電能質(zhì)量問題與解決方法(共21頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 網(wǎng)絡高等教育本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題 目： 電能質(zhì)量問題與解決方法學習中心： 層 次： ?？破瘘c本科 專 業(yè)： 年 級： 年 春/秋 季 學 號： 學 生： 指導教師： 完成日期： 年 月 日專心-專注-專業(yè)內(nèi)容摘要近年來,隨著國民經(jīng)濟和電力系統(tǒng)的發(fā)展,電能供求關系的矛盾已逐步得到解決,但與此同時,有關電能質(zhì)量的問題卻日益引起人們的重視。電能質(zhì)量如不能達到規(guī)定的要求,會給工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來種種問題,造成不可避免的損失?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)提出電能質(zhì)量問題的概念是,任何出現(xiàn)的電壓、電流以及頻率偏移導致的用戶設備損壞或運行不正常的電能問題,主要包括頻率、

2、電壓、波形等內(nèi)容。本文對電能質(zhì)量存在的問題及原因進行了分析，同時對解決電能質(zhì)量所存在的問題的方法做了較為詳細的介紹。關鍵詞：電能質(zhì)量；電壓偏差；頻率偏差目 錄1 緒論1.1 課題的背景及意義 電能質(zhì)量，從嚴格意思上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、和用電質(zhì)量。其可以定義為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與、瞬時或暫態(tài)過電壓、波形畸變（）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。隨著社會的進步和現(xiàn)代電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電能已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕M成部分。電能作為

3、一種最為廣泛使用的能源，其應用程度也成為衡量一個國家發(fā)展水平的主要標志之一。隨著科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，對電能質(zhì)量的要求越來越高。另一方面，大量非線性負荷、非對稱設備以及沖擊性用電設備的逐年增加，給電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行帶來了新的挑戰(zhàn)。電力部門和用戶都開始清楚的意識到電能作為一種特殊的商品，無疑應該講求質(zhì)量。劣質(zhì)的電能必將損害供用雙方的共同利益。因此，將電能質(zhì)量現(xiàn)象視為一個整體進行分類和研究，并進行有效的改善和治理是今后面臨的一項極其重要的工作?，F(xiàn)在，世界各國都在對傳統(tǒng)的電力管理體制進行改革，其目標是建立開放的電力市場，通過引進競爭機制，提高電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的效率，降低運營成本，最終使電力生產(chǎn)的

4、各環(huán)節(jié)和用戶從中受益。電力市場的實施，電能作為走進市場的商品無疑更應該講求質(zhì)量，隨著電力用戶擁有選擇權的不斷擴大，賣方市場競爭的引入，電力部門經(jīng)營思想不得不改變，現(xiàn)代電能質(zhì)量的評估將轉換為以用戶側為標準。而Custom Power的核心思想就是能夠?qū)碾娏M行控制、變換，為用戶或負荷提供滿足要求、質(zhì)量合格、效能最佳的電能。在這種條件下，傳統(tǒng)得電能質(zhì)量管理模式和治理方法都已經(jīng)不能適應現(xiàn)階段的需求。它們既不能滿足用戶的需求，又增加了供電公司的負擔。同時傳統(tǒng)的電能質(zhì)量治理方法也不能滿足市場化的要求。在電力市場的條件下進行電能質(zhì)量研究，可以更好的將我們所遇到的電能質(zhì)量問題和市場相結合。在電力供應上

5、，供用雙方權責明確、按質(zhì)論價。在電能質(zhì)量改善上，同樣從電力、電器質(zhì)量行業(yè)、用戶共同作用考慮。分清責任，明確義務，充分調(diào)度各方的力量來改善電能質(zhì)量。既滿足市場條件下用戶的需求，又減輕電力公司進行電能治理的負擔。在電能質(zhì)量治理上應用合理方法和技術，爭取用最少的投資，來獲得最好的電能質(zhì)量改善效果，增強電力公司的競爭能力。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外電力行業(yè)對現(xiàn)今電能質(zhì)量問題都非常重視，電能質(zhì)量檢測技術已成為近年來電網(wǎng)技術研究中的熱點。文獻1對諧波、三相不平衡電壓波動與閃變、電壓凹陷、脈沖、振蕩等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和動態(tài)電能質(zhì)量問題的概念、產(chǎn)生原因和危害及電能質(zhì)量指標等進行了詳細介紹，還對其檢測與治理措

