電力系統提高電能質量的方法研究

　　摘要： 電能質量對于電力系統的生產效率及電能的上網傳輸十分重要， 文章在分析電能質量諸多影響因素的基礎上， 對提高電能質量的方法展開探討， 給出了具體提高電能質量的方法與措施， 有助于進一步提高電力系統電能生產質量。

　　電能是國民經濟和人民生活極為重要的能源， 它作為電力部門向用戶提供的由發電、供電、用電三方面共同保證質量的特殊商品， 其質量的好壞越來越受到關注。電能質量的技術治理與控制是改善電能質量的有效方法， 也是優質供用電的必要條件， 但電能質量具有動態性、相關性、傳播性、復雜性等特點， 對電能質量的控制和提高并不是一件輕而易舉的事。為確保電能質量的有效控制， 本文從電能質量的全面質量管理的技術角度對提高電能質量的方法進行了分析與探討，努力滿足電能質量的設計要求和目標， 并和同行分享。

　　1 電能質量控制分析概述

　　1. 1 電能質量的衡量指標

　　圍繞電能質量的含義， 電能質量的衡量指標通常包括如下幾個方面：

　?。?l） 電壓質量

　　指實際電壓與理想電壓的偏差， 反映供電企業向用戶供應的電能是否合格。這里的偏差應是廣義的，包含了幅值、波形和相位等。這個定義包括了大多數電能質量問題， 但不包括頻率造成的電能質量問題， 也不包括用電設備對電網電能質量的影響和污染。

　?。?2） 電流質量

　　反映了與電壓質量有密切關系的電流的變化， 電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與電壓同相位以保證高功率因數運行。這個定義有助于電網電能質量的改善， 并降低線損， 但不能概括大多數因電壓原因造成的質量問題。

　　其它的指標還有供電質量、用電質量等， 這些指標共同反映了電力系統生產傳輸的電能的質量， 并可以依據這些指標對電能進行管理。

　　1. 2 電能質量的影響因素

　?。?1） 電力負荷構成的變化

　　目前， 電力系統中存在大量非線性負荷： 大規模電力電子應用裝置（ 節能裝置、變頻設備等） ， 大功率的電力拖動設備、直流輸出裝置、電化工業設備（ 化工、冶金企業的整流） 、電氣化鐵路、煉鋼電弧爐（ 交、直流） 、軋機、提升機、電石機、感應加熱爐及其它非線性負荷。

　?。?2） 大量諧波注入電網

　　含有非線性、沖擊性負荷的新型電力設備在實現功率控制和處理的同時， 都不可避免地產生非正弦波形電流， 向電網注入諧波電流， 使公共連接點（ PCC） 的電壓波形嚴重畸變， 負荷波動性和沖擊性導致電壓波動、瞬時脈沖等各種電能質量干擾。

　?。?3） 電力設備及裝置的自動保護和正常運行

　　大型電力設備的啟動和停運、自動開關的跳閘及重合等對電能質量的影響， 使額定電壓暫時降低、產生電壓波動與閃變， 對電能質量也會產生影響。

　　2 提高電能質量的方法探討

　　2. 1 常用技術措施

　?。?1） 中樞調壓

　　電力系統電壓調整的主要目的是采取各種調壓手段和方法， 在各種不同運行方式下， 使用戶的電壓偏差符合國家標準。但由于電力系統結構復雜、負荷眾多， 對每個用電設備的電壓都進行監視和調整， 既不可能也無必要。

　　電力系統電壓的監視和調整可以通過對中樞點電壓的監視和調整來實現。所謂中樞點是指電力系統可以反映系統電壓水平的主要發電廠和變電站的母線， 很多負荷都由這些母線供電。若控制了這些中樞點的電壓偏差， 也就控制了系統中大部分負荷的電壓偏差。

