溫育斌

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化，電網(wǎng)中各種非線性負(fù)荷不斷增長(zhǎng)，復(fù)雜、精密且對(duì)電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備越來(lái)越多。這也加劇了電能質(zhì)量的惡化。因此加強(qiáng)電能質(zhì)量管理，提高電能質(zhì)量，已成為電網(wǎng)建設(shè)管理中必須認(rèn)真探討的重要課題。

關(guān)鍵詞：電能；質(zhì)量；監(jiān)測(cè)；治理

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）09－0048－02

電能質(zhì)量問(wèn)題不僅關(guān)系到用電設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，還關(guān)系到供用電市場(chǎng)的規(guī)范化。它的產(chǎn)生可能來(lái)源于供電方的輸配電系統(tǒng)，也可能來(lái)源于用戶端的不合理用電，還可能來(lái)源于雷電等自然現(xiàn)象。只有對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，才能對(duì)問(wèn)題的產(chǎn)生和影響有更深刻的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為電能質(zhì)量的改善、供用電雙方的協(xié)調(diào)和供用電市場(chǎng)的規(guī)范提供真實(shí)依據(jù)，以采取有效的解決措施。

1電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生

1.1電力系統(tǒng)元件存在的非線性問(wèn)題

電力系統(tǒng)元件的非線性問(wèn)題主要包括：發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波、變壓器產(chǎn)生的諧波和直流輸電產(chǎn)生的諧波。其中，直流輸電是目前電力系統(tǒng)最大的諧波源。此外，還有變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等因素對(duì)諧波的影響。

1.2非線性負(fù)荷

在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，非線性負(fù)載占很大比例，是電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的主要來(lái)源。電弧爐（包括交流電弧爐和直流電弧爐）是主要的非線性負(fù)載，它的諧波主要是由起弧的時(shí)延和電弧的嚴(yán)重非線性引起的。在居民生活負(fù)荷中，熒光燈的伏安特性是嚴(yán)重的非線性，會(huì)引起較為嚴(yán)重的諧波電流，其中三次諧波的含量最高。大功率整流或變頻裝置也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，同時(shí)使功率因數(shù)降低。

1.3電力系統(tǒng)故障

電力系統(tǒng)運(yùn)行的各種故障也會(huì)造成電能質(zhì)量問(wèn)題，例如各種短路故障、自然災(zāi)害、人為誤操作、電網(wǎng)故障引發(fā)發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中電力電子設(shè)備的啟動(dòng)等，都可能造成各種電能質(zhì)量問(wèn)題。

2電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)技術(shù)

電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要表現(xiàn)在：①掌握供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電能質(zhì)量開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以掌握其動(dòng)態(tài)；②分析、診斷其變化，即在詳細(xì)分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的固有諧振特性進(jìn)行計(jì)算和分析；③開(kāi)展系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和改造時(shí)，在變電站的設(shè)計(jì)、投運(yùn)和新的電力用戶投運(yùn)前，都要進(jìn)行諧波源負(fù)荷和電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢；④在線路網(wǎng)絡(luò)改造和建設(shè)中，要結(jié)合運(yùn)行負(fù)荷的特點(diǎn)和措施，以降低線損和設(shè)備損失事故。

目前，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)傾向于采用永久性的固定設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于固定電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備而言，研制時(shí)需要綜合考慮成本和性能。基于微處理器的智能化電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在設(shè)計(jì)上具有在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)性好和成本低等特點(diǎn)。

基于雙CPU的嵌入式系統(tǒng)將嵌入式DSP處理器與嵌入式微控制器相結(jié)合，通過(guò)2個(gè)CPU擴(kuò)充系統(tǒng)資源，共同分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷。以DSP作為高速處理器件有利于保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。這種雙CPU的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DSP的高速處理能力，對(duì)于保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等強(qiáng)大功能而又不犧牲實(shí)時(shí)性起到了關(guān)鍵作用。它具有在線監(jiān)測(cè)、精度高、升級(jí)潛力大、實(shí)時(shí)性好、體積小和成本低的特點(diǎn)，既適用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量分析，也適用于長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)。

