電能質量調節系統的應用

梁 峻

(天津泰達電力公司 天津300457)

電能質量調節系統的應用

梁 峻

(天津泰達電力公司 天津300457)

簡述了電力系統電能質量技術應用的意義和目的，以及電能質量調節系統應用于用戶供電系統時可以解決的問題。提出開展電力需求側管理能給企業帶來直接經濟效益和良好的社會效益，有效的技術手段是實施需求側管理的基礎。

電能質量 調節系統 需求側管理

0 引 言

社會發展和經濟建設的重要物質基礎之一是能源，節約能源是我國的長期發展戰略，其中節約電能尤為重要。電力能源的節約發展空間很大，從目前國際、國內研究現狀看，無論是在電力網絡規劃、用電設備的應用、需求側管理、環境治理等方面都取得了一定的成果，很多節能技術已經廣泛應用。

2006年，我公司邀請美國專家針對電能質量管理和節能技術對廣大用戶進行了研討和培訓，開展電力需求側管理能給企業帶來直接的經濟效益和良好的社會效益，有效的技術手段是實施需求側管理的基礎，研究掌握好能效技術、負荷管理技術，采用先進技術來提高終端用電效率和節約能源，對實現電力需求側管理的目標起到保障作用。

電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的質量。理想狀態的公用電網應以恒定的頻率、標準正弦波和額定電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統中，各相電壓和電流的幅值大小應相等、相位對稱且相差 120,°。但由于系統中的發電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱、負荷性質多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態并不存在。因此，產生了電網運行電力設備和供用電環節中的各種問題，也就產生了電能質量的概念。

本文介紹了一種在改善電能質量的同時節約電能的系統解決方案。這種解決方案不僅可用于供電系統，同時更適用于終端用戶。在應用該系統提高電能質量后，還能延長設備和機械的使用壽命，并縮短設備停電和檢修時間。

1 電能質量調節系統簡介

1.1 簡介

電能質量調節系統是一個系統集成，是配備有單片機的調節裝置，每秒能以 4,000～15,000次對電壓、電流、功率因數和諧波等參數進行監控。系統包括多級 LRC(電感-電阻-電容)的儲能電路，可根據設計參數和邏輯原理隨動調節。可用電壓范圍廣泛，在低壓至高壓等級的三相電源均可使用，同樣也適用于各種不同頻率的線電壓。

1.2 電能質量調節系統的原理和組成

系統由多個部件組成，其中包括電感器、電抗器、電容器、電阻器、濾波器、接觸器、開關、調節器(微處理器)等。由于采用專門的設計和階梯式邏輯響應(ladder logic response)模式，該系統具有獨特的性質。

系統的主要操作是以調諧儲能電路(tuned tank circuit)-LCR(電感器/電抗器，電容器，電阻器)為基礎的。這些調諧儲能電路具有很少的阻抗性組件，因此不僅不浪費能源，還能起到節能的作用。

系統的操作原理是基于按階梯式邏輯激發不同的電路。在系統的每個階梯中含有 18條電路。系統的容量是根據三相供電電路的容量來決定的。系統的多階梯體系擁有三重保護。每一階梯都有獨立的監控、防護和激發，這意味著各個階梯可獨立工作，不會影響其他階梯繼續發揮功能。該系統與供電線路并聯，可以保證不干擾用戶的正常運行。

1.3 系統特性

1.3.1 改善與穩定電壓

電壓過低、過高以及不平衡的情況，會帶來以下不良影響：電機過熱導致絕緣擊穿，電機軸承損壞，加速電機的運行波動，降低生產質量、功率和造成電能損失等等。

如果我們的供電設施存在上述電壓問題，電能質量調節系統可以提供兩種解決方案：改善電壓和穩定電壓。可穩定三相電壓，消除從供電公司供電側的不利影響和最小化用電設施帶來的不利影響。同時，由于在電壓不平衡狀態下， 電能質量調節系統產生的無功功率(reactive power)和電阻性功率(resistive power)可以使電壓幅值(magnitude)得到改善。這樣最終的結果是，電壓的穩定狀態和電壓的額定值將與變壓器次級的額定電壓相一致。這就改善了供電系統的效率，并起到節能的作用。

1.3.2 穩定三相電流

電流不平衡會帶來以下不良影響：負序電壓、產生環流、增加中(零)在線的電流、電機過熱，導致絕緣擊穿、降低電機效率、電機軸承損壞、增加設備和機械的維護成本、浪費電能等。

電能質量調節系統能夠根據X/R比率和Z因子調節三相電流平衡。降低整體電流，兩種電流成分——電阻性功率和無功功率都得到降低。平衡三相電流，由此消除由不平衡電流帶來的問題。

1.3.3 過濾寬帶諧波

諧波會帶來以下不良影響：變壓器過熱(K系數)、轉動設備過熱、引起電壓和電流波形畸變、導致電容損毀、導致斷路器和保險絲觸發、導致電氣設備運行不穩定、浪費電能、浪費變壓器容量、電能分配效率低、增加設備的維護成本等。