6、施進行了闡述。國內(nèi)外的學者在電能質(zhì)量的檢測技術研究中做了大量的工作，提出了許多新的理論方法并用到各種治理裝置中2-4。很多文獻表明，目前電能質(zhì)量的檢測方法已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的電壓有效值法和FFT算法，還發(fā)展了許多如小波變換、S變換、dq分解以及Kalman濾波等由于電能質(zhì)量關系重大,已普遍引起世界各國的重視。其中,美國、日本、法國等發(fā)達國家已對此進行了多年的研究,并取得了許多重要的理論和應用成果。而我國由于長期以來的電力供應比較緊張,人們關注的焦點主要在電力供應方面,對電能質(zhì)量關心并不多。通常,也只對電壓、頻率兩個指標進行監(jiān)測、考核。而近年來,隨著電力供應緊張局面的初步緩解、電能質(zhì)量的日益惡

7、化和用戶對電能質(zhì)量要求的不斷提高,電能質(zhì)量的綜合監(jiān)測分析和治理技術的研究己經(jīng)引起了各級電力部門以及電力終端用戶的高度重視。國外關于電能質(zhì)量的研究始于上世紀90年代初,美國電力科學研究院幵始實施的全美配電系統(tǒng)電能質(zhì)量普查(DPQ項目),幵創(chuàng)了電能質(zhì)量在線監(jiān)測的先河。從1993年到1995年,對全美277個監(jiān)測點實施電能質(zhì)量在線監(jiān)測。DPQ項目的實施標志著電能質(zhì)量監(jiān)測從被動型轉為主動型,為防范事故的發(fā)生提供了有效的依據(jù)。在電能質(zhì)量監(jiān)測終端檢測技術方面,國際電工委員會(IEC) 2008年頒布了IEC61000-4-30電能質(zhì)量測量方法對電壓有效值、頻率、不平衡度、諧波/間諧波、電壓波動、閃變、電壓

8、暫降、瞬變等電能質(zhì)量參數(shù)的測量方法以及各參數(shù)準確度穩(wěn)態(tài)測試方法做了具體規(guī)定。美國電力標準實驗室(PSL)和荷蘭KEMA靈活電網(wǎng)實驗室(Flex power grid lab)目前已開展了基于IEC61000-4-30的監(jiān)測設備認證服務,包括頻率、電壓幅值、閃變、電壓諧波/間諧波、電壓不平衡度、電壓暫升/暫降等電能質(zhì)量參數(shù)測量方法、時間標識、準確度、數(shù)據(jù)組合方法、時鐘不確定度、標記功能等的測試和認證在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的檢測方面,目前尚未有專門的針對電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的測試和認證服務,國際上僅幵展了基于IEC61850的通訊測試研究,荷蘭KEMA等實驗室可提供這方面的測試服務,但是均缺乏基于IEC6

9、1850-7-4 (Ed2. 0)針對電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)和設備的功能測試研究。 在電能質(zhì)量數(shù)據(jù)集成方面,美國、加拿大、歐盟等國家和地區(qū)己經(jīng)建立了較大規(guī)模的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),為掌握全網(wǎng)電能質(zhì)量水平、電能質(zhì)量信息挖掘及區(qū)域間電能質(zhì)量協(xié)調(diào)管理奠定了基礎。1993年6月,美國電力科學研究院啟動了配電電能質(zhì)量監(jiān)測項目,針對全美24家供電公司的2n個監(jiān)測點進行了為期21個月的數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計分析。美國能源部通過與各電力公司及主要制造商的合作,建立了基于web的I-Grid分布式終端的電能(電壓)質(zhì)量及可靠性監(jiān)測與通知系統(tǒng)。歐洲能源監(jiān)管委員會于2001年開始定期向公眾發(fā)布電力企業(yè)供電質(zhì)量報告,此舉促進了歐各成員

10、國電能質(zhì)量監(jiān)測工作的發(fā)展,目前部分國家已建立了全國性的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),如法國、葡萄牙等國家。土耳其2006年3月啟動國家電能質(zhì)量項目,其中一個子項目為建設國家電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),重點監(jiān)測輸電網(wǎng)絡,整個系統(tǒng)裝設150臺監(jiān)測終端,電能質(zhì)量監(jiān)測中心設置于土耳其輸電公司(TEIAS)。上述電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)還僅限于監(jiān)測終端到監(jiān)測系統(tǒng)主站的簡單網(wǎng)絡結構,并未實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成。 在電能質(zhì)量信息挖掘方面,國際上專家學者所開展的研究工作眾多,包括故障源定位、擾動源識別、故障預測、經(jīng)濟性評估等多個方面,但目前應用于實際系統(tǒng)可直接服務于生產(chǎn)管理的并不多。美國電力科學研究院基于PQVIEW對監(jiān)測數(shù)據(jù)開展了一

