電力電子技術與工業企業電能質量的控制

汪克祿　蔣澤永　陳勇

摘要：如今，人們在生產生活中對電力產生了極大的依賴性。尤其是工業企業，其工業設備的運轉都離不開電能，供電和用電質量會對企業生產效益造成直接影響。而電能質量會對電力系統運行和企業用電造成較大影響。本文對電能質量的內涵進行了闡述，并論述了如何使用電力電子技術實現電能質量控制。

關鍵詞：電力電子技術;工業企業;電能質量

前言：

電力電子技術的應用，使人們對電能的變換和控制能力得到了提升。雖然提高了電能使用的有效性，但是也帶來了許多的電能質量問題。互聯網時代，計算機以及數字設備得到了普及應用，也使得電能質量問題越來越為人們所關注，強化電能質量控制成為了電力公司以及工商企業的共同目標。

1電能質量的內涵

電能質量可以代表優質供電。當電力系統運行正常時，可以為電力使用者持續、平穩地進行供電，那么其電能質量就處于合格狀態。如果電能質量處于不合格狀態，出現了電能質量問題;就會出現電壓和頻率偏差，還會造成大幅度的電壓波動，導致電力設備出現故障，影響用戶的正常用電。通常，會以電壓中斷、下跌、波動以及頻率偏差等具體數據衡量電能質量。

2電能質量對工業企業的影響

對于企業而言，電能質量問題主要表現為電力供應連續性問題以及電壓質量問題。工業企業的自動化水平越高，對電能的依賴性就越強，受電能質量的影響就越深。據統計，結果每年因為供電故障而產生的經濟損失高達800億美元，而其中工業企業的占比達到了25%。可以說，如果電能質量問題得不到控制，會導致電力供應和企業用電出現問題，會對工業企業的生產經營造成極為嚴重的影響，還會讓企業蒙受巨大的經濟損失。電能質量對工業企業的影響可具體表現在以下兩個方面。其一是電壓瞬間跌落對工業企業的影響。電壓瞬間跌落，會導致等效停電次數大幅上升。當然，不同類型的工業生產設備對電壓瞬間低落的承受力也不盡相同。比如，電壓跌落在50毫秒內可以完成自動修復，那么就不會對電子設備的使用造成影響。其二是諧波電壓的影響。電力電子技術的應用，加大了諧波產生的幾率并擴大了其影響范圍。各類型電氣設備在運轉過程中所產生的諧波會對電網造成影響，可以加劇電壓畸變，對電力公司的電網運行和工業企業用電都會造成非常嚴重的不良影響^[1]。

3電力電子技術在工業企業電能質量控制中的應用

為了維護電力系統的安全運行，必須要對日益加劇的電能質量問題進行控制。相關技術人員應該充分發揮電力電子元件的特點，實現對電能的變換和控制，強化供電和用電安全。

3.1在停電問題中的應用

電能質量問題會引起供電不穩從而導致停電。為了應對停電問題，可以在配電系統中使用不斷電電源。配電系統不斷電電源的相關裝置包括高速固態繼電器以及逆變器;高速固態繼電器應該被串聯在配電線上進行使用，而逆變器則與之并聯。這一裝置的應用可以維持供電平穩性，但是并不會對電壓跌落做出任何補償。當配電系統發生故障時，高速固態繼電器可以立刻切斷配電線路，讓配電系統不斷電電源開始工作;此時，由不斷電電源向負荷供電，保障用電的平穩性。配電系統不斷電電源裝置的反應極為靈敏，從發現故障到設備運行，其反應時間不會超過3ms。而且，高速固態繼電器在使用過程中并不會產生大量的導通損耗，設備使用的節能性和有效性得到了充分的保障。

3.2在瞬間電壓跌落問題中的應用

電壓的瞬間跌落會造成電力設備的故障。為了提高生產效率，工業企業所用設備的自動化水平逐步提升，電力供應和應用對設備運轉的影響也在不斷加深。當電壓發生瞬間跌落時，供電會隨之不穩;各設備失去能源供應，必然會出現故障，進而影響企業的生產經營活動。據統計，大部分的電能質量問題發生在45%以上的剩余電壓，持續時間小于2秒，但發生問題的幾率高達92%;不過工業企業發生長時間斷電的幾率不大，大部分時間還是可以保證其供電平穩的。

為了解決瞬間電壓跌落的問題，可以在配電系統中運用動態電壓恢復器。動態電壓恢復器中包括逆變器，在使用過程中，應該利用變壓器連接逆變器和配電線路。當配電線路的電壓出現異常時，動態電壓恢復器可以將其產生的三相交流電壓注入配電系統之中，借助于變壓器讓注入的電壓符合配電系統需求，填補正常電壓與故障電壓之間的差距，實現電壓恢復^[2]。動態電壓恢復器的應用可以幫助工業企業恢復填補電壓壓差，預防因電壓異常而導致的電力故障。系統電壓的穩定性得到了保障，用電質量就會得到有效提升，工業企業就不需要支出不必要的電力維修成本，企業的經濟效益自然會有所提升。

3.3在諧波抑制問題中的應用

電力電子技術的應用使得諧波問題逐漸嚴重，為了保障電力系統運行安全，我們需要對諧波進行抑制。通常可以選擇有源濾波器或無源濾波器對諧波進行抑制。采用無源濾波器，則可以借助于該裝置，吸收特定諧波頻率的電流分量，削弱諧波能量，降低其危害性。如果采用單調諧濾波器，那么需要將電感品質因數控制在10-100之間，才能確保裝置的特性得以充分發揮。但如果采用雙調些濾波器，則不需要特別強調其電感品質因數;雖然使用這種裝置成本相對較低，但是其裝置使用壽命不長，使用損耗較為嚴重。值得注意的是，濾波器并不是只吸收特定位置的負荷諧波，所以很容易發生過載問題，這需要操作人員加以控制。有源濾波器可以對瞬時電流的波形進行檢測，然后從中提取諧波分量;提取后將其變為補償電流來使用，以降低負荷諧波對電力系統的影響。常見的有源濾波器為串聯類有源濾波器和并聯類有源濾波器。在實際使用中，應該根據實際情況來選擇裝置應用方法。有源濾波器和無源濾波器可以根據電力系統的結構需求，進行串聯或并聯;使二者組成一個混合濾波器，防止在電力系統中解決低次和高次諧波的補償問題。

結論：

綜上所述，電力電子裝置的應用，使得電能質量問題日益突出。其應用中產生的諧波會對交流電網產生影響，進而導致電壓跌落等問題，影響企業用電。所以，我們應該加強對電能質量的控制。相關工作人員應該利用電力電子技術，解決電能質量控制問題，提升電力供應的穩定性和可靠性。

參考文獻

[1]盛萬興，段青，孟曉麗，等.電力電子化進程下的交直流無縫混合靈活配電系統研究[J].中國電機工程學報，2017，37（07）：1877-1889.

[2]劉江輝，張倩.石油石化企業電力系統電能質量的分析與探討[J].石油石化節能，2015，5（08）：14-15.