譚先軍 潘燕虹

（杭州市電力局，浙江 杭州 310000）

1 引言。隨著我國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，人們對電能的需要與日俱增，與此同時對電能的要求也隨之增加。為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，提高供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量就顯得勢在必行。

2 電能質(zhì)量。通常普遍意義上講的電能質(zhì)量是指優(yōu)質(zhì)供電。但是從工程實用角度出發(fā)的電能質(zhì)量包括電流質(zhì)量、電壓質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個方面。其中，電流質(zhì)量主要包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前與滯后噪聲等方面；電壓質(zhì)量主要包括電壓偏差、電壓頻率偏差和電壓不平衡等方面；供電質(zhì)量主要電壓質(zhì)量和供電可靠性等方面；用電質(zhì)量主要包括電流質(zhì)量和非技術含義等方面。

隨著我國供配電系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的問題也隨之增加，電能質(zhì)量主要受諧波、非線性負荷和元件等因素的影響。

2.1 諧波。在供配電系統(tǒng)中，諧波主要是由電力變壓器產(chǎn)生的。由于收到變壓器鐵芯飽和磁化曲線非線性的影響，使得磁化電流呈尖頂波形，從而產(chǎn)生諧波。因為電網(wǎng)諧波的污染，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量指標下降，從而進一步對影響供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和增加了供配電系統(tǒng)的附加損耗。

抑制諧波的根本做法就是盡量減小以至消除波源產(chǎn)生的諧波分量，從而使注入電網(wǎng)的諧波降到國家標準的規(guī)定值以下。我國頒布的國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中規(guī)定電網(wǎng)諧波電壓的限值如表1所示。

表1

抑制諧波的根本做法有消除和補償這兩種方法，消除法是通過改變諧波源的工作特征和工作方式，使諧波源少產(chǎn)生甚至不產(chǎn)生諧波。補償法是通過設置吸收裝置來吸收諧波源產(chǎn)生的諧波。裝設濾波器、設置有源濾波器和采用新型整流電路是目前抑制諧波的基本措施。其中，裝設無源濾波器是目前最實用、最有效和最常用的措施。無源濾波裝置主要由電力電容器、電抗器和電阻器聯(lián)結而成，在實際運行中，不僅可以濾波，而且可以用于無功補償。

2.2 非線性負荷和元件。在電力系統(tǒng)中，由于大量的非線性設備和負荷的存在，從而導致諧波的產(chǎn)生。例如，家用的洗衣機和電風扇等設備的不平衡電流導致的電網(wǎng)波形改變，這也是諧波的重要來源。工業(yè)生產(chǎn)中，典型的非線性負荷有冷軋鋼機，電弧設備、礦熱爐、硅鐵爐和高頻爐等均屬此類非線性電力設備。

隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，晶閘管在電力工業(yè)中獲得了廣泛的應用，然而這些電子器件也是電力系統(tǒng)中的諧波源。

3 改善電能質(zhì)量的措施

目前改善電能質(zhì)量措施的研究涉及面很廣。在減小頻率和電壓偏差方面，電網(wǎng)調(diào)度自動化、無功優(yōu)化和負荷控制是常用的方法；城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程也是提高電能質(zhì)量的一個重要措施；無源濾波器和靜止無功補償器(SVG)在抑制電網(wǎng)諧波、降低電壓波動和閃變方面有著重要的應用；隨電力電子元器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT等)的飛速發(fā)展，柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）是改善電能質(zhì)量的一種十分重要的途徑。

3.1 靜止無功發(fā)生器

靜止無功發(fā)生器(StaticVarGenerator，簡稱SVG)具有連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍大、響應速度快、控制精度高、運行可靠等優(yōu)點，是目前性能最好的動態(tài)無功補償裝置，它代表了當今無功補償裝置的發(fā)展方向。

所謂靜止無功發(fā)生器(SVG)，是指用自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置，它與靜止無功補償(SVC)裝置相比，具有調(diào)節(jié)速度更快，運行范圍寬等優(yōu)點，并且在采取多重化、多電平或脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量，因此在靜止無功發(fā)生器進行研究對電能質(zhì)量的提高具有一定的指導意義。

靜止無功發(fā)生器的基本原理：就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過控制開關器件的通斷，來調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或發(fā)出所需無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。SVG電路結構如圖1所示。

其中，表示逆變器的輸出電壓，表示電網(wǎng)側(cè)的電壓。當以時，SVG處于超前運行狀態(tài)，發(fā)出容性的無功功率，此時起到電容器的作用；當時，SVG處于滯后運行狀態(tài)，吸收感性的無功功率，此時起到電抗器的作用；當時，SVG與電網(wǎng)系統(tǒng)之間不存在無功交換。SVG在正常工作時，就是利用電力電子半導體開關的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻同相的輸出電壓，它就像一個交流電壓逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于地的相位，就可以改變電抗上的電壓，從而達到控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值的目的，也就控制了SVG吸收無功功率的大小，從而起到了補償?shù)哪康摹?/p>

3.2 電能質(zhì)量的監(jiān)測。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，通過對電能質(zhì)量監(jiān)測技術進行相關研究，從而為建立起表征電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫提高理論基礎，在供配電系統(tǒng)和用電設備運行失效之前，捕獲到早期的故障信息，從而更好的保護供配電設備的安全運行，更好的提高電能質(zhì)量。

3.3 加強管理。提高電能質(zhì)量不僅可以獲得巨大的經(jīng)濟效益，而且也是衡量電力工業(yè)水平的重要標志，對電能質(zhì)量的管理工作不可忽視，我們此須要做好以下三個方面的工作：制訂與國家標準配套的行業(yè)標準或規(guī)程、電氣產(chǎn)品的電能質(zhì)量管理和建立質(zhì)量管理體系。建立質(zhì)量管理體系：我們要把電能質(zhì)量的監(jiān)督正式納入到電力生產(chǎn)軌道，與此同時建立國家、網(wǎng)省和地市三級之間的電能質(zhì)量管理體系。各級電力調(diào)度部門要對電能質(zhì)量指標的電壓和頻率偏差進行日常監(jiān)管。對諧波、電壓波動和閃變這幾個指標要做到實時監(jiān)督。根據(jù)實際工作的需要，在國家質(zhì)量監(jiān)督部門領導下建立國家級電能質(zhì)量檢測中心，與此同時，各網(wǎng)省、地市也要建立相應的電能質(zhì)量檢測站。制訂與國家標準配套的行業(yè)標準或規(guī)程：要建立電能質(zhì)量管理體系，必須先由電力主管部門制定相應的電能質(zhì)量監(jiān)督管理辦法，明確各部門的職責，理順各方面的關系。電氣產(chǎn)品的電能質(zhì)量管理：對大量干擾源電氣產(chǎn)品，應制定產(chǎn)生干擾的限值標準，與此同時建立相應的檢測中心來進一步完善電能質(zhì)量保證體系。

結束語。隨著我國經(jīng)濟和科學技術的迅猛發(fā)展，企業(yè)和家庭對供電電能質(zhì)量提出了更高的要求，電能質(zhì)量直接關系到國民經(jīng)濟的總體效益和用戶的切身利益，對提高供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進行相關研究不僅具有重要的理論意義，而且還有非常重要的現(xiàn)實意義。

圖1 SVG電路結構

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