11、系列電能質(zhì)量高級分析工作,包括擾動源識別、配網(wǎng)電纜故障定位、輸電網(wǎng)電能質(zhì)量標桿水平研究等。 此外,隨著風力發(fā)電、光伏發(fā)電等分布式電源的接入,電網(wǎng)電能質(zhì)量呈現(xiàn)出了新特點。一方面,分布式電源的接入給電網(wǎng)帶來了電壓波動、高次諧波等電能質(zhì)量問題;另一方面,電網(wǎng)電壓水平也直接影響著分布式電源的運行能力。因此國外基于電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)對分布式電源接入電能質(zhì)量問題開展了研究。在DFACTS設備相互作用及對配網(wǎng)電能質(zhì)量影響研究方面,國外結合優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)和友好電力技術對動態(tài)電壓恢復器(DVR)、固態(tài)切換開關、靜止同步補償器(STATCOM)、有源濾波器(APF)等DFACTS設備的配合展開了理論及仿真研究,并在部

12、分優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)得到應用,例如1999年美國電力公司(AEP)在德拉瓦工業(yè)園區(qū)建立了優(yōu)質(zhì)電力園區(qū),對動態(tài)電壓恢復器、DSTATCOM和快速機械開關的配合進行實際應用,保證園內(nèi)兩個主要用戶Nippert公司和PPG公司的電能質(zhì)量要求。 在諧波對電網(wǎng)設備的影響研究方面,國際上在制定IEC標準時對該方面進行了研究,也有較多學者對變壓器、感應電機等設備的諧波損耗等問題進行了分析。但對各類電氣設備的影響研究仍以定性為主,雖有部分試驗數(shù)據(jù),但僅限于部分具體的型式設備的部分參數(shù),尚未開展全面的試驗研究。 國內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測終端及監(jiān)測系統(tǒng)檢測評估技術方面,主要參照電力行業(yè)標準DL/T1028-2006電能質(zhì)量測

13、試分析儀檢定規(guī)程對電能質(zhì)量測試分析儀的電壓、頻率、諧波、閃變和三相不平衡度等功能的檢定方法和技術要求做了規(guī)定。國家電網(wǎng)公司即將頒布的電能質(zhì)量監(jiān)測終端技術規(guī)范和電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范參照IEC61000-4-30和IEC61850等標準對電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)測量方法、統(tǒng)計方法、準確度測試方法、通信等方面做了具體規(guī)定,為電能質(zhì)量監(jiān)測終端和系統(tǒng)的檢測提供了參考技術規(guī)范。目前,尚未幵展對電能質(zhì)量監(jiān)測終端準確度、統(tǒng)計方法、測量方法、通信等方面的全面測試服務。 在監(jiān)測終端檢測方面,中國電科院、浙江計量科學院幵展了精度測試,華北電科院除精度測試外對諧波測量方法的檢測也做了一些研究,但檢測指標、測量方法等

14、的測試上還不夠完善。中國電科院等部分單位也開展了對監(jiān)測終端和監(jiān)測系統(tǒng)行IEC61850的測試服務,但均缺乏基于IEC61850-7-4 (Ed2.0)針對電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)和設備的功能測試研究。 在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設方面,部分省(市)電力公司如上海、江蘇、福建、山西、遼寧、江西、河南等先后建立了全省(市)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),部分省公司也建立了省內(nèi)的多個地市級電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。此外,針對風力發(fā)電、光伏發(fā)電等分布式電源、大型冶煉負荷、電氣化鐵路等特殊負荷,部分省(市)還建立了專門的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),為開展特殊負荷電能質(zhì)量問題研究奠定了基礎。但目前所建立的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),均相互獨立,所采用的標準及

15、結構均不統(tǒng)一,尚未實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)集成,且不能與生產(chǎn)管理服務系統(tǒng)互聯(lián),使電能質(zhì)量監(jiān)測分析數(shù)據(jù)不能為生產(chǎn)管理提供決策支持。由于電能質(zhì)量問題已經(jīng)呈現(xiàn)出了由配電側向發(fā)電側和高壓側滲透的新局面,有必要建立全網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),以掌握全網(wǎng)電能質(zhì)量水平,協(xié)調(diào)區(qū)域間電能質(zhì)量管理。目前,我國僅在2011年啟動的國家電網(wǎng)公司科技項目京滬高鐵電能質(zhì)量監(jiān)測及其綜合治理關鍵技術研發(fā)建立跨省的京滬高鐵電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),但尚未形成能夠掌握全網(wǎng)電能質(zhì)量水平的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)服務中心。 在電能質(zhì)量信息挖掘方面,目前各省(市)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)雖然基本達到了電能質(zhì)量基本數(shù)據(jù)采集、報表生成等功能,但還嚴重缺乏高級分析技術,致使采

