电网电能质量的优化方案

电网电能质量的优化方案

摘要：文章介绍了宣钢电网目前的供电情况和电能质量现状，通过APF和LCF串联使用的HAPF方案，彻底消除系统的谐振问题，大幅提高谐波电流滤除，减小了线路损耗，提高电力系统运行的安全性和稳定性。

关键词：电能质量；谐波；系统优化

宣钢是国家重点大型钢铁企业，有自己独立的供电网络系统，现有110 kV变电站4座、35 kV变电站15座，年供电总量约为22亿kW时，本电网覆盖宣钢各部门的生产、生活范围。但随着电网中大功率整流设备等非线性负载日趋增加，谐波电流和谐波电压给电网造成的危害已经到了不容忽视的地步。

1目前现状及数据分析

随着近年来宣钢规模的不断扩大，产品种类增加和产品质量要求的不断提高，使得宣钢的电网布局也随之发生了重大改变。在可持续发展观念的引领下，“节能减排”也成为了我们企业乃至社会的重要工作重点。电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量，而供电质量的提高正是为安全、高效的生产和节能减排提供了前提。

谐波会造成电网损耗增加、电容器谐振、继保误动作、电能计量误差等危害，为维护电网安全、高效运行必须治理谐波污染。而且大量无功电流在电网中的流动会导致线路损耗增大，变压器利用率降低，用户电压跌落严重等问题。

根据现场了解的情况，我们宣钢配电系统大体情况如下：

①在容量为10000～40000 kV A主变压器下采用6脉波整流方式，其产生的谐波电流以奇次为主。

②从检测数据中可以看出，变压器正常工作时，在主电机启动时功率因数低时，含有奇次谐波。各变压器下的谐波电流值已经超过了中华人民共和国国家标准电能质量公用电网谐波GB/T 14549-93所规定的谐波电流允许值。且谐波电流严重超标。

③由于我公司在2008年1月只在一些冲击性负荷较大的35 kV变电站安装了电能监测仪，主要监测轧线、高速线材、棒材、中型材和精炼炉等谐波含量较为突出明显的系统，现就1月到6月的监测数据和现场的大体情况进行分析：

其一，轧线变电站、高速线材变电站、棒材变电站、精炼炉变电站、中型材变电站都曾出现过电压短时中断，同时又有频率为0的情况，说明在该时段曾出现过三相短路现象，造成电压中断，根据变电站下属的负荷，可能是电磁炉在运作；在其他时段五个站也有不通程度的电压偏差，而且大多都在7%以上，观察其发生的时间，一般都是白天的上班时间，这说明电网存在负荷峰谷差的变化或

大容量负荷率的变化影响较大，或是无功负荷没有遵循就地平衡的原则，无功补偿装置尚不能随负荷变化分组自动投切或按需自动投切，故不能减小无功在电网中的流动，再有因为这些变电站下属的负荷中大多存在大型电机，而电机大多使用了变频器，这将造成电网电流波形的强烈畸变，产生高次谐波电压；如精炼炉的大型电弧炉及焊接机单相负荷的应用，将造成三相电压的不平衡，使供电系统电压波动和产生电压闪变，造成电压偏差。

其二，五个变电站都存在不通程度的电流谐波总畸变率超标的情况，严重的甚至达到了1473%。

2具体实施方案或措施

2.1综合治理方案

我公司目前在电网阻抗与负载变化较大的情况下，单独使用LC无源滤波器(LCF)不能很好的解决谐波无功治理问题。一是滤波不彻底，没有达到治理目的；二是LCF容易与电网发生谐振，谐波电压和谐波电流将成倍增加，导致LCF过载而烧毁。

本综合治理方案利用有源电力滤波器(APF)的领先技术优势，提供一种APF 和LCF串联使用的混合式有源电力滤波器(HAPF)治理方法，该方案可以很好的限制补偿电流过载、防止谐振现象，保护各次无源滤波支路安全、可靠的运行。

使用HAPF治理方案，可以达到比单纯LCF更好的滤波效果，并且从根本上杜绝LCF与电网发生谐振的危险性，即使在负荷与电网系统阻抗均发生较大变化时，仍然可以保证整个滤波装置中LCF部分的安全、可靠的运行，保护发电机的正常运行，将谐波问题对系统的影响减至最低。

2.2治理方案原理

本方案的设计思路是：针对系统的谐波电流，即奇次谐波电流，设计APF 和LCF串联使用的HAPF方案。该方案投入使用后，可以很好地抑制6～35 kV 母线的谐波电压与谐波电流，滤波效果优于GB/T14549和IEEE-519标准。

系统主要由三部分组成，一是无源滤波器LCF；二是有源电力滤波器APF；三是耦合变压器T以及与其并联的小电抗La。对于常见6脉波整流器来说，主要的谐波成分是奇次谐波，所以系统设置了奇次LCF进行特定次数的谐波补偿。

HAPF的关键技术有两方面：一是通过APF和耦合变来控制LCF中流过谐波电流大小，防止谐振；二是的通过APF的谐波电流源特性提高LCF的滤波效果。在一般情况下，LCF电流可以分为两部分，一是基波无功电流，二是谐波电流，因此HAPF的工作原理就体现在以下的几个方面。

对于基波无功电流来说，APF相当于是一个高阻抗，而La电感量很小，对

基波来说阻抗很小，所以大多数的基波无功电流都从La通过而不经过耦合变，因此耦合变和APF上的基波电压就很低，大部分是谐波电压，达到了降低APF 耐压的目的。

对于谐波电流来说，APF阻抗为零，甚至可控制APF对谐波阻抗为负，从而大多数的谐波通过耦合变流过，而不经过La。由于整个HAPF对谐波的阻抗等于有、无源二者谐波阻抗之和，如果控制APF对谐波阻抗为负值，就可以降低整个HAPF的谐波阻抗，达到提高LCF滤波效果的目的。由于谐波电流极少流过La，因此LCF中的流过的谐波电流完全取决于APF的输出电流，而APF 输出的谐波电流都是可控的，因此只要控制APF输出的电流大小就可以防止系统出现谐振。

3实施后效果分析

实施后可以达到以下预期效果:避免系统谐波对其它用电设备和上级电网的污染；彻底消除系统的谐振问题；总体滤波效果优于GB/T 14549-93对谐波电压和谐波电流的规定，优于IEEE std 519标准规定，谐波电流滤除率大于60%。

4实施后效益分析

电能监测设备与有源电力滤波器（APF）的安装，明确了电网电能质量污染的程度，并使我们的电能质量有了准确的数据报告，AFP的接入将大幅度减少无功电流在电网中的流动导致的线路损耗，提高变压器利用率，减小用户电压跌落程度及现象。还可以有效的避免继电保护的误动，使电能计量误差减小到最小，为电网安全、高效的运行提供进一步保障。

参考文献：

[1] 韦永忠,郑爱霞,袁晓冬,等.江苏电网电能质量评估方法及

应用[J].江苏电机工程,2011,(5).