基于ETAP的電力系統電能質量問題研究與分析

劉可 薛俊茹 翟潛河

摘要：電力市場環境下，電能質量關系著社會方方面面的發展建設，對社會發展起著重要作用，是電力企業面臨的亟待解決的重要項目。針對于電力系統電能質量問題，ETAP系統對于其問題的解決起到了重要作用。通過多年來的應用實踐表明，其軟件系統在諧波仿真方面，對諧波諧振等方面問題的處理起到了良好的改善作用，在電能質量問題的分析處理上切實可行，未來其軟件在電力系統中的應用前景得到了充分驗證，以其精準的計算方法，方便快捷的模型，可視化的數據操作為電能質量的分析管理提供了強有力的參考依據。

關鍵詞：ETAP；電力系統；電能質量

中圖分類號：TM71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言：伴隨經濟的發展，對于電能需求量巨大的相關部門為了進行節能減排，增加了大容量三相不平衡設備的應用，使得各種電能質量問題層出不窮，往往造成區域性的事故隱患。現在針對電能質量問題的分析，逐漸開始引入ETAP，使其逐漸發揮出分析、計算、調控管理的優勢。

一、ETAP概述

ETAP是一種應用在電力系統領域的軟件系統，由美國OTI集團公司開發，是電力電氣分析、電能管理的綜合分析軟件系統的簡稱。具有功能全面，綜合性能強大的特點，能夠為電力系統的規劃設計等多方面提供全面分析和解決方案，保證了高品質的電能質量。

該軟件系統具有三大設計理念，即系統能夠在虛擬環境下模擬現實進行操作，全面集成數據庫，數據操作過程是真實可見的。其數據庫是三維形式的，顯得更為立體直觀，將元件設備與其物理屬性歸于一個數據維度之中，作為工程電氣的參數，這些數據以簡單直觀的圖形形式顯示出來，實現可視化的數據操作，并能確定出復合式的保護嵌套網絡[1]。

二、ETAP軟件系統介紹

（一）不平衡潮流模塊

該模塊主要是對分支電流與功率因數，功率潮流與母線電壓的計算，在平衡節點等狀態下，實現對環形與放射型系統的操作，計算效果由電流注入方法來保持，充分體現出在大負荷環境下具有的收斂特性。

（二）諧波分析模塊

對于諧波潮流計算是其系統中一個重要組成部分，應用于對各線路、母線諧波存在狀況的解析計算。在計算中需要對諧波頻率掃描，也就是對現存網絡進行掃描，以此根據諧振現象計算出諧波次數。諧波潮流計算與諧波頻率掃描有效解決了諧振問題與在現有網絡條件下存在的問題，極大地方便了對于諧波問題的治理，為其提供了科學高效的驗證解決方案[2]。

（三）電容器最佳位置模塊

系統在補償電容時，該模塊約束條件具有最小化的特點，不會受到多種因素的影響，沒有多個因素的約束限制，以此設定出電容器的最佳位置，使功率因素的修正與電壓的補償達到最佳效果，在最佳效果的狀態下補償電容器組數，進行控制模式的計算，分析出運行中的電容器組對于系統會產生哪些影響。

（四）電機加速模塊

這個系統是針對于動態與靜態的兩種電機加速的管理控制，為其電機加速提供兩種計算分析方法。對于靜態電機的加速計算首先需要建立一個模擬化形式的動態模型，動態模型能夠在啟動電機過程中反映出在整個過程中電流電壓隨時變的變化狀態。整個加速過程會被程序模擬出來，以判斷電機是否能夠可以啟動，額定速率需要多久恢復正常運行狀態，是否會因為電壓降的問題而影響到系統運行。對于靜態電機的加速也是應用模擬化的形式，運用堵轉方法將電機啟動，以此模擬出對系統會產生哪些影響。

三、電力系統工業用戶引起的系統電能質量問題

在工業中設備的容量較大，對于設備的調速性能與設備特殊性能有著高要求，因為設備的性能對電力系統電能質量會產生重要影響。而在現代工業中一些大容量的設備又與多種電氣化設備組合起來，又對周圍區域的電能質量造成了影響，使對電能質量問題的分析、治理增加了難度。

