電力系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的方法研究

　　摘要： 電能質(zhì)量對(duì)于電力系統(tǒng)的生產(chǎn)效率及電能的上網(wǎng)傳輸十分重要， 文章在分析電能質(zhì)量諸多影響因素的基礎(chǔ)上， 對(duì)提高電能質(zhì)量的方法展開探討， 給出了具體提高電能質(zhì)量的方法與措施， 有助于進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)電能生產(chǎn)質(zhì)量。

　　電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活極為重要的能源， 它作為電力部門向用戶提供的由發(fā)電、供電、用電三方面共同保證質(zhì)量的特殊商品， 其質(zhì)量的好壞越來越受到關(guān)注。電能質(zhì)量的技術(shù)治理與控制是改善電能質(zhì)量的有效方法， 也是優(yōu)質(zhì)供用電的必要條件， 但電能質(zhì)量具有動(dòng)態(tài)性、相關(guān)性、傳播性、復(fù)雜性等特點(diǎn)， 對(duì)電能質(zhì)量的控制和提高并不是一件輕而易舉的事。為確保電能質(zhì)量的有效控制， 本文從電能質(zhì)量的全面質(zhì)量管理的技術(shù)角度對(duì)提高電能質(zhì)量的方法進(jìn)行了分析與探討，努力滿足電能質(zhì)量的設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)， 并和同行分享。

　　1 電能質(zhì)量控制分析概述

　　1. 1 電能質(zhì)量的衡量指標(biāo)

　　圍繞電能質(zhì)量的含義， 電能質(zhì)量的衡量指標(biāo)通常包括如下幾個(gè)方面：

　?。?l） 電壓質(zhì)量

　　指實(shí)際電壓與理想電壓的偏差， 反映供電企業(yè)向用戶供應(yīng)的電能是否合格。這里的偏差應(yīng)是廣義的，包含了幅值、波形和相位等。這個(gè)定義包括了大多數(shù)電能質(zhì)量問題， 但不包括頻率造成的電能質(zhì)量問題， 也不包括用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。

　　（ 2） 電流質(zhì)量

　　反映了與電壓質(zhì)量有密切關(guān)系的電流的變化， 電力用戶除對(duì)交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與電壓同相位以保證高功率因數(shù)運(yùn)行。這個(gè)定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善， 并降低線損， 但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的質(zhì)量問題。

　　其它的指標(biāo)還有供電質(zhì)量、用電質(zhì)量等， 這些指標(biāo)共同反映了電力系統(tǒng)生產(chǎn)傳輸?shù)碾娔艿馁|(zhì)量， 并可以依據(jù)這些指標(biāo)對(duì)電能進(jìn)行管理。

　　1. 2 電能質(zhì)量的影響因素

　?。?1） 電力負(fù)荷構(gòu)成的變化

　　目前， 電力系統(tǒng)中存在大量非線性負(fù)荷： 大規(guī)模電力電子應(yīng)用裝置（ 節(jié)能裝置、變頻設(shè)備等） ， 大功率的電力拖動(dòng)設(shè)備、直流輸出裝置、電化工業(yè)設(shè)備（ 化工、冶金企業(yè)的整流） 、電氣化鐵路、煉鋼電弧爐（ 交、直流） 、軋機(jī)、提升機(jī)、電石機(jī)、感應(yīng)加熱爐及其它非線性負(fù)荷。

　?。?2） 大量諧波注入電網(wǎng)

　　含有非線性、沖擊性負(fù)荷的新型電力設(shè)備在實(shí)現(xiàn)功率控制和處理的同時(shí)， 都不可避免地產(chǎn)生非正弦波形電流， 向電網(wǎng)注入諧波電流， 使公共連接點(diǎn)（ PCC） 的電壓波形嚴(yán)重畸變， 負(fù)荷波動(dòng)性和沖擊性導(dǎo)致電壓波動(dòng)、瞬時(shí)脈沖等各種電能質(zhì)量干擾。

　?。?3） 電力設(shè)備及裝置的自動(dòng)保護(hù)和正常運(yùn)行

　　大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停運(yùn)、自動(dòng)開關(guān)的跳閘及重合等對(duì)電能質(zhì)量的影響， 使額定電壓暫時(shí)降低、產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變， 對(duì)電能質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。

　　2 提高電能質(zhì)量的方法探討

　　2. 1 常用技術(shù)措施

　?。?1） 中樞調(diào)壓

　　電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的主要目的是采取各種調(diào)壓手段和方法， 在各種不同運(yùn)行方式下， 使用戶的電壓偏差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)荷眾多， 對(duì)每個(gè)用電設(shè)備的電壓都進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整， 既不可能也無必要。

　　電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可以通過對(duì)中樞點(diǎn)電壓的監(jiān)視和調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。所謂中樞點(diǎn)是指電力系統(tǒng)可以反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠和變電站的母線， 很多負(fù)荷都由這些母線供電。若控制了這些中樞點(diǎn)的電壓偏差， 也就控制了系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏差。

