電能質量的性能指標與改善方法

摘要：介紹了電能質量的相關概念和術語，并對其指標進行了分類，指出不同的指標有不同的定義和應用領域；重點就國家已頒布的六個電能質量標準的主要內容作了分析；并結合實際闡述電能質量的幾種改善方法與措施；無源濾波器、有源濾波器、靜止型無功補償裝置，介紹了它們的基本組成和原理，這些方法可以有效地解決穩態時的電壓質量問題；文章還就電能質量技術的改進與提高，提出系統化綜合補償技術是解決電能質量問題的“治本”途徑，以解決動態電能質量問題。得出結論：運用FACTS和電力新技術對電能質量進行系統地綜合補償，將是電能質量問題研究與開發的方向和有效解決途徑。

關鍵詞：電能質量 SVC 動態電能質量 綜合補償

1 電能質量概念

電能質量包括四個方面的相關術語和概念：電壓質量(Voltagequality)即用實際電壓與額定電壓間的偏差(偏差含電壓幅值，波形和相位的偏差)，反映供電企業向用戶供給的電力是否合格；電流質量(Current quality)即對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統以高功率因數運行，這個定義有助于電網電能質量的改善，并降低網損；供電質量 (qualityofsupply)包含技術含義和非技術含義兩個方面：技術含義有電壓質量和供電可靠性；非技術含義是指服務質量(qualityofservice)包括供電企業對用戶投訴的反應速度和電力價格等；用電質量(qualityofconsumption)包括電流質量和非技術含義，如用戶是否按時、如數繳納電費等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責任和義務。

2 電能質量指標

電能質量指標是電能質量各個方面的具體描述，不同的指標有不同的定義，參考IEC標準、從電磁現象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現象分類如下：

2.1 低頻傳導現象：諧波、間諧波、電壓波動、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時斷電，電網頻率變化，低頻感應電壓，交流網絡中的直流；

2.2 低頻輻射現象：磁場、電場；

2.3 高頻傳導現象：感應連續波電壓與電流，單向瞬態、振蕩瞬態；

2.4 高頻輻射現象：磁場、電場、電磁場(連續波、瞬態)；

2.5 靜電放電現象。

對于以上電力系統中的電磁現象，穩態現象可以利用幅值、頻率、頻譜、調制、缺口深度和面積來描述，非穩態現象可利用上升率、幅值、相位移、持續時間、頻譜、頻率、發生率、能量強度等描述。

3 電能質量標準

綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發達國家的相關標準，中低壓電能質量標準分5大類13個指標。

3.1 頻率偏差：包括在互聯電網和孤立電網中的兩種；

3.2 電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差)；快速電壓變化(電壓波動和閃變)；電壓暫降(是由于系統故障或干擾造成用戶電壓短時間(10ms～lmin)內下降到90％的額定值以下，然后又恢復到正常水平，會使用戶的次品率增大或生產停頓)；短時斷電(又稱電壓中斷，是由于系統故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶生產停頓，甚至混亂)；長時斷電；暫時工頻過電壓；瞬態過電壓；

3.3 電壓不平衡；

3.4 電壓波形：諧波電壓；間諧波電壓；(由較大的波動或沖擊性非線性負荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數倍，但其危害等同于整數次諧波)；

3.5 信號電壓(在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制)。

4 電能質量污染的治理

4.1 治理的基礎性工作 首先要掌握供電網絡運行狀態，對電能質量開展實時監測，以掌握其動態；第二是分析診斷其變化，即在詳細分析電能質量數據的基礎上，利用仿真軟件對電網結構的固有諧振特性進行計算與分析，排除虛假的諧波干擾；第三是開展系統的合理設計和改造，變電站的設計和投運以及新的電力用戶投運之前都要進行諧波源負荷及電能質量要求等方面的技術咨詢，線路網絡改造和建設也要結合運行負荷的特點和措施，以降低線損，降低設備損失事故，最后才是開展濾波裝置或無功補償裝置的研制、調試和現場測試，以了解治理后的效果，并總結經驗。

4.2 SVC裝置 近些年來發展起來的SVC裝置是一種快速調節無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無功功率作隨機調整，從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的系統電壓水平的恒定。

Qi＝QD+QL-Qc

其中Qi、QD、QL、Qc分別為：系統公共連接點的無功功率、負荷所需的無功功率、可調(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補償裝置發出的無功功率，單位均為kvar。

當負荷產生沖擊無功△QD時，將引起

△Qi＝△QD+△QL+△Qc

其中△Qc=0，欲保持△QC不變，即△Qi＝0，則△QD＝-△QL，即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負荷無功功率作隨機調整，此時電壓水平能保持恒定不變。

4.3 無源濾波裝置 該裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區，所以濾波器與動態控制的電抗器一起并聯，這樣既滿足無功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。

國際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調諧濾波器、雙調諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。

4.3.1 單調諧濾波器：一階單調諧濾波器的優點是濾波效果好，結構簡單；缺點是電能損耗比較大，但隨著品質因數的提高而減少，同時又隨諧波次數的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2～7次，因此，基波損耗較大。二階單調諧濾波器當品質因數在50以下時，基波損耗可減少20～50％，屬節能型，濾波效果等效。三階單調諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復雜些，投資也高些，用于電弧爐系統中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調諧濾波器。

4.3.2 高通(寬頻帶)濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當在電弧爐等非線性負荷系統中采用時，對5次以上起濾波作用時，通過參數調整，可形成該濾波器回路對5次及以上次諧波的低阻抗通路。

5 結束語

隨著電力電子與信息技術在社會各個領域的滲透應用，一些新型電力負荷對電能質量的要求不斷提高，電能質量已成為電力企業和用戶共同關心的課題。當今威脅信息電力質量的主要干擾除了諧波、電壓波動外，更多為人們所關注的將是電壓暫降和短時斷電、電壓閃變等動態電能質量問題；我們應因地制宜，對癥下藥，在深入調研、現場實測、試驗研究的基礎上，運用FACTS和電力新技術對電能質量進行系統化地綜合補償，這將是今后解決電能質量問題的最根本途徑。

參考文獻：

[1]王世禎.電網調度運行技術.1997年.

[2]遼寧電力系統調度運行規程.2004年.

[3]翁利民，王渺.改進的遺傳算法在諧波抑制中的應用[J].電網技術.2000.24(4).

[4]梁志勇.靜止無功補償設備運行綜述[J].電力電容器.1997(2).