引起諧波的主要原因是非線性負載，例如：計算機、電子設備、機器人、電子照明鎮流器、變速裝置、頻率轉換器、UPS系統、DC驅動、電池充電器等。這些裝置在工業領域的應用變得越來越普遍，其后果是，產生更多的諧波干擾，更多的電壓或電流的波形變形。

電能質量調節系統不同于有源濾波器。諧波過濾是由以電感器/電抗器為關鍵元器件的 LCR電路來完成的。過濾后，可產生：低通-非調諧、高通-非調諧及調諧的電路特性。

1.3.4 改善功率因數

低功率因數會帶來以下不良影響：可能會產生低功率因數罰款、增加線損-I2,R、浪費電力分配線/變壓器的承載能力、降低系統功效、浪費投資和運營成本。

功率因子是電壓和電流間的相位偏移。功率因子的滯后一般是由電感性負載，特別是沒有滿載運行的電機所引起的。

電能質量調節系統與功率因數校正電容器不同，沒有電容器組的種種不良副作用，系統能降低/消除相位偏移，并且不管負載狀況如何，都可提供具有 94%,～100%,穩定功率因數的工況，并且沒有副作用。

2 系統應用的流程

2.1 用戶調查

用戶調查是對用戶的電力設備負載和配電情況進行初始讀數檢測和測量。根據調查所取得的數據，確定電力系統的阻抗或系統的X/R比率及功率因數等。X為系統的電抗，R為系統的阻抗。需要用戶協助配合提供的數據信息如下：

① 測量時，須保證用戶系統的運行負載等于或大于 70%,額定容量；用電系統應接入主供電線路。

② 提供最近 12個月的電費單。通過計算機分析實際消耗的電力度數(KWH)、電費、KWD、KWD費用，以及任何的費用折扣。

③ 過去 12個月所有運行中的意外狀況，如過負荷、短路、運行方式變化等。

④ 用電系統中已知的任何問題，例如：電涌、諧波、失壓、設備短路、機械故障等。

⑤ 功率因數補償裝置的位置、規格和規模等。

⑥ 主變壓器銘牌信息。

⑦ 估算出直流(DC)負載占正常總負載的百分比。

⑧ 電能表計量的位置。

⑨ 電力系統平面布置圖。

⑩ 各個測量點帶有電力負載的連續正常運行時間，每周的總小時數的“運行百分比”。

2.2 解決方案報告

根據用戶提供的信息和調查，通過軟件分析，匯總后有針對性地提供相應的解決方案。包括：電費單明細分析、目前的供電系統狀況、電能質量調節節電系統提供的信息、審核統計的方法、用戶用電情況分析、預期的電能質量調節和節電效果、節約概況和投資回報表、計算表格、目前用電和預期的用電狀況圖及預期節電圖表的對比等技術數據分析。

2.3 調整分析

在檢查用戶調查的資料和可能發生的變化、尋找解決問題和節電的更經濟或更有效的措施或方法，確定電能調節系統在現場的安裝位置和連接部位，確定斷路器/分離器、線纜、布線導管的尺寸及現有的設備可用性等，我們將對方案進行進一步的調整分析。

復雜的計算機分析將確定用戶運行的各種大型負載在轉換開關狀態下對不同次級回路的影響，以及發生在每個次級回路或分支電路之間的握手效應。

2.4 電能質量調節系統硬件的實地安裝

電能質量調節節電系統必須安裝于距配電饋線連接點的直線距離 3.6,m之內，按照優良工程標準進行安裝，并且符合當地和國家的有關規定。調節系統安裝應與頂棚保留 0.3,m的間隔并列安裝，各設備之間至少要有 0.03,m 以上的間隙。系統應安裝在通風區域并遠離發熱物體和表面。安全環境溫度最高為 50,℃，最低溫度為－20,℃，以確保電容裝置正常運行。■

［1］ 程浩忠. 電能質量概論[M]. 北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 林海雪. 現代電能質量的基本問題[J]. 電網技術，2001(10)：5-12.

［3］ 胡銘，陳珩. 電能質量及其分析方法綜述[J]. 電網技術，2000(2)：36-38.

The Application of Power Quality Control System by Tianjin TEDA Electric Power Company

LIANG Jun
(Tianjin TEDA Electric Power Company，Tianjin 300457，China)

This paper briefly describes the meaning and purpose of the application of power quality technology to power system and presents problems the system is able to solve when the new technology has been applied to users’ power supply system．It points out that power Demand Side Management(DSM)can bring enterprises direct economic benefits and sound social effect. Besides，effective technical means constitute the foundation of DSM implementation.

power quality；control system；Demand Side Management(DSM)

TM714

A

1006-8945(2015)09-0091-02

2015-08-07