靠、经济运行，保护电力用户的合法权益。