淺析基層客戶電能質(zhì)量的監(jiān)測與管理

1、淺析基層客戶電能質(zhì)量的監(jiān)測與管理    摘 要：本文正是基于電能質(zhì)量的嚴(yán)重下降，容易對電網(wǎng)和用戶的電氣設(shè)備造成嚴(yán)重危害。于是對基層用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行了簡單的分析，介紹了其主要存在的諧波和無功功率補(bǔ)償問題，并且分析了其可能造成的影響，給出了對其進(jìn)行監(jiān)測和治理的措施。 關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；諧波電流；諧波抑制；無功補(bǔ)償 中圖分類號：R363文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 引言 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是冶金，化學(xué)等現(xiàn)代化大工業(yè)和電氣化鐵路的發(fā)展，造成電網(wǎng)負(fù)荷加大，電網(wǎng)系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷及波動性負(fù)荷使得電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重的電壓波動，產(chǎn)生各次諧波，閃變，三相

2、不平衡等各種問題，從而造成電能質(zhì)量的嚴(yán)重問題。而電能質(zhì)量的下降又嚴(yán)重的影響了各種供用電設(shè)備的運(yùn)行安全，增加了用電的經(jīng)濟(jì)成本，降低了人民的生活質(zhì)量。 由此，提高電能質(zhì)量就成為一個避免不了的問題。電能質(zhì)量指的是在電網(wǎng)公共連接點處對用戶的供電電壓質(zhì)量和電力用戶在電網(wǎng)公共連接點處對電網(wǎng)的干擾水平1。通過電能質(zhì)量的定義，可以看出，要提高電能質(zhì)量，可以從兩個方面進(jìn)行努力：一是提高公用連接點處的供電電壓質(zhì)量；二是降低電力用戶在公用連接點處對電網(wǎng)的干擾水平。而要解決這兩個方面的問題，都要對其進(jìn)行檢測和治理。本文主要從降低用戶對電網(wǎng)的干擾水平著手，先分析基層用戶用電中存在的問題，再從這些問題著手，對其進(jìn)行監(jiān)測，

3、并給出治理措施。 1 基層用戶用電存在的電能質(zhì)量問題及其可能造成的影響 通過對基層用戶開展調(diào)查，發(fā)現(xiàn)基層用戶的用電負(fù)荷類型一般為各種類型的非線性用電設(shè)備，如各種視頻顯示設(shè)備，節(jié)能照明設(shè)備，家用電器，各種整流和調(diào)速驅(qū)動裝置等。而隨著高速鐵路和客運(yùn)專線的快速發(fā)展，電氣化鐵路也成為影響城市用戶電能質(zhì)量的一個重要負(fù)荷。 分析這些設(shè)備的電能質(zhì)量特性，可以發(fā)現(xiàn)接入電網(wǎng)后會對電網(wǎng)產(chǎn)生以下電能質(zhì)量問題： （1）產(chǎn)生大量的零序三次諧波電流，使低壓供電母線三次諧波電壓嚴(yán)重超過國標(biāo)允許范圍，影響低壓設(shè)備的安全正常運(yùn)行； （2）中性線上的三次諧波電流過高，使中性線發(fā)熱，增大線損； （3）各種低壓用電設(shè)備的三次諧波電流

4、含有率往往高達(dá)50%以上，致使電流有效值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基波電流有效值，其視在功率遠(yuǎn)大于基波視在功率，功率因數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基波功率因數(shù)，導(dǎo)致低壓電網(wǎng)諧波電壓超標(biāo)和線損增加。 圖1就是基波與三次諧波的示意圖，從圖中可以看到諧波電壓與基波電壓的疊加所得到的合成波，已經(jīng)造成嚴(yán)重的電壓畸變。 圖1 諧波示意圖 （4）電氣化鐵路機(jī)車負(fù)荷具有單相性、非線性、隨機(jī)波動性以及再生制動的特點，會引起三相電壓不平衡、諧波和電壓波動等電能質(zhì)量問題2。由于電氣化鐵路用電電壓、接線方式、電氣特性等的特殊性，需要專門進(jìn)行監(jiān)測和治理之后才能注入低壓供電系統(tǒng)，所以本文不予過多考慮。 根據(jù)基層用戶存在的電能質(zhì)量問題，主要就是三次諧波和無

