浅谈提高电能质量的有效措施

浅谈提高电能质量的有效措施

摘要：随着电力系统中电力电子器件的广泛使用，供电系统和用户也开始越来越关注电能质量问题，对电能的需求量和质量要求与日俱增。本文主要概述了电能质量的基本含义、影响电能质量的因素和改善的措施。

关键词：供配电系统；电能质量；监测

引言

电力系统中存在各式非线性或不对称负荷,对电能质量的影响日益严重，甚至威胁电力系统和用户设备的正常运行。特别是对那些高度自动化的用电设备，每年因电能质量问题要承受巨大的经济损失，应用新技术解决电能质量问题已成为电力系统研究领域中的热门课题之一。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电能的需要与日俱增，与此同时对电能的要求也随之增加。为了满足生产和生活的需要，提高供配电系统的电能质量就显得势在必行。

2电能质量。

电能质量(Power Quality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

但是从工程实用角度出发的电能质量包括电流质量、电压质量、供电质量和用电质量四个方面。其中，电流质量主要包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后噪声等方面；电压质量主要包括电压偏差、电压频率偏差和电压不平衡等方面；供电质量主要电压质量和供电可靠性等方面；用电质量主要包括电流质量和非技术含义等方面。随着我国供配电系统规模的不断发展壮大，供配电系统电能质量产生的问题也随之增加，电能质量主要受谐波、非线性负荷和元件等因素的影响。

2.1谐波。在供配电系统中，谐波主要是由电力变压器产生的。由于收到变压器铁芯饱和

磁化曲线非线性的影响，使得磁化电流呈尖顶波形，从而产生谐波。因为电网谐波的污染，使得电网电能质量指标下降，从而进一步对影响供配电系统的安全稳定运行和增加了供配电系统的附加损耗。

抑制谐波的根本做法就是尽量减小以至消除波源产生的谐波分量，从而使注入电网的谐波降到国家标准的规定值以下。我国颁布的国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》中规定电网谐波电压的限值。抑制谐波的根本做法有消除和补偿这两种方法，消除法是通过改变谐波源的工作特征和工作方式，使谐波源少产生甚至不产生谐波。补偿法是通过设置吸收装置来吸收谐波源产生的谐波。装设滤波器、设置有源滤波器和采用新型整流电路是目前抑制谐波的基本措施。其中，装设无源滤波器是目前最实用、最有效和最常用的措施。无源滤波装置主要由电力电容器、电抗器和电阻器联结而成，在实际运行中，不仅可以滤波，而且可以用于无功补偿。

2.2非线性负荷和元件。在电力系统中，由于大量的非线性设备和负荷的存在，从而导致

谐波的产生。例如，家用的洗衣机和电风扇等设备的不平衡电流导致的电网波形改变，这也是谐波的重要来源。工业生产中，典型的非线性负荷有冷轧钢机，电弧设备、矿热炉、硅铁炉和高频炉等均属此类非线性电力设备。随着电力电子技术的飞速发展，晶闸管在电力工业中获得了广泛的应用，然而这些电子器件也是电力系统中的谐波源。

3改善电能质量的措施

目前改善电能质量措施的研究涉及面很广。在减小频率和电压偏差方面，电网调度自动化、无功优化和负荷控制是常用的方法；城乡电网改造工程也是提高电能质量的一个重要措施；无源滤波器和静止无功补偿器(SVG)在抑制电网谐波、降低电压波动和闪变方面有着重要的应用；随电力电子元器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT等)的飞速发展，柔性交流输电系统（FACTS）是改善电能质量的一种十分重要的途径。

3.1静止无功发生器

静止无功发生器(StaticVarGenerator，简称SVG)具有连续调节、调节范围大、响应速度快、控制精度高、运行可靠等优点，是目前性能最好的动态无功补偿装置，它代表了当今无功补偿装置的发展方向。

所谓静止无功发生器(SVG)，是指用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，它与静止无功补偿(SVC)装置相比，具有调节速度更快，运行范围宽等优点，并且在采取多重化、多电平或脉冲宽度调制(PWM)技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量，因此在静止无功发生器进行研究对电能质量的提高具有一定的指导意义。静止无功发生器的基本原理：就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，来调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。

其中，表示逆变器的输出电压，表示电网侧的电压。当以时，SVG处于超前运行状态，发

出容性的无功功率，此时起到电容器的作用；当时，SVG处于滞后运行状态，吸收感性的无功功率，此时起到电抗器的作用；当时，SVG与电网系统之间不存在无功交换。SVG在正常工作时，就是利用电力电子半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频同相的输出电压，它就像一个交流电压逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，改变SVG交流侧输出电压的幅值及其相对于地的相位，就可以改变电抗上的电压，从而达到控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值的目的，也就控制了SVG吸收无功功率的大小，从而起到了补偿的目的。

3.2电能质量的监测。随着现代科学技术的发展，通过对电能质量监测技术进行相关研究，从而为建立起表征电能质量的数据库提高理论基础，在供配电系统和用电设备运行失效之前，捕获到早期的故障信息，从而更好的保护供配电设备的安全运行，更好的提高电能质量。

3.3谐波发生器的控制。在主电路与控制对象均已确定的情况下，电流控制手段会影响装置的整体性能。由于电能质量调节器的容量相对较大，对其所用的电力电子器件的安全性和效率要求较高，因此，控制器设计在提高电流跟踪精度的同时，还应尽量保持逆变器的开关频率恒定、提高装置的安全性、提高直流电压利用率以减小整个装置的容量和损耗。在UPFC实际应用中一般采用基于PWM的电压源逆变器作为发生器。现使用较多的控制方法有三角载波线性控制和滞环比较控制、前者是最简单的控制方法，开关频率恒定，装置安全性较高，但响应较慢，精度较低。后者精度较高且响应快，但开关频率可能波动很大。随着微机控制技术和数字信号处理技术的迅速发展，控制披术的数字化必将在UPQC中得到进一步的应用、如无差拍控制就是在电流滞环控制技术的基础上发展起来的全数字化控制技术的范例。基于人工神经网络、甚于模糊逻辑以及预测控制等控制方法在电能质量调节器的控制策略中亦有所应用。

3.4电能质量调节技术及应用。作为改善电能质量的技术手段，从LC无源滤波装量发展到串联／并联型APF，又从单一的APF走到将二者结合为一体的UPQC，历经30多年。虽

然UPQC在我国电网户的实际应用距发达四家还存在一定的差距，但随着电力市场的形成，供电质量问题将日益尖锐，势必会促进UPQC乃至电能质量调节器的实用化。

结束语。