用户侧电能质量问题及其治理措施

用户侧电能质量问题及其治理措施

刘根锋

(国网河南省电力公司禹州市供电公司河南省禹州市461670)

摘要：在中国现今的电能质量治理工作中，电力负荷出现了巨大的变化，非线性用电情况增加，冲击性情况增加等现象不断出现，这是因为工业的不断发展和民用电力结构变化导致的。因此，如何研究并开发出电能质量治理新技术，取得更好的治理效果，促进电力事业的发展是当前电力工作者共同需要思考的问题。本文通过对电能质量治理技术进行科学的深入研究，探索电能质量治理技术的发展趋势，以期更有效地控制和测量电能质量。

关键词：电能质量；技术；措施

引言

随着社会经济的发展，对配电系统的可靠性和供电质量提出了更高的要求。然而，整个配电系统中存在大量的谐波，严重影响了电能质量。若配电系统中的谐波不能被有效清除或治理，必将影响配电系统的稳定性和安全性，损坏用电设备，甚至造成不必要的经济损失和不良的社会影响。

1、电能质量的概念

随着社会的发展，电能质量的概念从看待问题的不同角度出现了不同的解释。所谓电能质量，指的是从电力系统中产生的供电的有效性，其优劣由电力系统的运行效率决定，并且能够通过保持电力系统的可靠性与安全性对电能质量进行提高。

2、电能质量问题产生原因分析

为更好地对电能质量问题进行深入了解和治理，本文对电能质量问题产生的原因进行分析和研究。据研究，电能质量问题贯穿于电力系统的发电、供电和用电环节，其中用电环节产生的电能问题最多。首先，在供电系统中产生电能质量问题的主要原因是大量的风电、光伏及分布式微网等新能源通过电力电子技术接入电网，而新能源发电具有波动性、间歇性和不确定性，对电网的频率与电压造成了一定的干扰。同时，新能源发电大都采用电力电子设备实现有功、无功和并网功能，使得发电系统中出现大量的低频振荡、电压波动和闪变等问题。其次，在配电系统中使用了很多的整流装置和变频等非线性负载和设备，这些非线性负载与设备在运行过程中会产生大量的谐波和无功，降低了系统的电能质量。最后，用户侧电能质量的污染主要以工业用户为主。工业用户存在大量的大型冲击性无功设备、电弧炉和非线性的电力电子设备，在使用过程中产生了冲击电压、谐波及谐振，是电力系统中最主要的电能质量污染源。另外，城市地铁、电气化交通工具的运行也对电力系统电能质量造成一定的污染。

3、电能质量的管理要求

为了减少和管控电力系统的电能质量，我国制定了《电网电能质量技术监督管理规定》，要求当电网或用户用电原因引起的电能质量不符合国家标准时，按“谁干扰、谁污染、谁治理”的原则及时处理，并贯穿于电力系统发电、供配电和用电全过程；同时制定了多项标准，对配电系统的电能质量进行了明确规定，见表1。

表1我国电能质量相关标准及要求

4、如何正确运用电能质量治理技术

4.1做好电能质量普查工作

电能质量治理技术难是一项难度大却投资高的复杂的系统工作，因此，电能质量普查是进行治理的前提条件，通过对生产周期内的谐波电压、谐波功率、功率因数、电压波动、基部电流、点播电压、闪变动态变化趋势等进行详尽的统计，根据最终的统计数据制定相应的科学化的治理方案，提高投资效益。

4.2谐波相消法

在电力系统中接入非线性器件不能用降低或消除非线性来消除谐波，而可以通过使高次谐波的次数相同，利用相位相反将谐波进行相互抵消。

4.3滤波

滤波可以降低系统其它部分的谐波电压，通过在系统接入谐波阻挡低的并联滤波器，转移大部分换流器所产生的谐波电流。

4.4并联电容补偿装置并联电容补偿装置同样具有了滤波的作用。因为滤波

器占地面积大，且造价高额，一些电力企业为了减少投入利用并联电容补偿装置。

4.5综合治理大功率、冲击性、非线性负荷

大功率、冲击性、非线性负荷对电力系统有着产生高次谐波、负序分量、电压波动与闪变等巨大影响，造成电力质量指标下降，因此需要对其进行综合性治理，做到降低谐波、提高功率因数、稳定电压、减小电压波动与闪变等作用，降低投资，用最少的成本取到更好地治理效果。

