电力系统提高电能质量的方法研究

　　摘要： 电能质量对于电力系统的生产效率及电能的上网传输十分重要， 文章在分析电能质量诸多影响因素的基础上， 对提高电能质量的方法展开探讨， 给出了具体提高电能质量的方法与措施， 有助于进一步提高电力系统电能生产质量。

　　电能是国民经济和人民生活极为重要的能源， 它作为电力部门向用户提供的由发电、供电、用电三方面共同保证质量的特殊商品， 其质量的好坏越来越受到关注。电能质量的技术治理与控制是改善电能质量的有效方法， 也是优质供用电的必要条件， 但电能质量具有动态性、相关性、传播性、复杂性等特点， 对电能质量的控制和提高并不是一件轻而易举的事。为确保电能质量的有效控制， 本文从电能质量的全面质量管理的技术角度对提高电能质量的方法进行了分析与探讨，努力满足电能质量的设计要求和目标， 并和同行分享。

　　1 电能质量控制分析概述

　　1. 1 电能质量的衡量指标

　　围绕电能质量的含义， 电能质量的衡量指标通常包括如下几个方面：

　　（ l） 电压质量

　　指实际电压与理想电压的偏差， 反映供电企业向用户供应的电能是否合格。这里的偏差应是广义的，包含了幅值、波形和相位等。这个定义包括了大多数电能质量问题， 但不包括频率造成的电能质量问题， 也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。

　　（ 2） 电流质量

　　反映了与电压质量有密切关系的电流的变化， 电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与电压同相位以保证高功率因数运行。这个定义有助于电网电能质量的改善， 并降低线损， 但不能概括大多数因电压原因造成的质量问题。

　　其它的指标还有供电质量、用电质量等， 这些指标共同反映了电力系统生产传输的电能的质量， 并可以依据这些指标对电能进行管理。

　　1. 2 电能质量的影响因素

　　（ 1） 电力负荷构成的变化

　　目前， 电力系统中存在大量非线性负荷： 大规模电力电子应用装置（ 节能装置、变频设备等） ， 大功率的电力拖动设备、直流输出装置、电化工业设备（ 化工、冶金企业的整流） 、电气化铁路、炼钢电弧炉（ 交、直流） 、轧机、提升机、电石机、感应加热炉及其它非线性负荷。

　　（ 2） 大量谐波注入电网

　　含有非线性、冲击性负荷的新型电力设备在实现功率控制和处理的同时， 都不可避免地产生非正弦波形电流， 向电网注入谐波电流， 使公共连接点（ PCC） 的电压波形严重畸变， 负荷波动性和冲击性导致电压波动、瞬时脉冲等各种电能质量干扰。

　　（ 3） 电力设备及装置的自动保护和正常运行

　　大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等对电能质量的影响， 使额定电压暂时降低、产生电压波动与闪变， 对电能质量也会产生影响。

　　2 提高电能质量的方法探讨

　　2. 1 常用技术措施

　　（ 1） 中枢调压

　　电力系统电压调整的主要目的是采取各种调压手段和方法， 在各种不同运行方式下， 使用户的电压偏差符合国家标准。但由于电力系统结构复杂、负荷众多， 对每个用电设备的电压都进行监视和调整， 既不可能也无必要。

　　电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点是指电力系统可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线， 很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏差， 也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。

　　除了对中枢点进行调压， 还可以进行发电机调压、调压器调压等， 实现对电力系统电压的稳定， 从而提高电能质量。

　　（ 2） 谐波的抑制

　　解决电能谐波的污染和干扰， 从技术上实现对谐波的抑制， 从工程现场的实际来看， 已经有很多行之有效的解决方法， 概括起来主要可以采取下面的两种方法：

　　a增加换流装置的相数换流装置是供电系统主要谐波源之一。理论分析表明， 换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为p k+ 1 和p k（ p 为整流相数或脉动数， k 为正整数） ， 当脉动数由p = 6 增加到p = 12 时， 其特征谐波次数为可以有效清除的幅值较大的低频项， 从而大大地降低了谐波电流的有效值。

　　b无源滤波法和有源滤波法为了减少谐波对供电系统的影响， 实现对电气设备的保护， 根本的方法是从谐波的产生源头抓起， 设法在谐波源附近防止谐波电流的产生， 从而有效降低谐波电压。

　　防止谐波电流危害的方法， 一是被动的防御， 即在已经产生谐波电流的情况下， 采用传统的无源滤波的方法， 由一组无源元件： 电容、电抗器和电阻组成的调谐滤波装置， 减轻谐波对电气设备的危害; 另一种方法是主动的预防谐波电流的产生， 即有源滤波法， 其基本原理是利用关断电力电子器件产生与负荷电流中谐波电流分量大小相等、相位相反的电流来消除谐波。如图1 所示， （ a） 是无源滤波， （ b） 是有源滤波的原理示意图。

　　图1 无源滤波和有源滤波原理示意图

　　2. 2 电力系统电网传输的电能质量提升策略

　　（ 1） 抑制电网电压的闪变和波动

　　a合理地选择变压器的分接头以保证用电设备的电压水平。在新建变电站或用户新增配电变压器，条件许可时应尽可能采用有载调压变压器。

　　b线路出口加装限流电抗器。在发电厂10 kV电缆出线和大容量变电所线路出口加装限流电抗器，以增加线路的短路阻抗， 限制线路故障时的短路电流，减少电压的波动范围， 提高变电所的35 kV 母线遭短路时的电压。

　　c 配电变压器并列运行。变压器并列运行是减少变压器阻抗的方法。

　　d采用电抗值的高低压配电线路方案。通常， 架空线路的电抗约为0. 40 / km， 电缆线路的电抗约为0. 080 / km。可见， 在同样长度的架空线路和电缆线路上因负载波动引起的电压波动是相差悬殊的。

　　因此， 条件许可时， 应尽量优先采用电缆线路供电。

　　（ 2） 对电力系统电网的电能质量实施监测控制

　　电能质量指标检测可采取连续、不定时和专项监测三种方式：

　　a连续检测适用于供电电压偏差、非线性负荷接入点和电网中枢变电所电能质量指标的实时检测。一般采用统计型电压表和电能质量在线监测装置。

　　b不定时检测适用于需要掌握供电电能质量指标而连续检测不具备条件所采用的检测方式。

　　c 专线检测适用于非线性设备接入电网（ 或扩建、改建） 前后、查找电网电能质量污染源、了解某些特殊负载或用户对电网电能质量指标影响等的检测方式， 用以确定电网电能质量指标的背景状况、电能质量污染的实际水平、验证技术措施效果。一般采用电能质量分析仪。

　　3 结 语

　　电能是现代社会的一种普遍能源， 随着科学经济的发展， 人们对其质量不断提出新的要求， 发电厂、供电部门、用户从各自角度出发提出了许多治理方法， 但大多是在技术层面上， 在各自的电网侧考虑。由于电能质量的动态性、相关性、传播性、复杂性、整体性等一系列的特殊性， 导致电能质量控制的效果不是很好， 出现了很多问题。本论文只是对电能质量控制和提高措施的探讨与尝试， 还有更多的技术措施有待电力系统工作人员加以研究和应用。