3改善電能質(zhì)量的措施

3.1靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）

靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是一種快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的裝置，這種裝置利用晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)等效電抗和投入的電容數(shù)量，從而達(dá)到迅速調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償容量的目的。該裝置已成功應(yīng)用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償中，可以對(duì)所需的無(wú)功功率作隨機(jī)調(diào)整，從而保持在非線性、沖擊性負(fù)荷連接點(diǎn)的電壓水平恒定。

3.2無(wú)功發(fā)生器（SVG）

無(wú)功發(fā)生器（SVG）是一個(gè)可以產(chǎn)生超前電流90°或滯后電流90°的逆變器，帶有自整流充電能力，多用于系統(tǒng)對(duì)稱而產(chǎn)生無(wú)功的情況，比如換流站等。無(wú)功發(fā)生器在系統(tǒng)電壓下降時(shí)，仍能供出額定的無(wú)功電流。但無(wú)功發(fā)生器難于應(yīng)付系統(tǒng)的不對(duì)稱，當(dāng)系統(tǒng)電壓不對(duì)稱時(shí)，無(wú)功發(fā)生器就會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)序電流。對(duì)此，目前采取的方法是，在系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱時(shí)，將無(wú)功發(fā)生器自動(dòng)切除。

3.3無(wú)源濾波器

無(wú)源濾波器是由電感線圈、電容器（電阻）組成，利用電容、電感諧振的原理“吸收”“阻止”諧波，限制進(jìn)入公用電網(wǎng)的諧波，從而保證電壓畸變率處于較低水平。無(wú)源濾波器按接線方式可以分為串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波三種。串聯(lián)濾波主要濾除3N次諧波（或稱零序性質(zhì)的諧波）；并聯(lián)接入的濾波器不僅濾除多次諧波，而且對(duì)系統(tǒng)具有無(wú)功補(bǔ)償作用；低通濾波器主要用于高次諧波的治理。

3.4有源濾波器（APF）

APF是一種能動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大功率的諧波發(fā)生器。它是先從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，利用可控的功率半導(dǎo)體器件，向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，起到大小相等、方向相反和相互抵消的作用，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。

APF按其與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式，可以分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。并聯(lián)型APF只適合補(bǔ)償電流型諧波源負(fù)載，而串聯(lián)型APF適合補(bǔ)償電壓型諧波源負(fù)載。電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度，對(duì)變化的諧波和無(wú)功功率都能實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，跟蹤補(bǔ)償各次諧波，自動(dòng)產(chǎn)生所需要的無(wú)功功率，并且其補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小，是一種很有廣泛發(fā)展前景的電力諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償手段。當(dāng)然，由于系統(tǒng)中的諧波成分較多，因此，在工程實(shí)際中，不可能將系統(tǒng)中各次諧波電壓都補(bǔ)償?shù)簟，F(xiàn)實(shí)的做法是，根據(jù)系統(tǒng)中含量較大的或者用戶負(fù)載較為敏感的那些諧波成分來(lái)選擇諧波電壓補(bǔ)償次數(shù)和補(bǔ)償度。

4 結(jié)束語(yǔ)隨著電力電子和信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，一些新型電力負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的課題。除諧波、電壓波動(dòng)外，電壓暫降、短時(shí)斷電和電壓閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，也逐漸引起人們的關(guān)注。今后，提高電能質(zhì)量的技術(shù)和措施也將日漸增多，要具體情況具體分析，采用科學(xué)可行的方法，也可以多措并舉，以達(dá)到解決電能質(zhì)量問(wèn)題的滿意效果。參考文獻(xiàn)［1］程浩忠，艾芉，張志剛，等.電能質(zhì)量［M］.第一版.北京：清華大學(xué)出版社，2006.［2］周勝軍，于坤山，譚志強(qiáng).電能質(zhì)量供電電壓偏差［M］.第三版.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008. 〔編輯：李玨〕Analysis of Power Quality Monitoring and ManagementWen YubinAbstract: With economic development, advancement of technology and highly automated production process, various non-linear load power is growing, complex, precision and power quality sensitive electrical equipment more and more. It also exacerbated the deterioration of power quality. Therefore, strengthening the power quality management, improve power quality, has become an important issue must be carefully explored grid construction management. Key words: energy; quality; monitoring; governance