5、电能质量的治理措施

电能质量问题治理方措施可分为两类：一类是从供电侧解决问题，即传统的稳定电压，频率调整的技术。另一类是从用户侧解决电能质量问题，是美国Hingorani博士于1988年提出的定制电力技术。电力公司利用定制电力技术的新设备，可以提高配电网的供电可靠性和供电质量的两个方面。目前，主要从用户侧治理电能质量，现有的治理装置有静止无功发生器、有源滤波器、统一电能质量调节器和超导磁能系统等。国内科研机构、院校已对静止无功发生器、有源滤波器和动态电压恢复器进行研究，如清华大学、西安交通大学、中国电科院等。其中清华大学和上海供电公司进行了±50Mvar静止无功发生器工程试验，试验表明可有效治理动态电能质量问题。中国电科院分别在北京、上海某企业投运了10kV动态电压恢复器。国网电力公司开发的10kV高压并联式混合型电网高次谐波有源滤波装置已进入工业运行。谐波治理措施主要采用无源滤波与有源滤波。无源滤波器主要由电阻、电抗器和电容器组成。无源滤波系统参数会影响装置性能，并且可能放大某些谐波。由于无源滤波器装置便宜，运输成本低，故广泛应用在实际工程中。研究机构已经研发出通用滤波器UHF，并且成功应用在巴西电力工程，取得了良好效果。随着电子技术的快速发展，有源滤波器已成为重要的研究方向之一。有源滤波器主要具有高度可控性、快速响应等优点。此外，还可以提高无功功率，治理三相不平衡。有源滤波器有出色的滤除谐波的效果，滤波率可以做得很高，同时还可以补偿无功功率。但是有源滤波器不适合高电压大功率的场合，并且价格昂贵，限制了在工程中的应用。静止无功发生器可治理电网中冲击负荷引起电网电压跌落、电压闪变等电能质量问题。静止无功发生器的组成部件有逆变器、耦合变压器等。通过调节静止无功发生器变压器的圈数比，可适用于不同电压等级补偿器。因此，静止无功发生器可提供电压支持和无功潮流。静止无功发生器动态响应速度快，抑制电压闪变效果好。静止无功发生器装置已在电力系统广泛应用。不间断电源作为重要负荷的备用电源，能够有效的治理系统电压跌落或瞬时供电中断。在变电站中被广泛的应用。缺点主要是不间断电源容量较小，供电时间有限。动态电压恢复器可有效的治理电压跌落。动态电压恢复器相当于一个电压源串联在被保护线路上，线路电压正常运行时动态电压恢复器不工作，由系统提供电压；当电压跌落时，动态电压恢复器可以在毫秒级内,对电压跌落有效补偿，支撑电压恢复。其良好的速度响应能力和较高的性价比使得它成为治理电压跌落问题最经济，最有效的措施。治理电压跌落装置成本及年维护费用见表2，不同装置治理暂降有效性见表3，各种电能质量装置可解决的问题见表4。

表2治理电压跌落装置成本及年维护费用

表3不同装置治理暂降有效性

表4各种电能质量装置功能对比分析

结束语

电能质量问题不是电力系统单一环节的问题，必须对其产生原因进行深入分析和研究，以采取有效的管理办法，制定对应的治理措施，评估电能质量的整体性能。本文提出的治理措施，能极大地解决当前配电系统的电能质量问题，不仅减少了因电能质量问题引发的电力事故和危害，还保障了配电系统的稳定、可靠性，具有良好的社会效益。

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