电能质量问题及其治理方法

电能质量问题及其治理方法

赵国庆

浙江容大电力设备制造有限公司浙江省杭州市富阳区311400

摘要：随着我国经济的发展，我国对电能的需求量只会越来越大，如果不能够将电能质量问题彻底的解决，建立一套完善的电能质量检测系统，将会严重阻碍我国的发展，目前的电能质量检测方法对于解决电能质量问题有一定的作用，但还不够完善，需要研究人员继续努力，争取早日找到解决电能质量检测的有效方法。

关键词：电能质量；问题；治理方法

1电能质量问题及影响因素

1.1无功功率

无功功率的问题为：电网电压会由于无功功率的频繁负载而发生一定的波动，从而大大降低供电的质量。导致电网连接设备的电能容量大大增加。如果增加了无功功率，则会造成视在功率增大以及电流量增大，因此相应的需要增大用电设备。加大线路损耗以及电力设备损耗。

1.2电网谐波

在使用电能的过程中，谐波一直存在，且由于谐波会造成电动机运行时发生过热或者绝缘现象，因此获得了较大的关注。而在电网运行的过程中，谐波一般包括照明设施、办公电器、变流装置、电弧炉、家用电器、铁磁非线性设备以及整流装置等。而电网中的电流波形以及电压等，会受到非线性设备的影响而产生即便，因此造成了谐波的产生。通常谐波会对电力设备的正常运行产生一定影响，而谐波较大的情况下就会导致电力系统发生故障，甚至还会损坏电力设备。

1.3三相负序电流及不稳定电压

由于某一相或者两相发生异常，或者电网三相负载部队称等，就会导致三相负序电流，其不仅会增加电网的损耗，使得继电保护装置由于启动了负序分量而发生错误动作，同时还会导致电动机绕组过热、干扰通信，甚至还会缩短电动机的运行寿命，降低其可靠性等。而不稳定电压则指的是电压闪变、电压波动、电压跌落等情况。通常情况下，电网的负载投入容量较大，就会导致电压跌落，其在一定程度上会影响到电压负载的敏感性。如果其跌落的幅值超过一定的界限，就会影响到工控计算机程序的正常运行，从而中断工程生产。而工频电压包络线发生的周期性变化或者其他一系列的变化，则称之为电压波动，其可以看做是正弦波载为工频电压的情况下，将低频信号迭加上去的结果。大功率装置如轧钢机、电弧炉等运行过程中，都有可能发生电压波动。电压波动造成的照明异常在人眼中呈现的视觉感受则称之为电压闪变。电焊机、电弧炉以及往复式压缩机等运行过程中，如果出现负载情况，就会发生电压闪变。生产过程对电压稳定性要求较高的，就会受到电压闪变的影响。

2电能质量指标

2.1电压偏差

通常，实际电压偏离额定电压的百分比称为电压偏差。无功功率传输是造成用电设备偏离额定电压的主要原因。无论是用户负荷的变化还是电力系统运行方式的变化都会给实际电压带来偏差。一般来说，偏离程度越大、持续时间越长造成的电压偏差越大。供电电压偏差标准规定，当供电电压≥35kV时，电压偏差不能超过±10%；当供电电压≤10kV时，电压偏差不能超过±7%；220V单相供电电压的电压偏差范围为10%～7%。

2.2电压波动和闪变

电压波动是指电压幅值不超过0.9～1.1的随机变动或者有规律的波动。闪变是对灯光照度波动的视感。用电设备是冲击负荷或波动负荷、系统发生短路故障、系统设备自动投切时产生操作波的影响、系统遭受雷击等原因都会造成电压波动。

2.3频率偏差

在电力系统中，系统的频率偏差指的是系统正常工作时的系统频率实际值与标称值之差。我国电力系统规定，正常频率偏差范围为±0.2Hz，当系统容量较小时，频率偏差值可达±0.5Hz。

2.4谐波

傅里叶级数分解周期性的非正弦电量，得到的一系列大于电网基波频率的分量定义为谐波。谐波的产生加大了电力企业的运行成本，降低了电网的供电可靠性，影响通讯系统的正常工作，严重时还会造成恶性事故的发生。

2.5三相电压不平衡

电力系统中的三相电流或电压幅值不一致且幅值差超过规定的范围即为三相电压不平衡。三相不平衡的程度称为不平衡度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值得百分比表示。电网的谐波、大容量非对称电荷的接入、系统故障等原因都会造成三相电压不平衡。

3电能质量管理要点

3.1不间断电源

UPS即不间断电源，是将直流电转换成市电的系统设备，通过蓄电池与主机连接，利用主机逆变器等模块电路实现提供稳定、不间断的电力供应的作用。在市电运行正常时，不间断电源将市电稳压后传输给用户端使用；当市电发生中断时，不间断电源可以利用逆变转换将储备的电能转换成220V交流电提供给用户使用。

3.2补偿无功功率

早期补偿无功功率主要采用的是并联电容器以及同步调相机。其中，并联电容器在使用的过程中，如果出现电网谐波，则容易出现谐振，并导致谐波被放大，从而将电容器烧毁。而同步调相机尽管能够动态的补偿不断变化的无功功率，但是其维护过程难度较大。SVC为静止无功功率补偿装置，是一种晶閘管，其主要的作用在于控制电压和补偿无功功率，同时还能提升系统的稳定性、限制过电压以及阻尼功率波动等。但是其也存在一定的缺点，即对电抗电容器晶闸管切投开关进行控制时，会产生一定的谐波。在该补偿装置的基础上，产生了SVG（静止无功功率发生器）。通常情况下，静止无功功率发生器使用了多电平技术以及多重化技术，其能够将电流补偿中产生的谐波含量大大降低。且同静止无功功率补偿装置电抗电容器的大容量储能存在的区别在于，静止无功功率发生器只需容量较小的电容器对电压进行维持，且其既能发出无功功率，又能吸收无功功率，但是只能针对无功功率的补偿使用，因此具有相对单一的功能性。

3.3调节电压

DVR即动态电压恢复器，其主要是用于配电系统跌落电压的补偿设备。在电力负载与馈线之间，利用串联变压器产生具有可变幅值的电压，这样就能确保电网电压发生改变时，能够通过负载的一侧对不变的供电电压进行观察。动态电压恢复器具备充足的能量以及快速响应能力，能够对跌落电压时产生的负载，提供一定的能量支持。SSC为静态同步补偿器，其主要是利用变压器将系统的电压源型逆变器PWM并联接入，其既能减少损耗，又能改善电压质量。如果与直流侧储能装置联合使用，还能对有功功率波动进行补偿。

3.4谐波治理

谐波治理主要分为以下几种：（1）对于非线性负载或其他谐波发生装置的内部进行改进，减少谐波的输出。（2）无源滤波处理，采用电容和电抗器等装置对谐波进行吸收，为谐波提供吸收通路，减少流入到用电端的谐波含量。（3）有源滤波处理，如有源电力滤波器（APF）。SREAPF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。在谐波源处就近安装有源电力滤波器，是在谐波源设备已经确定的情况下防止谐波电流注入电网的有效措施。靠近谐波源吸收谐波电流，是安装滤波器的基本原则。有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波。

结论

综上所述，通过对电能质量问题与电能质量管理要点的研究，可以看出，电能质量主要与电网谐波、无功功率以及三相负序电流以及电压不稳定性存在一定的关系，因此在管理电能质量的过程中，就必须通过以上三个方面入手，这样才能确保电能使用过程中达到较高的质量。

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