16、集到的海量電能質(zhì)量數(shù)據(jù)得不到充分利用,造成了嚴重的數(shù)據(jù)浪費。雖然部分省(市)公司的監(jiān)測系統(tǒng)加入了專家系統(tǒng)分析功能,但是受到數(shù)據(jù)來源等條件的約束,使分析結果的可信度降低,并且大多數(shù)分析方法在實用性上還有待提高。針對風力發(fā)電、光伏發(fā)電等分布式電源、大型冶煉負荷、電氣化鐵路等特殊負荷,甘肅、山西等部分省(市)基于電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)開展了電能質(zhì)量分析與治理工作,但在電能質(zhì)量治理決策支持方面尚未開展研究。同時,這些已具備部分專家系統(tǒng)分析功能的監(jiān)測系統(tǒng),均未實現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的互聯(lián),使分析結果尚不能很好的為生產(chǎn)管理服務。1.3 本文的主要內(nèi)容本文研究的是電能質(zhì)量存在問題與解決的方法。全文共分為四章，各章內(nèi)容

17、簡介如下：第一章緒論，簡述課題的背景和意義、論題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的主要內(nèi)容。第二章對電能質(zhì)量存在的問題以及產(chǎn)生的原因做了簡要介紹，并對影響電能質(zhì)量的因素做了分析研究。電能質(zhì)量問題主要分為，穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和動態(tài)電能問題兩大類。其產(chǎn)生原因大體分為五點：電壓偏差，頻率偏差，諧波，電壓波動及閃邊，三相不平衡。影響電能質(zhì)量的主要因素主要分為三點即：自然因素，用戶因素，輸電線路。通過對以上三部分的介紹，基本上對電能質(zhì)量問題的重要概念做了介紹。第3章 介紹了解決電能質(zhì)量問題的方法。解決方法無外乎傳統(tǒng)方法和基于用戶的解決方法兩類。文章對第二類方法做了比較詳細的介紹第4章 本文最后對全文進行總結，并

18、指出了研究課題的未來發(fā)展方向。2 電能質(zhì)量存在問題2.1 電能質(zhì)量問題分類及產(chǎn)生原因 近30年來電力電子裝置的應用日益廣泛，使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。目前，常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻、感負載的整流電路所產(chǎn)生的諧波污染和功率因數(shù)滯后已為人們所熟悉。二極管整流電路也是嚴重的諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數(shù)接近 1。但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴重的污染，也使得總的功率因數(shù)很低。另外，采用相控方式的交流電力調(diào)

19、整電路及周波交流器等電力電子裝置也會在輸入側產(chǎn)生大量的諧波電流。 除上述電力電子裝置外，逆變器、直流斬波器的應用也較多。但這些裝置所需的直流電源主要來自整流電路，因而其諧波和無功功率問題也很嚴重。在這類裝置中，各種開關電源、不間斷電源和電壓型變頻器等的用量越來越大，其對電網(wǎng)的諧波污染問題也日益突出。特別是單臺功率雖小，但是數(shù)量及其龐大的設備其內(nèi)部都含有開關電源，它們的日益普及所帶來的諧波污染問題是非常嚴重的。電能質(zhì)量問題按產(chǎn)生和持續(xù)時間可分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和動態(tài)電能質(zhì)量問題。（1）穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題 穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)橹饕卣?，一般持續(xù)時間較長，在一段時間內(nèi)(通常是 1min 以上)

20、出現(xiàn)的電能質(zhì)量不正常的情況，主要有下列類型：(1) 過電壓，是指持續(xù)時間大于 1min，數(shù)值大于標稱電壓的電壓。(2) 欠電壓，是指持續(xù)時間大于 1min，數(shù)值小于標稱電壓的電壓。(3) 電壓不平衡，是指電壓的最大偏移與三相電壓的平均值的比值超過規(guī)定的標準。(4) 諧波，對周期性電壓或電流進行傅立葉分解，得到頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量。諧波是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。(5) 電壓閃變，電壓波形包絡線呈規(guī)則的變化或電壓幅值一系列的隨機變化，一般表現(xiàn)為人眼對電壓波動所引起的照明異常而產(chǎn)生的視覺感受。閃變分為周期性和非周期性兩種。（2）動態(tài)電能質(zhì)量問題 動態(tài)電能質(zhì)量問題通常是以暫態(tài)持續(xù)時間為特征

