電能質量問題與電能質量管理要點研究

張威

【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

現代電力系統中，電力電子設備的應用越來越廣泛，各種非線性、沖擊性、波動性和不對稱負載大量增加，造成諸如電壓波動和閃變、三相電壓不平衡及諧波等電能質量污染。電能質量問題給生產生活帶來的影響日趨嚴重，已受到供電企業和廣大用電用戶的廣泛關注。目前，如何有效地提高電能質量是供電部門、電力用戶和電力設備制造商共同關注的問題。

一、電能質量的概念

電能質量（PowerQuality）是指電力系統中電能的質量。一個理想的電力系統應以恒定的頻率（50Hz）和正弦波形，按規定的電壓水平（標稱電壓）對用戶供電。在三相交流電力系統中，各相的電壓和電流應處于幅值大小相等，相位互差120°的對稱狀態。由于系統各類負荷（大型電動機、變壓器、線路等等）參數并不是理想線性或對稱的，負荷性質各異且隨機變化，加之調控手段不夠及時、完善，以及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態在系統實際運行中并不存在，由此產生了電網運行、電氣設備和電能使用中的各種各樣的問題，也就產生了電能質量的概念。電能質量主要包含電壓、頻率和波形三個方面。主要指標包括供電電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、頻率偏差、波形畸變（諧波）等。

二、電能質量關注的重要問題

電能質量所關注的題有兩個，一是供電安全穩定性，二是電網的經濟運行。隨著我國電力負荷的迅猛發展和電網規劃的增大，現代電力系統已經發展成為一個龐大的動力系統。大容量發電機組，超高壓、遠距離交直流聯合輸電系統以及各種新型負荷的投入，會引起一系列電能質量的問題，電能質量問題已經貫穿從發電廠到用戶終端的全過程。從發電機的次同步振蕩問題，新能源的可靠并網，到輸電線路功率穩定、無功能量就地平衡的問題及電網電壓的穩定性，電網內諧波干擾問題及負荷的無功需求、三相平衡等問題都影響了供電的可靠性。

三、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，一是補償和濾除現有的諧波；二是改造能夠產生諧波的電力設備，以便改善其諧波源產生的諧波量。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，但是無源濾波器也具有相對明顯的缺點。有源電力濾波器（APF：Activepowerfilter）是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應，抵消負載中相應電流，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。有源電力濾波器中，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。

（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。SVG是典型的電力電子設備，由三個基本功能模塊構成：檢測模塊、控制運算模塊及補償輸出模塊。采用可關斷電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經過電抗器并聯在電網上，由外部CT檢測系統的電流信息，然后經由控制芯片分析出當前的電流信息、如PF、S、Q等；然后由控制器給出補償的驅動信號，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流。迅速吸收或者發出所需的無功功率，實現快速動態調節無功的目的。作為有源型補償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。

（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。

四、結論

電能質量的優劣將直接影響用電設備的運行效率和使用壽命，與用電單位的經濟利益密切相關，電能質量問題的解決已成為技術和經濟交融的問題，提高與改善電能質量將會成為用電單位節能降耗的重要工作。

參考文獻

[1]王煒，湯茜.數據管理系統在電能質量監測中的應用[J].通訊世界，2017（21）：147～148.