（一）礦井與港口

在礦井與港口中其主要負荷是港口的裝卸起重機與礦井的風機、水泵、提升設備，這些設備多數是大型大功率的設備。采用到了用于調速的沖擊性設備，這些電力電子設備的使用使得諧波與無功功率不足問題出現。

（二）制藥化工與煙草

大型電動機群與高敏性負荷是制藥化工與煙草等工廠面對的主要負荷，為了滿足工藝需要會有一些非線性設備的裝置。如果多次啟動電動機，極易對系統造成沖擊，大量的無功被充分吸收，導致系統無功的缺失，致使三相不平衡現象的出現，電壓也會持續降落，電網功率因素會因此大為降低；對其調速裝置而言，變頻整流方式得到普遍應用，但是由于電機磁飽和現象，高次諧波大量產生，通常使用的電路拓撲技術手段將交流形式的電源轉變為直流形式的電源，直流電源轉變為對交流電機所需的頻率、電壓。

（三）煉鋼廠

在從事煉鋼的企業當中，其應用的主要設備有沖擊用大型軋鋼機與高壓弧爐。電弧是氣體放電的一種形式，是一種著電與著熱同時進行的物理過程，電弧在電弧爐中在正常電壓下是交流形式的。功率波動性負荷是電弧爐的主要負荷，在熔化期中三相電極在廢鋼裝入后，大電流電弧在廢鋼與電極之間產生，電弧產生的熱量對廢鋼進行熔化。直接電弧普遍存在著，電弧長度隨和廢鋼熔化而發生改變，燃弧點逐漸發生移動，引起三相電弧也在逐漸發生著改變，三相電流出現不對稱，在不正常的生產情況下負序電流與電爐變壓器額定電流之間的比例由1：4上升到14：25，這是對于一相斷弧而言，兩相與三相斷弧不言而喻，比例將會更大，當在電網流入到負序電流時，電網電壓產生負序分量。如想保證穩定的電弧燃燒，電弧爐的功率因素降低，如此一來電弧爐在運行中就會產生高感性負荷，功率因數因此會極有可能降低到0.1。在精煉環節中完成熔化過程之后，提高溫度的同時加放鐵礦石與氧氣，為達到脫硫與脫氧的效果加入石灰，在這個過程之后電流不會發生變動，電弧趨于正常穩定[3]。

冶煉過程中電弧電流的變化通常與廢鋼大小有關，電弧電流的變化導致了電壓閃變現象的存在，如果冶煉中使用的是大塊廢鋼，在落下時造成電弧不穩定與電極短路，到了中期以后，鋼液存在于爐底，電弧的穩定性得到了很好的保障，閃變程度同樣得到降低。

變頻調速裝置在軋鋼機中的使用，加劇了諧波的產生，諧波電流的增多致使接入的母線電壓畸變率超出了指標，為用電設備的安全運行帶來了極大的不便。此外還有無功功率被大量消耗，功率因數降低至不到0.5，失去的那些無功功率其實是被電網吸收了，電網因此承擔的職責沉重，加大了無功損耗，電能質量因此得以降低。

結語：通過上述可知，本文從三個方面對基于ETAP的電力系統電能質量問題展開了論述。第一部分是對ETAP系統基本概念的論述，從中可以知道ETAP是由美國一家電力公司開發的一種電力電氣、電能管理的綜合性分析軟件；第二部分介紹了ETAP系統模塊，第三部分相對重點介紹了幾種基于ETAP的工業用戶電力系統常見的電能質量問題，為社會中的工業用戶對電能質量問題的解決提供了一定參考。在工業用戶中，還是在社會各領域中負荷是引起電力系統電能質量問題的主要原因，為解決電能質量問題，需要結合電能質量問題的特點與實際情況，加強ETAP系統建設，基于其系統的分析治理方法，豐富電能質量分析方法。

參考文獻：

[1]徐文遠，雍靜. 電力擾動數據分析學——電能質量監測數據的新應用[J]. 中國電機工程學報，2013，19：93-101+15.

[2]翟興麗，林振智，文福拴. 電能質量的群體綜合評估方法與可靠性優化[J]. 華北電力大學學報（自然科學版），2013，06：74-82.

[3]容文斌. 改善電能質量的意義與策略[J]. 電子世界，2014，18：376.