电能质量分析方法与控制技术研究

电能质量分析方法与控制技术研究

钱丽莎

国网重庆市电力公司巫溪供电分公司  重庆  405800

摘要：近年来，社会进步迅速，电能是目前使用最广泛的能源之一，其开发与应用已经成为一个国家国力的重要体现。为了让电能更好地被利用，服务群众生活，满足社会需要，电能质量分析不可或缺。近年来，风能、水能以及太阳能等新能源的开发利用得到了充分的发展，但是诸如此类的新型能源自身都存在着一定的随机性、间断性、波动性等特点，如果将这些新能源转化为更易被人类直接利用的电能，其产生的电能质量将不可避免受到上述特性影响，需要引起格外的重视与考量，采取科学合理的电能质量分析等技术确保其电能利用安全可控。再者，为了应对日益提升的电能需求，同时也伴随着各类新能源发电及并网利用等工作的迅速发展，电网结构以及电网负荷特性也发生了根本性变化，电气环境中涵盖交流电和直流电以及负载的特殊性等，导致了谐波干扰、电压骤变、三相电压不平衡等问题。

关键词：电能质量分析；方法；控制技术研究

引言

电力系统为社会生产、生活提供稳定的电力输出。为了解电力系统的供电问题，需要对电力系统电能质量进行相应的评估工作，以制订相应的调整方案，完成对电力系统供电的优化工作。为此，文章采用有效的方法对电力系统的电能质量进行分析和评估，充分分析了电力系统的运行状况。

1电力系统电能质量概述

电能质量代表电力系统中交流电的质量水平，电能的理想状态频率、电压完整对称的正弦波，三相交流系统三相之间的相位差都为120°。但是受材料、温度、机械装置运行、自然条件等因素的影响，理想的电能质量仅存在于理论分析，现实的电力系统会不断受外界因素的干扰和冲击，或者受不平衡负荷的干扰，以及非线性用电设备的使用，都可能导致电能质量出现严重的下降问题。从整体上看，电能质量的主要研究内容如下：（1）电压质量。电力系统的电压波动情况。（2）电流质量。反映电力系统的电流变化。（3）供电质量。供电质量不仅包括电源可靠性、电力系统的电压质量，还包括电价等电力系统应用问题的解决速度。（4）用电质量。用电质量主要相对用户而言，指电力系统的电力稳定性。

2电能质量数据监测

为了监测电能质量，达到防止出现重大电力故障的目的，许多大型输配电系统都装有电能质量监测装置。但在实时采集的情况下，有效数据的信号采集频率又很高，造成了数据量庞大的问题。该问题不管是在数据存储还是数据传输方面都面临较大困难，所以对于数据的处理的研究是十分有必要的，如何在保证数据不失真的情况下尽可能地分析数据成了我们的下一个研究目标。由于小波变换在时域和频域都具有较好的分辨率，很多研究人员都采取小波变换的方法解决电能质量数据压缩的问题。采用对离散正交小波变换的方法，首先对数据进行离散正交小波变换，然后通过定义阈值将大量小波系数置零，其压缩效果良好，但其方法在实时性方面有待更新。将图像压缩领域中二维小波变换系数编码的多级树集合分裂编码算法化简为一维算法，并考虑整数小波变换来实现对采集的电能质量数据的压缩，虽说其达到了数据压缩的目的，但同时也牺牲了一部分算法。进一步对采集的信号进行周期间分析，有效地去除了周期间循环的冗余性，利用二维小波变换进行数据的压缩，较好的满足了数据压缩的要求。数据压缩就是对采集的未经分析的原始数据进行诸如时间、空间以及信息之间冗余性的去除，在保留信号数据的有效特征的前提下，尽量减小数据大小的过程。目前大多数研究方法面向的都是对所采集的单相数据进行压缩，而实际投入应用的电能质量监测系统是同时采集三相数据信息，且各项之间存在较大的相关性。现阶段，有学者提出了基于图像压缩算法的三相电能质量数据压缩技术能有效地解决三相数据压缩问题，但仍有待提高。

