配電網動態電能質量問題及對策研究

楊曉紅

[摘要]對動態電能質量問題進行較深入的研究分析,并在此基礎上對動態電能質量問題的應對措施進行探討。

[關鍵詞]配電網動態電能質量應對措施

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110033-01

當今社會,電能是一種最為廣泛使用的能源,其應用程度早已成為一個國家發展水平的重要標志之一。隨著科學技術和國民經濟的發展,對電能的需求量日益增加,雖然電能供求關系的矛盾已逐步得到解決,但有關電能質量的問題卻日益突出。

如何立足我國國情,研究提高電能質量的科學有效的方法,是一個必須深入研究的重要課題。

一、電能質量概念及其分類

(一)電能質量概念

我國的電能質量包括四個方面的相關術語和概念:

1.電壓質量:即用實際電壓與額定電壓間的偏差,反映供電企業向用戶供給的電力是否合格;2.電流質量: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;3.電質量: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--包括供電企業對用戶投訴的反應速度和電力價格等;4.用電質量: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。

(二)電能質量問題的分類

電力系統中各種擾動引起的電能質量問題按產生和持續的時間長短可以分為穩態電能質量問題和動態(暫態)電能質量問題。

穩態電能質量問題以波形畸變為主要特征,且持續時間通常在一分鐘以上,其表現為過電壓、欠電壓、電壓不平衡和諧波等。

動態電能質量通常是以暫態持續時間為特征,包括脈沖暫態和振蕩暫態兩大類,主要表現形式為:

1.電壓突升、跌落,且持續時間為0.5個周期至1min,其有效值分別為標稱電壓的110%-180%或10%-90%;2.電壓瞬變,持續時間很短且電壓值發生快速的變化;3.電壓閃變,電壓波形包絡線呈規則的變化或電壓幅值一系列的隨機變化。

二、電能質量問題產生的原因及危害

(一)電能質量問題產生的危害

電能質量問題會對電力系統、供電部門和電力用戶帶來嚴重的危害,主要表現在以下幾個方面:

1.諧波使公用電網中的元件產生附加的損耗,降低了發電、輸電及用電設備的效率。大量3次諧波流過中線會使線路過熱,甚至引起火災。2.諧波會影響電氣設備的正常工作,使電機產生機械振動和噪聲等,使變壓器局部嚴重過熱,使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。3.引起電網諧振。這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數十倍,會對系統,特別是對電容器和與之串聯的電抗器形成很大的威脅,容易使電容器和電抗器燒毀。4.導致繼電保護和自動裝置誤動作,造成不必要的供電中斷和生產損失。5.諧波會使電氣測量儀表計量不準確,產生計量誤差,給供電部門或電力用戶帶來經濟損失。6.諧波會對臨近的通信系統產生干擾,輕則產生噪聲,降低通信質量;重則導致信息丟失,使通信系統無法正常工作。

(二)電能質量問題產生的原因

各動態電壓質量問題對系統造成的危害中,電壓跌落和瞬時供電中斷被認為是影響用電設備安全運行最嚴重的電壓質量問題。研究結果表明,電子類用電設備、自動化程度高的設備以及工序復雜的生產過程對電壓跌落比較敏感,并且版本越新的電子產品對供電質量越敏感。

產生電壓跌落和供電中斷的主要原因為超高壓電網故障自然造成大范圍配電網的電壓波動;雷擊引起的絕緣子閃絡或線路對地放電;系統故障。另外,保護動作后重合閘引起的電壓跌落也是造成瞬時供電中斷的主要原因,電壓跌落次數將成倍增加,并且在規定時間間隔連續跳閘。

三、電能質量問題的應對措施

(一)加強管理,強化相關電力部門的行業規范

提高電能質量首先要從制度上下功夫,建立一套科學有效的管理制度:

1.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;2.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;3.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;4.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。

(二)加強系統化綜合補償技術的研發和推廣應用

對于動態電能質量問題,依靠傳統的無功補償和常規的濾波裝置并不能有效地解決,因為諸如電壓跌落、浪涌、電壓脈沖與瞬時供電中斷這類電能質量問題持續的時間很短、變化很快,并且有的電能質量問題還伴隨著部分甚至全部的有功損失等情形。

作為FACTS(基于電力電子技術的靈活交流輸電系統)技術與配電系統應用的延伸——DFACTS技術已成為改善電能質量的有力工具。目前DFACTS裝置主要有:動態電壓恢復器(DVR)、配電網靜止同步補償器(D-STATCOM)、固態切換開關(SSTS)等。

DFACTS技術的核心器件IGCT,它比GTO具有更快的開關頻率,并且關斷容量已達到一定規模,因此DFACTS裝置具有更快的響應特性。

DVR是抑制動態電壓干擾的有效補償裝置,它主要由儲能單元、DC/AC逆變器模塊、連接變壓器等部分組成,在消除電壓跌落,提高大型綜合性敏感工業負荷的供電質量方面有顯著的效果。

STATCOM的無功電流輸出可在很大電壓變化范圍內恒定,在電壓低時仍能提供較強的無功支撐,并且可從感性到容性全范圍內連續調節,使得其無功輸出相當于同容量SVC的1.4～2倍;STATCOM還可以抑制電壓閃變,大大提高系統動態穩定水平。

SSTS一般與D-STATCOM配合使用,主要用于雙回線路的切換,克服傳統的機械開關反應慢的弊端,保證對重要用戶可靠供電。

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