21、，包括脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類，主要有以下幾種形式：(1) 電壓驟升、驟降，持續(xù)時間為 0.5 個周期至 1min，電壓有效值上升或下降至標稱電壓的110180或1090。(2) 電壓瞬變，持續(xù)時間很短的電壓值發(fā)生快速的變化。(3) 短時斷電，持續(xù)時間在0.5個周期至3S之間的供電中斷。2.2 電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因2.2.1 電壓偏差 GB123251990電能質(zhì)量供電電壓允許偏差規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運行情況下，用戶受電端電壓允許偏差大小的標準是：（1）35KV及以上用戶端供電電壓允許值為額定電壓的55。（2）10KV及以下高壓供電及低壓用電電壓允許值為額定電壓77。（3）低壓照明用戶為額定值

22、的105。一般來說造成電網(wǎng)電壓偏差的最主要原因是無功功率的傳輸。另外，電力電容器的投切對母線電壓偏差的影響也是十分大的。電壓偏差產(chǎn)生的危害是很明顯的，電壓偏高將損壞絕緣設備，電壓偏低將使異步電動機轉速降低從而影響產(chǎn)品質(zhì)量等等 。調(diào)整電網(wǎng)電壓偏差的一般性的措施主要有下面三種：（1）就地進行無功功率的補償，如投切電容器，裝設 SVG 等。（2）調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流使發(fā)電機增發(fā)無功功率改善電網(wǎng)功率因數(shù)。（3）采取有載電壓可調(diào)的變壓器調(diào)節(jié)電壓變比實現(xiàn)電壓的調(diào)整。2.2.2 頻率偏差 GB/T159451995電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差對電網(wǎng)頻率偏差作了若干規(guī)定：（1）300 萬KW 以上的電力系統(tǒng)頻

23、率偏差不得超過±0.2Hz。（2）300 萬KW 以下的小容量電力系統(tǒng)頻率偏差規(guī)定不能超過±0.5Hz。（3）沖擊性負荷造成的電力系統(tǒng)頻率偏差一般不超過±0.2Hz。電力系統(tǒng)產(chǎn)生頻率偏差的原因主要是發(fā)電機有功出力和有功負荷的不平衡。當頻率偏低時，汽輪機低壓級葉片將由于振動加大而產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生斷落事故；頻率的降低也將引起交流電動機轉速相應降低，更加影響火電廠的出力，引起頻率下降的惡性循環(huán)，頻率的下降也會使電動機的轉速下降影響產(chǎn)品質(zhì)量。而高頻情況下會使系統(tǒng)電壓升高損壞絕緣設備，不利于電氣設備穩(wěn)定運行，而且會增加設備損耗等。頻率的調(diào)整原則是實現(xiàn)有功負荷動態(tài)輸入與輸出

24、的平衡。一般性方法有：（1）通過電網(wǎng)的一次和二次調(diào)頻實現(xiàn)負荷和出力的平衡維持頻率水平，系統(tǒng)自動調(diào)頻裝置和自動減負荷裝置要能夠及時、迅速投入出理事故。（2）要做好日負荷曲線預測精度，使計劃發(fā)電出力與實際負荷偏差減小在一定范圍內(nèi)。電力系統(tǒng)需要一定的旋轉備用容量，一般要求達到13。2.2.3 諧波 諧波主要是由非線性設備的使用引起的，這些設備包括敏感性的電力電子設備、整流器和一些諸如空調(diào)、電視機的家用電器等。諧波將使電網(wǎng)母線電壓產(chǎn)生畸變影響供電質(zhì)量，使電網(wǎng)和電容器產(chǎn)生諧振，影響通訊干擾設備正常工作等。GB/TI454993<<電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波>>中關于公用電網(wǎng)諧波電壓限制

25、值如表21所示。表2-1 公用電網(wǎng)諧波電壓限值 對允許注入不同電壓等級母線的諧波電流，在國家標準GB/TI4549 93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波也作了相應規(guī)定。為把諧波電壓畸變率和注入電網(wǎng)的諧波電流限制在國家標準以內(nèi)，必須進行有效的濾波措施。 傳統(tǒng)的濾波方式采用無源濾波器（Passive Filter），通過LC的阻抗頻率特性可以對某些頻率的諧波形成低阻抗通路從而起到濾波作用，無源濾波器可以分為單調(diào)濾波器、高通濾波器等。但是無源濾波裝置有其局限性，比如不能動態(tài)補償、容易產(chǎn)生諧振等?；陔娏﹄娮蛹夹g的有源濾波器（Active Power Filter）以其優(yōu)良的技術優(yōu)勢，良好的補償特性成為諧波治理的

