淺析電能質量監測與治理

溫育斌

摘要：隨著經濟的發展、科技的進步和生產過程的高度自動化，電網中各種非線性負荷不斷增長，復雜、精密且對電能質量敏感的用電設備越來越多。這也加劇了電能質量的惡化。因此加強電能質量管理，提高電能質量，已成為電網建設管理中必須認真探討的重要課題。

關鍵詞：電能；質量；監測；治理

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0048－02

電能質量問題不僅關系到用電設備運行的可靠性和安全性，還關系到供用電市場的規范化。它的產生可能來源于供電方的輸配電系統，也可能來源于用戶端的不合理用電，還可能來源于雷電等自然現象。只有對電能質量進行有效的監測，才能對問題的產生和影響有更深刻的認識，進而為電能質量的改善、供用電雙方的協調和供用電市場的規范提供真實依據，以采取有效的解決措施。

1電力系統電能質量問題的產生

1.1電力系統元件存在的非線性問題

電力系統元件的非線性問題主要包括：發電機產生的諧波、變壓器產生的諧波和直流輸電產生的諧波。其中，直流輸電是目前電力系統最大的諧波源。此外，還有變電站并聯電容器補償裝置等因素對諧波的影響。

1.2非線性負荷

在工業和生活用電負載中，非線性負載占很大比例，是電力系統諧波問題的主要來源。電弧爐（包括交流電弧爐和直流電弧爐）是主要的非線性負載，它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴重非線性引起的。在居民生活負荷中，熒光燈的伏安特性是嚴重的非線性，會引起較為嚴重的諧波電流，其中三次諧波的含量最高。大功率整流或變頻裝置也會產生嚴重的諧波電流，對電網造成嚴重污染，同時使功率因數降低。

1.3電力系統故障

電力系統運行的各種故障也會造成電能質量問題，例如各種短路故障、自然災害、人為誤操作、電網故障引發發電機和勵磁系統工作狀態的改變、故障保護裝置中電力電子設備的啟動等，都可能造成各種電能質量問題。

2電能質量的監測技術

電能質量的監測技術主要表現在：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，對電網結構的固有諧振特性進行計算和分析；③開展系統的合理設計和改造時，在變電站的設計、投運和新的電力用戶投運前，都要進行諧波源負荷和電能質量要求等方面的技術咨詢；④在線路網絡改造和建設中，要結合運行負荷的特點和措施，以降低線損和設備損失事故。

目前，電能質量監測設備的發展趨勢傾向于采用永久性的固定設備對現場數據進行在線監測，對于固定電能質量監測設備而言，研制時需要綜合考慮成本和性能。基于微處理器的智能化電能質量在線監測設備采用嵌入式系統和數字信號處理技術，在設計上具有在線監測、智能化、網絡化、實時性好和成本低等特點。

基于雙CPU的嵌入式系統將嵌入式DSP處理器與嵌入式微控制器相結合，通過2個CPU擴充系統資源，共同分擔系統負荷。以DSP作為高速處理器件有利于保證系統的實時性。這種雙CPU的系統結構和DSP的高速處理能力，對于保證系統實現在線監測、智能化、網絡化等強大功能而又不犧牲實時性起到了關鍵作用。它具有在線監測、精度高、升級潛力大、實時性好、體積小和成本低的特點，既適用于現場的測量分析，也適用于長期的在線監測。

3改善電能質量的措施

3.1靜止無功補償裝置（SVC）

靜止無功補償裝置是一種快速調節無功功率的裝置，這種裝置利用晶閘管的開通和關斷，調節等效電抗和投入的電容數量，從而達到迅速調整無功補償容量的目的。該裝置已成功應用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償中，可以對所需的無功功率作隨機調整，從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的電壓水平恒定。

3.2無功發生器（SVG）

無功發生器（SVG）是一個可以產生超前電流90°或滯后電流90°的逆變器，帶有自整流充電能力，多用于系統對稱而產生無功的情況，比如換流站等。無功發生器在系統電壓下降時，仍能供出額定的無功電流。但無功發生器難于應付系統的不對稱，當系統電壓不對稱時，無功發生器就會產生很大的負序電流。對此，目前采取的方法是，在系統發生不對稱時，將無功發生器自動切除。

3.3無源濾波器

無源濾波器是由電感線圈、電容器（電阻）組成，利用電容、電感諧振的原理“吸收”“阻止”諧波，限制進入公用電網的諧波，從而保證電壓畸變率處于較低水平。無源濾波器按接線方式可以分為串聯濾波、并聯濾波和低通濾波三種。串聯濾波主要濾除3N次諧波（或稱零序性質的諧波）；并聯接入的濾波器不僅濾除多次諧波，而且對系統具有無功補償作用；低通濾波器主要用于高次諧波的治理。

3.4有源濾波器（APF）

APF是一種能動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，實質上是一個大功率的諧波發生器。它是先從補償對象中檢測出諧波電流，利用可控的功率半導體器件，向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，起到大小相等、方向相反和相互抵消的作用，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。

APF按其與補償對象的連接方式，可以分為串聯型和并聯型兩種。并聯型APF只適合補償電流型諧波源負載，而串聯型APF適合補償電壓型諧波源負載。電力有源濾波器有很快的響應速度，對變化的諧波和無功功率都能實施動態補償，跟蹤補償各次諧波，自動產生所需要的無功功率，并且其補償特性受電網阻抗參數影響較小，是一種很有廣泛發展前景的電力諧波抑制和無功補償手段。當然，由于系統中的諧波成分較多，因此，在工程實際中，不可能將系統中各次諧波電壓都補償掉。現實的做法是，根據系統中含量較大的或者用戶負載較為敏感的那些諧波成分來選擇諧波電壓補償次數和補償度。

4 結束語隨著電力電子和信息技術在社會各個領域的應用，一些新型電力負荷對電能質量的要求不斷提高，電能質量已成為電力企業和用戶共同關心的課題。除諧波、電壓波動外，電壓暫降、短時斷電和電壓閃變等動態電能質量問題，也逐漸引起人們的關注。今后，提高電能質量的技術和措施也將日漸增多，要具體情況具體分析，采用科學可行的方法，也可以多措并舉，以達到解決電能質量問題的滿意效果。參考文獻［1］程浩忠，艾芉，張志剛，等.電能質量［M］.第一版.北京：清華大學出版社，2006.［2］周勝軍，于坤山，譚志強.電能質量供電電壓偏差［M］.第三版.北京：中國標準出版社，2008. 〔編輯：李玨〕Analysis of Power Quality Monitoring and ManagementWen YubinAbstract: With economic development, advancement of technology and highly automated production process, various non-linear load power is growing, complex, precision and power quality sensitive electrical equipment more and more. It also exacerbated the deterioration of power quality. Therefore, strengthening the power quality management, improve power quality, has become an important issue must be carefully explored grid construction management. Key words: energy; quality; monitoring; governance