關于松山湖配電網電能質量管理淺析

廣東電網公司東莞松山湖供電分局 52300

摘要：隨著經濟、社會和科學技術的迅速發展，一方面，對電能質量的要求也進一步提高；另一方面，非線性、沖擊性負荷的在電網中的使用也越來越廣泛，電能質量受到的污染越來越嚴重。分析電網的電能質量的現狀，并提高電能質量已成為供電公司目前亟待解決的問題。松山湖產業園近年供電量高速增長，電能質量問題逐漸突出，針對電能質量的投訴也日益增多，因此，開展松山湖配電網的電能質量管理治理措施的研究工作非常必要。

關鍵詞：電能質量；諧波；電壓暫降

一、東莞松山湖科技產業園區及配電網概況

東莞松山湖科技產業園區是2001年11月經省政府批準成立的省級高新技術產業開發區，松山湖科技園的定位比較高，其所進駐的企業的設備也相對先進，例如緊密度高、自動化和智能化高等特點，其對電網的要求也較高。為了實現基礎設施與高新技術企業相配套，松山湖配電網從2007年開始建設，定位是一個新型的全電纜的電網。松山湖配電網的主要特點是多分段、多聯絡，10kV公用線路環網率達100%，并且線路負荷適中，環網線路能100%進行轉供電。分區電壓合格率已達到99.5%，供電可靠率也在逐年提高，已經提高到99.98%。2011年至今已收到關于深圳華為、新能源公司、生益科技等因為閃斷或者電壓暫降等問題的投訴。為此我部對本地區的電能質量開展了整治研究。

二、電能質量問題概述

IEC（1000-2-2/4）標準將電能質量定義為：供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。

IEEE技術協調委員會對電能質量（Power Quality）的技術定義為：合格的電能質量是指敏感設備提供的電力和設置的接地系統均是適合設備正常工作的。其缺點是不夠直接和簡明。電能質量可分為電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量四個方面：

電能質量問題按產生和持續時間可將電能質量問題分為穩態電能質量問題和暫態電能質量問題。穩態電能質量問題以波形畸變為主要特征，一般持續時間較長，在一點時間內出線的電能質量不正常的情況，主要包括系統的頻率偏差、長時間電壓幅值偏差、三相不平衡、諧波、電壓波動和閃變。暫態電能質量問題通常是以短持續時間為特征，主要包括脈沖暫態、震蕩暫態和瞬時電壓上升與下降三類。

松山湖配電網電能質量治理研究

由于松山湖配電網電能質量的主要問題在于諧波和電壓暫降，因此本文僅對諧波及電壓暫降的治理進行討論。

諧波治理

諧波治理技術

諧波治理的技術有濾波和補償兩種技術手段。

濾波技術使用元器件，按照不同的要求，使得濾波裝置對不同頻率的電源有不同的阻抗值，在調諧處的阻抗為零，及把調諧處所處的頻率諧波濾除，即把不需要的成分濾除掉。例如無源電力濾波器是由電容器和電抗器按照一定的參數數據及拓撲結構連接組成，把需要濾除的諧波頻率設置為濾波器的調諧平率或其附近。

補償技術是采用各種技術，使裝置能產生一個電流，該電流的大小等于諧波的大小，方向與諧波的方向相反，從而達到抵消、補償諧波的效果。采用補償的技術的設備有有源濾波器，有源濾波器的具體情況見下文。

諧波的治理方案

諧波主要是由用戶產生的，所以治理電網公共點的諧波問題必須由供電和用電兩方面共同解決。治理電網諧波應該從設備本身、電網和加裝經濟適用的設備三方面進行。

設備設計、制造和配置時考慮諧波

在設計、制造時，盡量采用減少產生諧波的方案。例如整流裝置，整流裝置在電網中用得非常廣泛，也是電網中的主要諧波源。但是整流裝置產生的，諧波參數與其本身的脈動數有嚴格的關系——它的特征諧波電流次數與脈動數有關：

n=kp±1（k=1，2，3，···）

式中p為整流裝置的脈動數。

由上式可知，增加其脈動數對降低諧波電流含量最為有效。當脈動數增多時，則整流器注入電力系統特征諧波的起始最低次數n越高，又因In=I1/n，諧波電流與諧波次數近似成反比，其諧波含量也明顯下降。因此，一系列次數較低、幅度較大的諧波得到消除，諧波源產生的諧波電流將減少。