26、有效手段。2.2.4 電壓波動與閃邊電壓波動與閃變主要是由沖擊性功率負荷引起的，如電力牽引機、煉鋼電弧爐、電弧焊機和軋鋼機等。這些非線性、不平衡沖擊性負荷產(chǎn)生的有功和無功功率會隨機或者周期性的變動，有功和無功的劇烈變化將會使電壓產(chǎn)生周期性或隨機的變化，從而使同一電網(wǎng)上其它用戶電壓以相同的方式波動。這種電壓幅值在一定范圍內(nèi)( 通常為額定值的90%110% 或110%180%)有規(guī)律或隨機地變化，即稱為電壓波動。閃變表現(xiàn)為人眼對電壓波動所引起的照明異常的視覺感受。電壓波動對諸如調(diào)速電機、計算機、PLC、芯片制造生產(chǎn)流程線這樣的對電壓質(zhì)量要求很高的敏感性負荷影響是十分巨大的，造成的經(jīng)濟損失也不容忽視

27、。目前，抑制電壓波動與閃變的主要方法還是TCR 型 S V C，抑制電壓波動的另一種方式就是SVG。另外有源濾波器（APF）動態(tài)電壓恢復器（DVR）等對電壓波動與閃變也能起到抑制作用。2.2.5 三相不平衡三相不平衡定義為相電壓或相電流對于三相電壓或者電流平均值偏移的最大值。對三相交流系統(tǒng)，我們可以使用對稱分量法分解為正序分量、負序分量以及零序分量，稱負序分量和正序分量之比為不平衡度，GB/TI454995電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡規(guī)定：（1）正常運行方式下系統(tǒng)在公共連接點的電壓允許不平衡度為2，短時不得超過4。（2）用戶的電壓不平衡度的一般限制為1.3，而電氣設備額定工況的電壓允許不平衡度和

28、負序電流則由各自標準規(guī)定。造成三相不平衡的主要原因有兩類：一類是大容量非對稱負荷的接入，如電力機車等；另一類是電網(wǎng)的諧波造成三相不平衡。除此以外，系統(tǒng)故障例如短路故障也會造成三相不平衡。三相電壓或電流不平衡會對電網(wǎng)和用戶造成很多危害，比如：(a)引起旋轉電機附加發(fā)熱和振動。( b )零序電流會使保護裝置誤動作，干擾通訊。(c)變壓器的三相負荷不平衡會使負荷較大的一相繞組過熱導致壽命縮短和發(fā)熱。改善三相不平衡的措施主要有：（1）將不對稱負荷分散接到不同供電點，避免集中連接。（2）對于單相負荷，可以進行適當?shù)那懈呢摵?。（3）裝設動態(tài)無功補償裝置和單相動態(tài)補償器以及消諧裝置。2.3 電能質(zhì)量影響指

29、標電能質(zhì)量直接關系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：（1）自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風暴、雨雪等對電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。（2）電力設備及裝置的自動保護及正常運行的因素，如大型電力設備的啟動和停運、自動開關的跳閘及重合等對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。（3）電力用戶的非線性負荷、沖擊性負荷等大量投運的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機車運行等對電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。 電能質(zhì)量的關鍵指標中，電源電壓質(zhì)量的標準是一項重要的內(nèi)容，它主要以頻率質(zhì)量指標和

30、電壓質(zhì)量指標來衡量。頻率質(zhì)量指標為頻率允許偏差的標準;電壓質(zhì)量指標包括電壓幅值質(zhì)量和波形質(zhì)量。幅值質(zhì)量包括電壓允許偏差、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、瞬時過電壓與暫態(tài)過電壓等。波形質(zhì)量包括諧波含量和電壓正弦波波形的畸變率。電壓質(zhì)量主要是受到大容量非線性負荷及沖擊性負荷的影響。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電力電子設備的用電負荷、煉鋼電弧爐負荷、電力機車負荷等，使電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動與閃變、產(chǎn)生高次諧波電壓、造成系統(tǒng)電壓不平衡等，從而引起電壓正弦波形畸變。沖擊性負荷的影響，主要使電網(wǎng)中大功率用電設備的啟動和切換。電能質(zhì)量的污染，影響到電力系統(tǒng)、電力用戶、通信系統(tǒng)