3控制技术在风力发电系统中的应用

3.1实施电网调度的自动化和调压装置的应用

电网调度的自动化利用电子计算机和远程通讯技术来控制电力系统的运行方式，使得各种发电、变电、输电、配电和用电设备在同一时刻按照同一个节奏，遵循着相同的规律来有条不紊的运行着，使得电力系统可以在正常情况下或者事故比较轻的状况下实现安全经济高质量的供电。然后电力系统再配合调压装置的应用，可以实现减少电压和频率的偏差来进一步的提高电能质量，同时能够提高工作效率，延长一些正在运行设备的使用寿命，提高经济可靠性还能避免大规模连续性停电，提高了供电可靠性。

3.2加强城乡电网的建设与改造

城乡电网的建设与改造可以改变一些高压网脆弱且中低压配电网容量不足的问题，同时也可以改变电网设备陈旧、裂化老化水泥杆等一些问题，提高了供电可靠性。目前农村平均线损率超过了百分之三十，甚至有的高达百分之四十，通过改造可提高配电网中的经济性，并且使得谐波污染降低，让电压波形更加稳定，也可以减少电子计算机工作失常和电子元件工作失灵等一些现象，间接地提高了经济效益。

3.3采用无源滤波器和静止无功补偿器

在配电系统中，有大量快速冲击负荷，例如电弧炉负荷会使得电压波动和闪变，进而引起系统中的电流与电压的不平衡。因而采用无源滤波器和静止无功补偿器来进行改善，尤其是静止无功补偿器可以跟踪电网和负荷的波动进行无功动态补偿。这样可以进一步地抑制谐波干扰，减少继电保护并且降低自动控制装置中的误动作，减少了保护失灵的产生，提高功率因素提高了变压器的供电能力，降低电压波动和电压闪变。但是当电网电压的波动超过一定的范围的时候，受电网电压和频率波动的影响，装置就会表现出恒阻抗的特性，不能充分发挥出其应有的作用。

3.4使用柔性交流输电技术

柔性交流输电技术是通过为电网提供感应和误工功率来提高电能质量。柔性交流输电系统的设备可以分为串联补偿装置、并联补偿装置和综合控制装置。使用柔性交流输电技术可以大大提高线路的输电能力，并能够更加有效地利用现有输电网，可以提高系统的输电容量和提高暂态稳定性。使用该技术可以对线路电压、阻抗和相位进行控制，可以在一定范围内控制潮流，减少阻尼振荡，还可以确保在输电线路中其输电容量接近热稳定极限，可以非常有效地提高在交流系统中的可靠性，防止了在事故发生时产生了连续的停电现象。

3.5柔性配电技术

柔性配电技术是柔性交流输电技术在配电网中的延伸，是改善电能质量强有力的工具。通过柔性配电技术可以利用控制技术和电力电子技术，对在交流输电中的相位、电压等进行快速准确的调节，实现对配电系统中的潮流进行控制，来进行架构灵活、安全、高效和可靠的配电网。目前采用的核心器件为绝缘栅双极型晶体管（IGBT），能很好地解决电能质量。传统的供电技术难以满足对于供电质量的特殊要求，通过柔性配电技术就可以对于电能质量进行相应的控制来满足其相应的要求。并且在风力发电和太阳能发电等一些新兴发电技术存在间歇性发电的问题，使用柔性配电技术就可以有效地克服这种影响，从而提高供电可靠性。

结语

电能质量分析不仅关系到能源的充分利用，也关系到民众的生活质量。从检测扰动发生原因，到数据压缩远程传输、扰动分类算法和电力系统故障检测等，综合利用各阶段的检测数据，最终对电能质量进行综合评估，从而完成电能质量分析。可以通过设计一种电能质量信息综合检测与评估的系统，完成电网电能质量的实时监测和在线评估，这也是电能质量分析的另一个发展方向。

参考文献

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[2]姜齐荣，沈斐，韩英铎.现代电能质量控制技术[J].电力电子技术，2004（6）：2-7.

[3]史帅彬.配网电能质量控制技术探讨[J].通信电源技术，2018，35（3）：267-268.

作者简介：钱丽莎，女，1987年2月出生，湖北咸宁人(籍贯) 。