　　除了對中樞點進行調壓， 還可以進行發電機調壓、調壓器調壓等， 實現對電力系統電壓的穩定， 從而提高電能質量。

　?。?2） 諧波的抑制

　　解決電能諧波的污染和干擾， 從技術上實現對諧波的抑制， 從工程現場的實際來看， 已經有很多行之有效的解決方法， 概括起來主要可以采取下面的兩種方法：

　　a增加換流裝置的相數換流裝置是供電系統主要諧波源之一。理論分析表明， 換流裝置在其交流側與直流側產生的特征諧波次數分別為p k+ 1 和p k（ p 為整流相數或脈動數， k 為正整數） ， 當脈動數由p = 6 增加到p = 12 時， 其特征諧波次數為可以有效清除的幅值較大的低頻項， 從而大大地降低了諧波電流的有效值。

　　b無源濾波法和有源濾波法為了減少諧波對供電系統的影響， 實現對電氣設備的保護， 根本的方法是從諧波的產生源頭抓起， 設法在諧波源附近防止諧波電流的產生， 從而有效降低諧波電壓。

　　防止諧波電流危害的方法， 一是被動的防御， 即在已經產生諧波電流的情況下， 采用傳統的無源濾波的方法， 由一組無源元件： 電容、電抗器和電阻組成的調諧濾波裝置， 減輕諧波對電氣設備的危害; 另一種方法是主動的預防諧波電流的產生， 即有源濾波法， 其基本原理是利用關斷電力電子器件產生與負荷電流中諧波電流分量大小相等、相位相反的電流來消除諧波。如圖1 所示， （ a） 是無源濾波， （ b） 是有源濾波的原理示意圖。

　　圖1 無源濾波和有源濾波原理示意圖

　　2. 2 電力系統電網傳輸的電能質量提升策略

　?。?1） 抑制電網電壓的閃變和波動

　　a合理地選擇變壓器的分接頭以保證用電設備的電壓水平。在新建變電站或用戶新增配電變壓器，條件許可時應盡可能采用有載調壓變壓器。

　　b線路出口加裝限流電抗器。在發電廠10 kV電纜出線和大容量變電所線路出口加裝限流電抗器，以增加線路的短路阻抗， 限制線路故障時的短路電流，減少電壓的波動范圍， 提高變電所的35 kV 母線遭短路時的電壓。

　　c 配電變壓器并列運行。變壓器并列運行是減少變壓器阻抗的方法。

　　d采用電抗值的高低壓配電線路方案。通常， 架空線路的電抗約為0. 40 / km， 電纜線路的電抗約為0. 080 / km?？梢?， 在同樣長度的架空線路和電纜線路上因負載波動引起的電壓波動是相差懸殊的。

　　因此， 條件許可時， 應盡量優先采用電纜線路供電。

　?。?2） 對電力系統電網的電能質量實施監測控制

　　電能質量指標檢測可采取連續、不定時和專項監測三種方式：

　　a連續檢測適用于供電電壓偏差、非線性負荷接入點和電網中樞變電所電能質量指標的實時檢測。一般采用統計型電壓表和電能質量在線監測裝置。

　　b不定時檢測適用于需要掌握供電電能質量指標而連續檢測不具備條件所采用的檢測方式。

　　c 專線檢測適用于非線性設備接入電網（ 或擴建、改建） 前后、查找電網電能質量污染源、了解某些特殊負載或用戶對電網電能質量指標影響等的檢測方式， 用以確定電網電能質量指標的背景狀況、電能質量污染的實際水平、驗證技術措施效果。一般采用電能質量分析儀。

　　3 結 語

　　電能是現代社會的一種普遍能源， 隨著科學經濟的發展， 人們對其質量不斷提出新的要求， 發電廠、供電部門、用戶從各自角度出發提出了許多治理方法， 但大多是在技術層面上， 在各自的電網側考慮。由于電能質量的動態性、相關性、傳播性、復雜性、整體性等一系列的特殊性， 導致電能質量控制的效果不是很好， 出現了很多問題。本論文只是對電能質量控制和提高措施的探討與嘗試， 還有更多的技術措施有待電力系統工作人員加以研究和應用。