31、及其他相關行業(yè)。因此，電源電壓質(zhì)量指標惡化并造成危害不僅影響了電力系統(tǒng)和相關領域的正常運行，而且對正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。認識電能質(zhì)量污染的影響并采取相應的防范措施和對策，確保電能的高品質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)供電服務的一項重要內(nèi)容。電力系統(tǒng)電壓驟降是指供電電壓幅值(有效值)短暫降低，隨后恢復正常的特征。根據(jù)歐洲標準EN50160以及美國國際電氣電子工程師協(xié)會推薦標準IEEE Std1159-1992，電壓驟降的定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%10%(0.9p.u.0.1p.u.)，然后又恢復至正常電壓，這一過程的持續(xù)時間為10ms60s。供電可靠性反映的是供電中斷程度，一般只考

32、慮持續(xù)時間5min以上的電壓中斷問題，有些國家對1min以下的中斷不予統(tǒng)計。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高科技設備得到了廣泛的應用。這些設備對電壓變化很敏感，短時的供電中斷或電壓有效值下降，往往會造成設備不能正常運行、發(fā)生停機等事故。電壓驟降就是針對這一問題提出的。引起電壓驟降的主要原因是電網(wǎng)或用電設備發(fā)生雷擊、外力短路故障，一些用電設備(如電動機)啟動或突然加荷也會造成電網(wǎng)電壓瞬時下降。與長時間供電中斷事故相比，電壓驟降又發(fā)生頻度高、事故原因不易覺察的特點，處理起來也比較困難。3 電能質(zhì)量解決方法3.1 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)的解決辦法主要有下面四種：(1)調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭,可保持電壓穩(wěn)定,保證電壓質(zhì)量

33、,但不能改變系統(tǒng)無功需求平衡狀態(tài),同時也可能影響變壓器運行的可靠性。(2)局部并聯(lián)電容器組,可補償系統(tǒng)無功功率,解決電壓偏低的情況,但對輕載電壓偏高的電能質(zhì)量問題卻無能為力。(3)無源濾波器是傳統(tǒng)的抑制諧波電流的主要手段,它通過LC諧振吸收電網(wǎng)中的諧波電流,但只能抑制固定頻率的諧波,同時也可能造成系統(tǒng)諧振。(4)通過備用發(fā)電機組和機械式雙電源切換裝置(>2 s)等方法對重要用戶連續(xù)供電。以上傳統(tǒng)方法都能在一定程度上解決電能質(zhì)量問題,但也都存在著本身無法克服的缺陷,因此必須提出新的解決電能質(zhì)量問題的方法。3.2 基于用戶電力技術的解決方法電力電子技術的應用給解決電能質(zhì)量問題開拓了廣闊的前景

34、,用戶電力技術將電力電子、計算機和控制等高新技術運用于中低壓配用電系統(tǒng),形成了一系列的電能質(zhì)量補償控制設備,可完美地解決諧波畸變、電壓波動和閃變、電壓不對稱等問題,從而大大提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。用于改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的用戶電力技術主要用到以下裝置。(1)靜止調(diào)相機(STATCOM),用以調(diào)節(jié)電壓和系統(tǒng)功率因數(shù),用于動態(tài)非線性負載,如電弧爐等。(2)固態(tài)電子轉換開關(SSTS),用于雙回線路的切換,克服傳統(tǒng)的機械開關反應慢的弊端,保證對重要用戶可靠供電。(3)動態(tài)電壓恢復器(DVR),補償電源電壓波動和閃變等,用于敏感負荷,如半導體生產(chǎn)廠家。(4)不間斷穩(wěn)壓電源(UPS),用于重要負荷,如銀行、醫(yī)

35、院等。(5)有源濾波器(APF),抑制非線性負載產(chǎn)生的電流諧波,消除其對電網(wǎng)造成的諧波污染。目前，國內(nèi)外對于電能質(zhì)量的研究工作開展的比較深入，上述列舉的一些治理電能質(zhì)量的傳統(tǒng)方法，例如使用電容器補償、無源濾波器、有載調(diào)壓在一定程度上解決了部分電能質(zhì)量問題，但是現(xiàn)代電能質(zhì)量問題層出不窮也更加復雜，電力電子技術在電能質(zhì)量問題上主要有三方面的影響：(1)電力電子設備應用廣泛，是對電壓要求很高的敏感型負荷。(2)電能質(zhì)量問題主要是由電力電子設備引起的。(3)解決電能質(zhì)量問題主要依靠電力電子技術。電力電子技術的發(fā)展使得能夠較好地解決電能質(zhì)量問題成為可能，基于電力電子技術的柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS(Fl