　　除了對(duì)中樞點(diǎn)進(jìn)行調(diào)壓， 還可以進(jìn)行發(fā)電機(jī)調(diào)壓、調(diào)壓器調(diào)壓等， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定， 從而提高電能質(zhì)量。

　?。?2） 諧波的抑制

　　解決電能諧波的污染和干擾， 從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的抑制， 從工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際來看， 已經(jīng)有很多行之有效的解決方法， 概括起來主要可以采取下面的兩種方法：

　　a增加換流裝置的相數(shù)換流裝置是供電系統(tǒng)主要諧波源之一。理論分析表明， 換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為p k+ 1 和p k（ p 為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)， k 為正整數(shù)） ， 當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由p = 6 增加到p = 12 時(shí)， 其特征諧波次數(shù)為可以有效清除的幅值較大的低頻項(xiàng)， 從而大大地降低了諧波電流的有效值。

　　b無源濾波法和有源濾波法為了減少諧波對(duì)供電系統(tǒng)的影響， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)， 根本的方法是從諧波的產(chǎn)生源頭抓起， 設(shè)法在諧波源附近防止諧波電流的產(chǎn)生， 從而有效降低諧波電壓。

　　防止諧波電流危害的方法， 一是被動(dòng)的防御， 即在已經(jīng)產(chǎn)生諧波電流的情況下， 采用傳統(tǒng)的無源濾波的方法， 由一組無源元件： 電容、電抗器和電阻組成的調(diào)諧濾波裝置， 減輕諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害; 另一種方法是主動(dòng)的預(yù)防諧波電流的產(chǎn)生， 即有源濾波法， 其基本原理是利用關(guān)斷電力電子器件產(chǎn)生與負(fù)荷電流中諧波電流分量大小相等、相位相反的電流來消除諧波。如圖1 所示， （ a） 是無源濾波， （ b） 是有源濾波的原理示意圖。

　　圖1 無源濾波和有源濾波原理示意圖

　　2. 2 電力系統(tǒng)電網(wǎng)傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量提升策略

　　（ 1） 抑制電網(wǎng)電壓的閃變和波動(dòng)

　　a合理地選擇變壓器的分接頭以保證用電設(shè)備的電壓水平。在新建變電站或用戶新增配電變壓器，條件許可時(shí)應(yīng)盡可能采用有載調(diào)壓變壓器。

　　b線路出口加裝限流電抗器。在發(fā)電廠10 kV電纜出線和大容量變電所線路出口加裝限流電抗器，以增加線路的短路阻抗， 限制線路故障時(shí)的短路電流，減少電壓的波動(dòng)范圍， 提高變電所的35 kV 母線遭短路時(shí)的電壓。

　　c 配電變壓器并列運(yùn)行。變壓器并列運(yùn)行是減少變壓器阻抗的方法。

　　d采用電抗值的高低壓配電線路方案。通常， 架空線路的電抗約為0. 40 / km， 電纜線路的電抗約為0. 080 / km。可見， 在同樣長(zhǎng)度的架空線路和電纜線路上因負(fù)載波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)是相差懸殊的。

　　因此， 條件許可時(shí)， 應(yīng)盡量?jī)?yōu)先采用電纜線路供電。

　?。?2） 對(duì)電力系統(tǒng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量實(shí)施監(jiān)測(cè)控制

　　電能質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)可采取連續(xù)、不定時(shí)和專項(xiàng)監(jiān)測(cè)三種方式：

　　a連續(xù)檢測(cè)適用于供電電壓偏差、非線性負(fù)荷接入點(diǎn)和電網(wǎng)中樞變電所電能質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。一般采用統(tǒng)計(jì)型電壓表和電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。

　　b不定時(shí)檢測(cè)適用于需要掌握供電電能質(zhì)量指標(biāo)而連續(xù)檢測(cè)不具備條件所采用的檢測(cè)方式。

　　c 專線檢測(cè)適用于非線性設(shè)備接入電網(wǎng)（ 或擴(kuò)建、改建） 前后、查找電網(wǎng)電能質(zhì)量污染源、了解某些特殊負(fù)載或用戶對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)影響等的檢測(cè)方式， 用以確定電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)的背景狀況、電能質(zhì)量污染的實(shí)際水平、驗(yàn)證技術(shù)措施效果。一般采用電能質(zhì)量分析儀。

　　3 結(jié) 語

　　電能是現(xiàn)代社會(huì)的一種普遍能源， 隨著科學(xué)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 人們對(duì)其質(zhì)量不斷提出新的要求， 發(fā)電廠、供電部門、用戶從各自角度出發(fā)提出了許多治理方法， 但大多是在技術(shù)層面上， 在各自的電網(wǎng)側(cè)考慮。由于電能質(zhì)量的動(dòng)態(tài)性、相關(guān)性、傳播性、復(fù)雜性、整體性等一系列的特殊性， 導(dǎo)致電能質(zhì)量控制的效果不是很好， 出現(xiàn)了很多問題。本論文只是對(duì)電能質(zhì)量控制和提高措施的探討與嘗試， 還有更多的技術(shù)措施有待電力系統(tǒng)工作人員加以研究和應(yīng)用。