在設備設計時就考慮產生的諧波量，盡量采用產生諧波較少的設計方案，或者在設備內就設置了消除諧波或抑制諧波的部分。

用電設備是主要的諧波源，只要能控制諧波源，就能控制電網中的諧波量。

電力網設計時考慮諧波

電網設計時可以從三個方面來考慮減少諧波：①在變電站設置消除諧波或抑制諧波的設備；②電網結構上考慮抑制波諧；③適量增大電網容量。

①在變電站設置消除諧波或抑制諧波的設備。

目前，在變電站出消除或抑制諧波的濾波裝置有無源濾波器、有源濾波器和混合型濾波器裝置。裝設無源濾波器是目前變電站使用最廣泛、也是效果最明顯的一種方法。

②電網結構上考慮抑制波諧.。

電網結構方面考慮抑制諧波可以從以下三個方面著手：

⑴諧波重的用戶設立專線供電，提高供電的電壓等級。

諧波重的用戶產生的諧波會影響到其附近的用戶，當諧波含量大時，其給自身及其附近的用戶產生的影響非常大的，損失也是很大，應給諧波含量大的用戶或設備提供專線供電。不同電壓等級能容忍的諧波是不同的，額定電壓等級越高，例如，給裝有較多變頻器的線路直接拉10kV的專線供電。這樣，變頻器產生的諧波將不會直接對廠區其他的設備造成影響。

⑵變壓器采用適當的連接方式。

不同功能的變壓器的不同的連接方式，對抑制諧波有不同的效果。例如，三相整流變壓器采用Y-d（Y/Δ）的連接方式，可以消除三次及其倍數的諧波，從而達到抑制三次及其倍數的諧波。

⑶適量增大電網容量。

我國的公共電網對諧波的限定值是按電壓等級及其容量確定的。同一電壓等級的公共點，容量越大，其允許值就越大，其諧波承載能力越大，并降低系統的諧波水平。所以適量增大電網的容量對降低諧波的影響是有益的。

用諧波抑制裝置抑制諧波

對現有使用中的設備，不可能讓用戶更換那些產生諧波更小的新設備，即使要用戶更換，求用戶也不一定配合。對這種情況，可以在現有的、產生諧波較大的設備附近裝設濾波器這是抑制諧波最有效的方法。

電壓暫降治理

電壓暫降治理技術

電壓暫降的治理技術主要也有兩種：一種是采用抑制手段，另一種采用備用電源。

電壓暫降的抑制手段是采用各種技術措施，抑制電壓降低的幅值。例如在線路末端加裝電容和電抗器的組合，當發生電壓暫降時，電容和電抗的組合能發出功率，給設備供電，在一定時間內能抑制電壓突然下降。

采用備用電源，是指設備不是只有一個電源供電，一個電源發生電壓暫降時，切換到其他的電源上供電。例如不間斷電源（UPS），在市電正常時它是處于充電或備用狀態，是屬于耗能設備，設備用市電供電。但發生電壓暫降時，不間斷電源就切斷設備與市網的接口，不間斷電源就啟動逆變裝置，給設備供電，當市網恢復正常時，在恢復有市網給設備供電。

電壓暫降治理方案

電壓暫降主要是由線路故障和惡劣的天氣條件引起保護動作等因素引起，但也與設備本身的參數有關。所以要治理電壓暫降應從電網、用戶側加裝設備和用電設備三方面著手。

從電網源頭抓起，減少故障的發生

電網發生故障是不可避免，但是，提高電力系統的可靠性，減少故障發生的幾率、較少故障的持續時間是可以做到。故障發生的頻率越高，造成的損失越大，所以可對重要用戶采取雙回路供電，提高系統的可靠性。電壓暫降的時間及深度受電壓中斷時間的約束，故障持續的時間越長，電