電能質量問題與電能質量管理要點研究

劉方園

摘 要：本文基于對電能質量問題與電能質量管理要點的研究，分析了電能質量的具體問題以及影響因素，從而提出了電能質量管理的要點以及具體措施。

關鍵詞：電能質量；質量管理；問題；要點；研究

一、電能質量問題及影響因素

（一）無功功率

無功功率的問題為：

（1）電網電壓會由于無功功率的頻繁負載而發生一定的波動，從而大大降低供電的質量。

（2）導致電網連接設備的電能容量大大增加。如果增加了無功功率，則會造成視在功率增大以及電流量增大，因此相應的需要增大用電設備。

（3）加大線路損耗以及電力設備損耗。

（二）電網諧波

在使用電能的過程中，諧波一直存在，且由于諧波會造成電動機運行時發生過熱或者絕緣現象，因此獲得了較大的關注。而在電網運行的過程中，諧波一般包括照明設施、辦公電器、變流裝置、電弧爐、家用電器、鐵磁非線性設備以及整流裝置等。而電網中的電流波形以及電壓等，會受到非線性設備的影響而產生即便，因此造成了諧波的產生。通常諧波會對電力設備的正常運行產生一定影響，而諧波較大的情況下就會導致電力系統發生故障，甚至還會損壞電力設備。

（三）三相負序電流及不穩定電壓

由于某一相或者兩相發生異常，或者電網三相負載部隊稱等，就會導致三相負序電流，其不僅會增加電網的損耗，使得繼電保護裝置由于啟動了負序分量而發生錯誤動作，同時還會導致電動機繞組過熱、干擾通信，甚至還會縮短電動機的運行壽命，降低其可靠性等。而不穩定電壓則指的是電壓閃變、電壓波動、電壓跌落等情況。通常情況下，電網的負載投入容量較大，就會導致電壓跌落，其在一定程度上會影響到電壓負載的敏感性。如果其跌落的幅值超過一定的界限，就會影響到工控計算機程序的正常運行，從而中斷工程生產。而工頻電壓包絡線發生的周期性變化或者其他一系列的變化，則稱之為電壓波動，其可以看做是正弦波載為工頻電壓的情況下，將低頻信號迭加上去的結果。大功率裝置如軋鋼機、電弧爐等運行過程中，都有可能發生電壓波動。電壓波動造成的照明異常在人眼中呈現的視覺感受則稱之為電壓閃變。電焊機、電弧爐以及往復式壓縮機等運行過程中，如果出現負載情況，就會發生電壓閃變。生產過程對電壓穩定性要求較高的，就會受到電壓閃變的影響。

二、電能質量管理要點

（一）抑制諧波

在對電網諧波進行抑制的過程中，傳統的方法主要有兩個，一是補償和濾波現有的諧波源，二是改造能夠產生諧波的電力設備，以便降低其諧波源。目前在抑制電網諧波的過程中，由于無源濾波器可維護性高、運行可靠性高、設備投資較低以及結構相對簡單等，獲得了廣泛的應用。該儀器能夠在系統中將并聯通路提供給諧波，從而起到濾波的作用，但是無緣濾波器也具有相對明顯的缺點。而有源電力濾波器（APF）抑制電網諧波的原理為：將方向與無功電流大小相、原有諧波等相反的補償電流注入電網中，促使無功電流與電網總諧波為零。以往的有緣濾波器，其補償電流主要是通過非線性放大器生成，而之后的有緣電力濾波器則主要是通過功率較大的晶體管組成的逆變器PWM來制成，且其一直沿用至今。在有緣電力濾波器中，最基本的方式就是并聯型APF，電網與APF并聯接入，其等同于一個電流源，且該電流源具有一定的可控性，因此能夠將負載造成的電流諧波逐漸消除，同時還能平衡三相電流，并補償無功功率。在APF中，僅僅直流過少數的基波有功電流以及補償電流，且APF并聯之后需要承受一定量的基波電網電壓，因此會增大其容量，從而大大降低其動態性能。通過變壓器將APF串聯在負載與電網之后，其就可以等同于一個受控制的電壓源，并對三相不平衡電壓以及電網諧波電壓進行補償。但是串聯APF的缺點在于負載電流的流過量相對較大，且還能增加元器件規定的參數，因此均在較大的損耗，這樣就會導致保護措施以及切投變得復雜化。

（二）補償無功功率

早期補償無功功率主要采用的是并聯電容器以及同步調相機。其中，并聯電容器在使用的過程中，如果出現電網諧波，則容易出現諧振，并導致諧波被放大，從而將電容器燒毀。而同步調相機盡管能夠動態的補償不斷變化的無功功率，但是其維護過程難度較大。SVC為靜止無功功率補償裝置，是一種晶閘管，其主要的作用在于控制電壓和補償無功功率，同時還能提升系統的穩定性、限制過電壓以及阻尼功率波動等。但是其也存在一定的缺點，即對電抗電容器晶閘管切投開關進行控制時，會產生一定的諧波。在該補償裝置的基礎上，產生了SVG（靜止無功功率發生器）。通常情況下，靜止無功功率發生器使用了多電平技術以及多重化技術，其能夠將電流補償中產生的諧波含量大大降低。且同靜止無功功率補償裝置電抗電容器的大容量儲能存在的區別在于，靜止無功功率發生器只需容量較小的電容器對電壓進行維持，且其既能發出無功功率，又能吸收無功功率，但是只能針對無功功率的補償使用，因此具有相對單一的功能性。

（三）調節電壓

DVR即動態電壓恢復器，其主要是用于配電系統跌落電壓的補償設備。在電力負載與饋線之間，利用串聯變壓器產生具有可變幅值的電壓，這樣就能確保電網電壓發生改變時，能夠通過負載的一側對不變的供電電壓進行觀察。動態電壓恢復器具備充足的能量以及快速響應能力，能夠對跌落電壓時產生的負載，提供一定的能量支持。SSC為靜態同步補償器，其主要是利用變壓器將系統的電壓源型逆變器PWM并聯接入，其既能減少損耗，又能改善電壓質量。如果與直流側儲能裝置聯合使用，還能對有功功率波動進行補償。

三、總結

綜上所述，通過對電能質量問題與電能質量管理要點的研究，可以看出，電能質量主要與電網諧波、無功功率以及三相負序電流以及電壓不穩定性存在一定的關系，因此在管理電能質量的過程中，就必須通過以上三個方面入手，這樣才能確保電能使用過程中達到較高的質量。

參考文獻：

[1] 趙明峰.智能化電能質量監測管理平臺研發與建設[D].華北電力大學，2015.

[2] 李明.基于TCP/IP的電能質量監測遠程管理系統設計[D].湖南大學，2014.