一、電能質(zhì)量指標(biāo)

電能質(zhì)量的定義：導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個(gè)定義簡(jiǎn)單明晰，概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果。隨著基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負(fù)荷造成對(duì)電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會(huì)對(duì)電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會(huì)共同關(guān)注的問題，有關(guān)電能質(zhì)量的問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，有必要對(duì)其相關(guān)指標(biāo)與改善措施作討論和分析。

電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)、從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：

(1)低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：諧波、間諧波、電壓波動(dòng)、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時(shí)斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流;(2)低頻輻射現(xiàn)象：磁場(chǎng)、電場(chǎng);(3)高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài);(4)高頻輻射現(xiàn)象：磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)(連續(xù)波、瞬態(tài));(5)靜電放電現(xiàn)象。

對(duì)于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強(qiáng)度等描述。

保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，供電企業(yè)應(yīng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)也是用戶(擁有干擾性負(fù)荷)應(yīng)盡的義務(wù)，即用戶用電不得危害供電;安全用電;對(duì)各種電能質(zhì)量問題應(yīng)采取有效的措施加以抑制。

電能質(zhì)量指標(biāo)國(guó)內(nèi)外大多取95%概率值作為衡量依據(jù)，并需指明監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些指標(biāo)特點(diǎn)也對(duì)用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。即電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)正常運(yùn)行，而且應(yīng)具備承受短時(shí)超標(biāo)運(yùn)行的能力。

二、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

綜合新頒布的電磁兼容國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分5大類13個(gè)指標(biāo)。

(1)頻率偏差：包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中的兩種;

(2)電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差);快速電壓變化(電壓波動(dòng)和閃變);電壓暫降(是由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時(shí)間(10ms～lmin)內(nèi)下降到90%的額定值以下，然后又恢復(fù)到正常水平，會(huì)使用戶的次品率增大或生產(chǎn)停頓);短時(shí)斷電(又稱電壓中斷，是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶生產(chǎn)停頓，甚至混亂);長(zhǎng)時(shí)斷電;暫時(shí)工頻過電壓;瞬態(tài)過電壓;

(3)電壓不平衡;

(4)電壓波形：諧波電壓;間諧波電壓;(由較大的波動(dòng)或沖擊性非線性負(fù)荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數(shù)倍，但其危害等同于整數(shù)次諧波)。

(5)信號(hào)電壓(在電力傳輸線上的高頻信號(hào)，用于通信和控制)。

三、電能質(zhì)量污染的治理

1、治理的基礎(chǔ)性工作

首先要掌握供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電能質(zhì)量開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以掌握其動(dòng)態(tài);第二是分析診斷其變化，即在詳細(xì)分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用仿真軟件對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的固有諧振特性進(jìn)行計(jì)算與分析，排除虛假的諧波干擾;第三是開展系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和改造，變電站的設(shè)計(jì)和投運(yùn)以及新的電力用戶投運(yùn)之前都要進(jìn)行諧波源負(fù)荷及電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢，線路網(wǎng)絡(luò)改造和建設(shè)也要結(jié)合運(yùn)行負(fù)荷的特點(diǎn)和措施，以降低線損，降低設(shè)備損失事故，最后才是開展濾波裝置或無功補(bǔ)償裝置的研制、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以了解治理后的效果，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2、SVC裝置

近些年來發(fā)展起來的SVC裝置是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償，它可使所需無功功率作隨機(jī)調(diào)整，從而保持在非線性、沖擊性負(fù)荷連接點(diǎn)的系統(tǒng)電壓水平的恒定。

Qi=QD+QL-Qc (2)

式(2)中Qi、QD、QL、Qc分別為：系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的無功功率、負(fù)荷所需的無功功率、可調(diào)(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補(bǔ)償裝置發(fā)出的無功功率，單位均為kvar。

當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生沖擊無功△QD時(shí)，將引起

△Qi=△QD+△QL+△Qc (3)

其中△Qc=0，欲保持△QC不變，即△Qi=0，則△QD=-△QL，即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負(fù)荷無功功率作隨機(jī)調(diào)整，此時(shí)電壓水平能保持恒定不變。

SVC由可控支路和固定(或可變)電容器支路并聯(lián)而成，主要有四種型式：

(1)可控硅閥控制空芯電抗器型(稱TCR型)SVC，它用可控硅閥控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，它具有反應(yīng)時(shí)間快(5～20ms)、運(yùn)行可靠、無級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對(duì)稱負(fù)荷的能力，因而在電弧爐系統(tǒng)中采用最廣泛，但這種裝置采用了先進(jìn)的電子和光導(dǎo)纖維技術(shù)，對(duì)維護(hù)人員要專門培訓(xùn)提高維護(hù)水平。

(2)可控硅閥控制高阻抗變壓器型(TCT型)，優(yōu)點(diǎn)與TCR型差不多，但高阻抗變壓器制造復(fù)雜，諧波分量也略大一些。由于有油，要求一級(jí)防火，只宜布置在一層平面或戶外，容量在30Mvar以上時(shí)價(jià)格較貴，不能得到廣泛采用。

(3)可控硅開關(guān)控制電容器型(TSC)：分相調(diào)節(jié)、直接補(bǔ)償、裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小，但是它是有級(jí)調(diào)節(jié)，綜合價(jià)格比較高。

(4)自飽和電抗器型(SSR型)：維護(hù)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，過載能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，降低閃變效果好，但其噪音大，原材料消耗大，補(bǔ)償不對(duì)稱電爐負(fù)荷自身產(chǎn)生較大諧波電流，無平衡有功負(fù)荷的能力。

3、無源濾波裝置

該裝置由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器等無源元件組成，以對(duì)某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用;由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。

4、有源濾波器

雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波器特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對(duì)某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現(xiàn)象等因素，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器(Active PowerFliter，縮寫為APF)。

APF即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，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。它與無源濾波器相比，有以下特點(diǎn)：

a.不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變，補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較為合理;

b.濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn);

c.具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點(diǎn)。

四、小結(jié)

隨著電力電子與信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的滲透應(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。當(dāng)今威脅信息電力質(zhì)量的主要干擾除了諧波、電壓波動(dòng)外，更多為人們所關(guān)注的將是電壓暫降和短時(shí)斷電、電壓閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題;我們應(yīng)因地制宜，對(duì)癥下藥，在深入調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用FACTS和電力新技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)化地綜合補(bǔ)償，這將是今后解決電能質(zhì)量問題的最根本途徑。