劉可 薛俊茹 翟潛河

摘要：電力市場環(huán)境下，電能質(zhì)量關(guān)系著社會方方面面的發(fā)展建設(shè)，對社會發(fā)展起著重要作用，是電力企業(yè)面臨的亟待解決的重要項目。針對于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題，ETAP系統(tǒng)對于其問題的解決起到了重要作用。通過多年來的應(yīng)用實踐表明，其軟件系統(tǒng)在諧波仿真方面，對諧波諧振等方面問題的處理起到了良好的改善作用，在電能質(zhì)量問題的分析處理上切實可行，未來其軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景得到了充分驗證，以其精準(zhǔn)的計算方法，方便快捷的模型，可視化的數(shù)據(jù)操作為電能質(zhì)量的分析管理提供了強有力的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ETAP；電力系統(tǒng)；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言：伴隨經(jīng)濟的發(fā)展，對于電能需求量巨大的相關(guān)部門為了進行節(jié)能減排，增加了大容量三相不平衡設(shè)備的應(yīng)用，使得各種電能質(zhì)量問題層出不窮，往往造成區(qū)域性的事故隱患?，F(xiàn)在針對電能質(zhì)量問題的分析，逐漸開始引入ETAP，使其逐漸發(fā)揮出分析、計算、調(diào)控管理的優(yōu)勢。

一、ETAP概述

ETAP是一種應(yīng)用在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)，由美國OTI集團公司開發(fā)，是電力電氣分析、電能管理的綜合分析軟件系統(tǒng)的簡稱。具有功能全面，綜合性能強大的特點，能夠為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計等多方面提供全面分析和解決方案，保證了高品質(zhì)的電能質(zhì)量。

該軟件系統(tǒng)具有三大設(shè)計理念，即系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實進行操作，全面集成數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)操作過程是真實可見的。其數(shù)據(jù)庫是三維形式的，顯得更為立體直觀，將元件設(shè)備與其物理屬性歸于一個數(shù)據(jù)維度之中，作為工程電氣的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)以簡單直觀的圖形形式顯示出來，實現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)操作，并能確定出復(fù)合式的保護嵌套網(wǎng)絡(luò)[1]。

二、ETAP軟件系統(tǒng)介紹

（一）不平衡潮流模塊

該模塊主要是對分支電流與功率因數(shù)，功率潮流與母線電壓的計算，在平衡節(jié)點等狀態(tài)下，實現(xiàn)對環(huán)形與放射型系統(tǒng)的操作，計算效果由電流注入方法來保持，充分體現(xiàn)出在大負荷環(huán)境下具有的收斂特性。

（二）諧波分析模塊

對于諧波潮流計算是其系統(tǒng)中一個重要組成部分，應(yīng)用于對各線路、母線諧波存在狀況的解析計算。在計算中需要對諧波頻率掃描，也就是對現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)進行掃描，以此根據(jù)諧振現(xiàn)象計算出諧波次數(shù)。諧波潮流計算與諧波頻率掃描有效解決了諧振問題與在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下存在的問題，極大地方便了對于諧波問題的治理，為其提供了科學(xué)高效的驗證解決方案[2]。

（三）電容器最佳位置模塊

系統(tǒng)在補償電容時，該模塊約束條件具有最小化的特點，不會受到多種因素的影響，沒有多個因素的約束限制，以此設(shè)定出電容器的最佳位置，使功率因素的修正與電壓的補償達到最佳效果，在最佳效果的狀態(tài)下補償電容器組數(shù)，進行控制模式的計算，分析出運行中的電容器組對于系統(tǒng)會產(chǎn)生哪些影響。

（四）電機加速模塊

這個系統(tǒng)是針對于動態(tài)與靜態(tài)的兩種電機加速的管理控制，為其電機加速提供兩種計算分析方法。對于靜態(tài)電機的加速計算首先需要建立一個模擬化形式的動態(tài)模型，動態(tài)模型能夠在啟動電機過程中反映出在整個過程中電流電壓隨時變的變化狀態(tài)。整個加速過程會被程序模擬出來，以判斷電機是否能夠可以啟動，額定速率需要多久恢復(fù)正常運行狀態(tài)，是否會因為電壓降的問題而影響到系統(tǒng)運行。對于靜態(tài)電機的加速也是應(yīng)用模擬化的形式，運用堵轉(zhuǎn)方法將電機啟動，以此模擬出對系統(tǒng)會產(chǎn)生哪些影響。

三、電力系統(tǒng)工業(yè)用戶引起的系統(tǒng)電能質(zhì)量問題

在工業(yè)中設(shè)備的容量較大，對于設(shè)備的調(diào)速性能與設(shè)備特殊性能有著高要求，因為設(shè)備的性能對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量會產(chǎn)生重要影響。而在現(xiàn)代工業(yè)中一些大容量的設(shè)備又與多種電氣化設(shè)備組合起來，又對周圍區(qū)域的電能質(zhì)量造成了影響，使對電能質(zhì)量問題的分析、治理增加了難度。

