电网电能质量分析与措施

电网电能质量分析与措施

摘要：随着电力系统电源的发展，电力生产由计划经济向市场经济转变，用户

对电能质量的要求将会愈来愈高。在电力市场条件下，供电表现为一种商业服务

行为，电能作为一种商品，同其它商品一样具有质量属性。供电质量不同，成本

就不同，只有供电的价格与供电质量相联系才能建立一个真正的电力市场。作为

供电部门，以最小的成本提高电能质量是电力市场的客观需要。同时，对人民生

活的供电是一种公益事业，保证良好的供电质量，也是促进社会文明、安定的重

要因素。本文主要对电网电能质量的分析方法与控制措施进行分析。

关键词：电网；电能质量；分析方法；措施

1 改善电能质量的意义

电能质量直接关系到国民经济的总体效益，良好的电能质量无疑对电气设备

的运行是有利。不良的电能质量对电力系统运行的不利影响也已引起人们足够的

重视，电能质量问题主要影响电气设备的性能指标，如：不正常的电压和频率偏

差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、

造纸等产品的质量受到影响；谐波电流在旋转电机、输电线路、变压器等输配电

设备中流通，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而降低了这些设备的寿命或

容量，从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的。

2 电能质量分析方法

2.1 时域仿真法

时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各

种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域

仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了

可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。

2.2 频域分析法

频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该

方法多用于电能质量中谐波问题的分析。频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性

负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。

2.3 电能质量的数学分析方法

电能质量数学变换的分析方法主要指傅立叶变换方法、短时傅立叶变换方法、矢量变换方法、小波变换方法、瞬时无功理论以及基于支持向量机等。其中最为

广泛应用的是基于支持向量机的方法。

3 电网电能质量存在的问题及其危害

3.1 电压偏差

用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的。当其端子上出现电

压偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间

和设备状况而异。

3.2 公用电网谐波

由于硅整流、可控硅换流设备、电弧炉、电焊机等各种非线性负荷的增加，

大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电

设备、客户用电设备、用电计量、继电保护带来危害，成为污染电网的公害。谐

波使电网中感性负荷造成过电压，容性负载造成过电流，影响用电计量准确度，

对安全运行带来危害。例如使继电保护误动，引起故障；干扰电子设备，使计算

机误动作，电子设备无触发；通信回路、弱电回路产生杂音，造成故障。

3.3 电压波动和闪变

无论电网低电压或高电压运行，都会给电气设备的运行带来较大的危害，照

明负荷电压低，使发光效率下降，影响照度；电压下降时，经常是电动机过负荷

而烧毁，同时与会使电动机的启动十分困难，反之，长期高电压运行，会对电机

的绝缘造成危害；电压偏低会增加供电线路及电气设备中的电能损失；电压偏低

常常会引起低电压保护装置动作，电磁开关、空气开关跳闸，影响生产的正常进行，反之，电压偏高也将引起过电压保护装置动作，电气设备的电压线圈烧毁等。电压偏高或偏低都会影响到通信、广播电视等音像的质量，影响家用电器设备的

正常工作，如电压偏低电冰箱、空调等难以启动；如果电网的无功功率严重匮乏，将导致电压崩溃，系统震荡，电网瓦解，严重危及供用电安全运行。

4 提高电网电能质量的主要措施

4.1 一次调频

从目前的电网使用情况分析上看，我国的电能使用形式多变，而且高端的电

子产品更新换代快，需要进行及时的在线系统更新，因此，对电网的所有机器设

备进行初始化的一次调频，既能够有效的降低调频工作的费用开支，提高工作效率，同时还能够有效的满足用户的基本用电需求。

4.2 发电机进相运行

发电机进相运行是解决电网低谷运行期间无功功率过剩和电网电压过高的一

种技术上简便可行和经济性较高的比较有效的方法。这种方法非常有效而且比较

简单，主要表现在当电压过高或电网无功过剩时，只需通过调解励磁电流，把发

电机改为消耗无功负荷而不是发出无功负荷，让它无功进相运行，这个方法具有

明显的降低系统电压的效果；为了保持电网电压的问题，它会通过增减励磁电流，使发电机的无功输出增加，这样就使响应比较准确和灵活；该方法为了消耗系统

的无功使用发电机进相运行的方式，节约了设备的投资；发电机进相运行后，励

磁变的负荷下降了，这样就降低了厂用电率，减少了有功损耗。

4.3 谐波在线监测与治理

要求对于现有的谐波源用户，确实污染严重的必须提出限制整改计划以及措施；对于扩建的和新上的电网电能质量污染源项目，必须进行谐波项目评估，谐

波治理必须与工程项目同步实施；推广非线性大用户采用滤波措施或者是动态无

功补偿，针对谐波问题，在实测的基础上，确定电网必要的补偿率。由于配网中

某些地区电压畸变率较高，为了降低电压总谐波畸变率，应把用户侧以及电网等

无功补偿装置设计成具有补偿滤波和无功的综合功能的系统。

4.4 抑制电压波动与闪变的措施

在现代电网结构中，必须借助现代化无功电压补偿装置抑制电压闪变。目前

最具代表性的无功电压补偿装置主要是静止无功补偿装置以及新型无功发生器。

静止无功补偿装置能够对电压闪变进行快速、动态的无功补偿。它可以对动

态无功负荷的功率因数进行矫正；对电压波动进行优化调整，以确保电力系统的

静态/动态的稳定性。它还可以降低过电压，降低闪烁频率，使电压和电流平衡运行。

新型无功发生器，通过与系统进行双向无功功率交换，以维持电压恒定，可

实现从感性到容性全范围内的连续调节，使得其无功输出相当于同容量静止无功

补偿装置的1.4-2.0倍。同时，大幅度减少变压器分接头的切换次数，进而减少由此引起的分接头故障次数，减了事故的隐患和故障损失。