36、exible AC transmission system)通過控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)能夠靈活控制系統(tǒng)潮流與無功、補償諧波與電壓跌落以及調(diào)節(jié)功率因素等，實現(xiàn)電力系統(tǒng)輸電的優(yōu)化，目前國內(nèi)外已經(jīng)有相關的設備研制和投入運行，DFACTs技術則是在配電系統(tǒng)應用的延伸，該技術以IGBT為核心，開關頻率更高，關斷容量也更大，應此其相應速度也更快。目前用于FACTS和DFACTS的主要裝置有：(a)有源濾波器(APF)，有串聯(lián)型(Series APF)和并聯(lián)型(Shunt APF)之分。并聯(lián)型APF用于抑制諧波、無功補償、電壓閃變和電流不平衡。串聯(lián)型APF串接于電力系統(tǒng)中用于抑制電壓波形畸變、電壓跌落與上升以

37、及電壓不平衡等，保證向用戶側提供可靠的供電電壓。而將串聯(lián)型和并聯(lián)型有源濾波器相互優(yōu)勢結合一起則組成了統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQ C)。(b)靜止無功發(fā)生器(SVG)，通過PWM(Pulse width modulation)整流電路中對sPWM波基波分量的相位和幅值進行調(diào)制，可以實現(xiàn)動態(tài)的無功補償。(C)配電靜止無功補償器(DSVC)，包括了晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)，通過控制晶閘管的導通角進行動態(tài)無功補償，和無源濾波器(PF)一起可以用于抑制沖擊性負荷如電弧爐產(chǎn)生的電壓波動。(d)動態(tài)電壓恢復器(DVR)，通過核心器件PWM逆變器對直流電壓的逆變產(chǎn)生交流補償電壓。

38、用于電壓波動和跌落等，維持敏感性負荷端電壓水平。(e)故障限流器(FCL)，由一個以脈寬調(diào)制(PWM)原理控制的電感模塊和一個補償電容并聯(lián)后，再與一個限流電感串聯(lián)而成。改變脈沖的占空比可以得到變化的抗，實現(xiàn)限流和串聯(lián)補償，進而有效地改善配電網(wǎng)在故障期間的母線電壓下陷(Voltage sag)問題。(f)配電無功補償器(DSTATCOM)，通過控制由IGBT或GTO組成的電壓逆變器輸出電壓幅值實現(xiàn)無功的雙向傳輸，相應速度比SVC要快，用于動態(tài)無功補償和系統(tǒng)功率因素的調(diào)整。另外還有很多電力電子設備比如不間斷電源(UPS)、固態(tài)開關等，所有這些裝置與計算機、控制技術緊密結合將有效治理電能質(zhì)量問題，使

39、得柔性化交流輸電系統(tǒng)的供電更加安全、清潔和可靠。用戶電力技術家族中的各種現(xiàn)代電能質(zhì)量補償控制設備的特點是可以快速、動態(tài)地補償配電網(wǎng)中各種電能質(zhì)量問題,對電力系統(tǒng)運行的影響小。它們的協(xié)調(diào)配置可將配電系統(tǒng)改造成無電壓波動、無不對稱以及無諧波的柔性化網(wǎng)絡,滿足電力負荷對電能質(zhì)量日益提高的需求。4 結 論隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電能已是一種最為廣泛應用的能源，其應用程度成為一個國家發(fā)展水平的主要標志之一。隨著計算機、電力電子和信息技術等高新技術的普及，電能質(zhì)量問題也隨之日益突出，引起電力部門及其用戶的高度關注。電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題很復雜，首先對各種電能質(zhì)量問題進行識別、定位、分類是解決問題前必要的工作。本文針對電能質(zhì)量所存在的問題及導致這些問題的原因以及如何解決電能質(zhì)量問題做了分析研究得出一下結論：（1）電能質(zhì)量問題主要分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和動態(tài)電能質(zhì)量問題兩類，穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)橹饕卣?，一般持續(xù)時間較長；動態(tài)電能質(zhì)量問題通常是以暫態(tài)持續(xù)時間為特征。（2）電能質(zhì)量問題產(chǎn)生原因大體分為五點：電壓偏差，頻率偏差，諧波，電壓波動及閃邊，三相不平衡。其中諧波主要是由非線性設備的使用引起的，這些設備包括敏感性的