5、功功率問題。諧波會對電網(wǎng)、變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)、繼電保護(hù)和電力測量、通信系統(tǒng)等造成一系列的影響，主要表現(xiàn)在： （1）對電網(wǎng)的影響。諧波電流會產(chǎn)生有功功率損耗，在采用電纜的輸電系統(tǒng)中除了引起附加損耗外，還會加速電纜絕緣的老化，造成絕緣損壞，進(jìn)而發(fā)生短路，引起火災(zāi)； （2）對旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器的影響。諧波主要引起附加損耗和過熱，其次是產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和諧波過電壓，嚴(yán)重時甚至?xí)p毀電機(jī)； （3）對繼電保護(hù)和電力測量的影響。對部分晶體管型繼電保護(hù)器來說，諧波會改變其性能，引起誤操作或者拒絕操作。而對于電力測量來說，如果負(fù)載不是諧波源，則會在負(fù)載上產(chǎn)生有害的諧波損耗，若用戶是諧波源，向電網(wǎng)輸出的有害的諧波有

6、功功率比他所消耗的基波有功功率要少，這同樣都會造成電力測量的誤差； （4）對通信系統(tǒng)的影響。諧波干擾會引起通信系統(tǒng)的噪聲，降低通話的清晰度，嚴(yán)重時更會引起信號的丟失，在諧波與基波的共同作用下還引起電話鈴響，嚴(yán)重時甚至?xí)＜霸O(shè)備和人身安全。 同時，基波無功功率對公用電網(wǎng)也會產(chǎn)生如下影響： （1）增加設(shè)備容量。無功功率的增加，會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時，電力用戶的啟動及控制設(shè)備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大； （2）設(shè)備及線路損耗增加。無功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路損耗增加； （3）是線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊

7、性無功功率負(fù)載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。例如電動機(jī)在啟動期間功率因數(shù)很低，這種沖擊性無功功率會使電網(wǎng)電壓劇烈波動，甚至使接在同一電網(wǎng)上的用戶無法正常工作。電弧爐、軋鋼機(jī)等大型設(shè)備會產(chǎn)生頻繁的無功功率沖擊，亞種影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。 2 基層用戶電能質(zhì)量的監(jiān)測 用于電能質(zhì)量監(jiān)測的儀器有很多種，可以根據(jù)不同的測試內(nèi)容和測試目的，我們選用 “聯(lián)能電能質(zhì)量檢測”的不同儀器進(jìn)行檢測，在線監(jiān)測應(yīng)該選用電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)測儀，而專項監(jiān)測應(yīng)選用便攜式多通道電能質(zhì)量分析儀，簡單的諧波監(jiān)測一般用手持式諧波分析儀，而基層用戶電能質(zhì)量的問題一般就是諧波和無功功率補(bǔ)償問題，特別是三次諧波和無功功率補(bǔ)償問題

8、，因此，對于各個小區(qū)用戶一般可以采用簡單，實用的手持式諧波分析儀。在實際使用中，不管采用哪種裝置或儀器，都要對其所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分析和處理。再根據(jù)處理結(jié)果，對電網(wǎng)電能質(zhì)量問題做出合適的應(yīng)對措施，達(dá)到改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的效果。 3 基層用戶電能質(zhì)量的治理 由于基層用戶電能質(zhì)量主要存在的是諧波和無功功率問題，而要對其治理就是要對其進(jìn)行諧波抑制和無功功率補(bǔ)償。而要進(jìn)行諧波抑制和無功功率補(bǔ)償主要有兩條思路可以進(jìn)行考慮：一是對電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且把其功率因數(shù)控制為1。這一種在本文所提供的模型中顯然不適合，故，可以不予考慮。二是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這顯然對于各種諧波源

9、都是實用的。所以，這是本文所要考慮的主要思路。傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置一般采用LC調(diào)諧濾波器。這種裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，且在補(bǔ)償諧波的同時還可以補(bǔ)償無功功率，但是，其補(bǔ)償特性易受電網(wǎng)阻抗與運(yùn)行狀態(tài)的影響，易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀3。因此除了部分小區(qū)可以采用外，在整個區(qū)域中一般要慎重使用。而隨著技術(shù)的發(fā)展，目前，采用有源電力濾波器(APF)已經(jīng)成為諧波抑制的一個重要趨勢。 有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制濾波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本工作原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。因此應(yīng)用特別廣泛。目前實際應(yīng)用的有源電力濾波器根據(jù)其與補(bǔ)償對象的連接方式來劃分，可以分為并聯(lián)型與串聯(lián)型，現(xiàn)在所用的裝置幾乎全是并聯(lián)型的。這些裝置可以單獨(dú)使用，也可以根據(jù)實際情況，與LC濾波器混合使用。圖2就是有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成。 圖2有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成分類 4 結(jié)語 現(xiàn)在我國對于諧波抑制和無功功率補(bǔ)償?shù)难芯恳呀?jīng)進(jìn)入一個非?；钴S的階段，社會對這一技術(shù)的需求的呼聲也越來越響亮。雖然現(xiàn)在已經(jīng)取得一定的成果，但是像靜止無功發(fā)生器（SVG）等技術(shù)的研究并不是特別成熟，還有待于研究人員繼續(xù)努力。 參考文獻(xiàn) 1 歐盟亞洲電