（一）礦井與港口

在礦井與港口中其主要負荷是港口的裝卸起重機與礦井的風(fēng)機、水泵、提升設(shè)備，這些設(shè)備多數(shù)是大型大功率的設(shè)備。采用到了用于調(diào)速的沖擊性設(shè)備，這些電力電子設(shè)備的使用使得諧波與無功功率不足問題出現(xiàn)。

（二）制藥化工與煙草

大型電動機群與高敏性負荷是制藥化工與煙草等工廠面對的主要負荷，為了滿足工藝需要會有一些非線性設(shè)備的裝置。如果多次啟動電動機，極易對系統(tǒng)造成沖擊，大量的無功被充分吸收，導(dǎo)致系統(tǒng)無功的缺失，致使三相不平衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，電壓也會持續(xù)降落，電網(wǎng)功率因素會因此大為降低；對其調(diào)速裝置而言，變頻整流方式得到普遍應(yīng)用，但是由于電機磁飽和現(xiàn)象，高次諧波大量產(chǎn)生，通常使用的電路拓撲技術(shù)手段將交流形式的電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍问降碾娫?，直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)閷涣麟姍C所需的頻率、電壓。

（三）煉鋼廠

在從事煉鋼的企業(yè)當(dāng)中，其應(yīng)用的主要設(shè)備有沖擊用大型軋鋼機與高壓弧爐。電弧是氣體放電的一種形式，是一種著電與著熱同時進行的物理過程，電弧在電弧爐中在正常電壓下是交流形式的。功率波動性負荷是電弧爐的主要負荷，在熔化期中三相電極在廢鋼裝入后，大電流電弧在廢鋼與電極之間產(chǎn)生，電弧產(chǎn)生的熱量對廢鋼進行熔化。直接電弧普遍存在著，電弧長度隨和廢鋼熔化而發(fā)生改變，燃弧點逐漸發(fā)生移動，引起三相電弧也在逐漸發(fā)生著改變，三相電流出現(xiàn)不對稱，在不正常的生產(chǎn)情況下負序電流與電爐變壓器額定電流之間的比例由1：4上升到14：25，這是對于一相斷弧而言，兩相與三相斷弧不言而喻，比例將會更大，當(dāng)在電網(wǎng)流入到負序電流時，電網(wǎng)電壓產(chǎn)生負序分量。如想保證穩(wěn)定的電弧燃燒，電弧爐的功率因素降低，如此一來電弧爐在運行中就會產(chǎn)生高感性負荷，功率因數(shù)因此會極有可能降低到0.1。在精煉環(huán)節(jié)中完成熔化過程之后，提高溫度的同時加放鐵礦石與氧氣，為達到脫硫與脫氧的效果加入石灰，在這個過程之后電流不會發(fā)生變動，電弧趨于正常穩(wěn)定[3]。

冶煉過程中電弧電流的變化通常與廢鋼大小有關(guān)，電弧電流的變化導(dǎo)致了電壓閃變現(xiàn)象的存在，如果冶煉中使用的是大塊廢鋼，在落下時造成電弧不穩(wěn)定與電極短路，到了中期以后，鋼液存在于爐底，電弧的穩(wěn)定性得到了很好的保障，閃變程度同樣得到降低。

變頻調(diào)速裝置在軋鋼機中的使用，加劇了諧波的產(chǎn)生，諧波電流的增多致使接入的母線電壓畸變率超出了指標(biāo)，為用電設(shè)備的安全運行帶來了極大的不便。此外還有無功功率被大量消耗，功率因數(shù)降低至不到0.5，失去的那些無功功率其實是被電網(wǎng)吸收了，電網(wǎng)因此承擔(dān)的職責(zé)沉重，加大了無功損耗，電能質(zhì)量因此得以降低。

結(jié)語：通過上述可知，本文從三個方面對基于ETAP的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題展開了論述。第一部分是對ETAP系統(tǒng)基本概念的論述，從中可以知道ETAP是由美國一家電力公司開發(fā)的一種電力電氣、電能管理的綜合性分析軟件；第二部分介紹了ETAP系統(tǒng)模塊，第三部分相對重點介紹了幾種基于ETAP的工業(yè)用戶電力系統(tǒng)常見的電能質(zhì)量問題，為社會中的工業(yè)用戶對電能質(zhì)量問題的解決提供了一定參考。在工業(yè)用戶中，還是在社會各領(lǐng)域中負荷是引起電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的主要原因，為解決電能質(zhì)量問題，需要結(jié)合電能質(zhì)量問題的特點與實際情況，加強ETAP系統(tǒng)建設(shè)，基于其系統(tǒng)的分析治理方法，豐富電能質(zhì)量分析方法。

參考文獻：

[1]徐文遠，雍靜. 電力擾動數(shù)據(jù)分析學(xué)——電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的新應(yīng)用[J]. 中國電機工程學(xué)報，2013，19：93-101+15.

[2]翟興麗，林振智，文福拴. 電能質(zhì)量的群體綜合評估方法與可靠性優(yōu)化[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，06：74-82.

[3]容文斌. 改善電能質(zhì)量的意義與策略[J]. 電子世界，2014，18：376.