[摘要] 文章介紹了電能質(zhì)量的相關(guān)概念和基本分類(lèi),結(jié)合實(shí)際分析電能質(zhì)量的幾種改善方法與措施;無(wú)源濾波器、有源濾波器、靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置,可以有效地解決穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題,討論了解決電能質(zhì)量問(wèn)題的新技術(shù)—D—FACTS技術(shù)中幾種主要電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的功能:動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器、靜止無(wú)功發(fā)生器、有源濾波器、固態(tài)斷路器、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器、超導(dǎo)磁能裝置等,它們是動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題的有效解決方案。文章得出結(jié)論:運(yùn)用電力電子的相關(guān)新技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)地綜合補(bǔ)償,將是電能質(zhì)量問(wèn)題研究與開(kāi)發(fā)的方向和有效解決途徑。

　　[關(guān)鍵詞] 穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量　動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量　D—FACTS

　　0　引言

　　電能質(zhì)量,即供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性,電能質(zhì)量問(wèn)題是眾多單一類(lèi)型電力系統(tǒng)干擾問(wèn)題的總稱(chēng)。一般地,電能質(zhì)量也可描述為導(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,這樣描述簡(jiǎn)單明晰,概括了電能質(zhì)量問(wèn)題的成因和后果。

　　電能質(zhì)量問(wèn)題包括穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量和暫態(tài)電能質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面,直接影響電力系統(tǒng)的供電安全及用電設(shè)備的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量研究都是基于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)而言的,如三相不平衡、高次諧波等。隨著工業(yè)自動(dòng)化和電力系統(tǒng)的深入發(fā)展,一方面,配電網(wǎng)中非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅;另一方面,配電網(wǎng)中如計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)系統(tǒng)干擾更加敏感,對(duì)電能質(zhì)量提出了高可靠性、高可控性的要求,因此,暫態(tài)的與短持續(xù)時(shí)間的電能質(zhì)量問(wèn)題成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

　　1　電能質(zhì)量問(wèn)題及其分類(lèi)

　　1.1　暫態(tài)電能質(zhì)量

　　暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括脈沖型的和振蕩型的暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。脈沖型暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題是指電壓、電流在穩(wěn)態(tài)情況下發(fā)展突然、非工頻且單方向性質(zhì)的變化,例如雷擊電流脈沖暫態(tài)過(guò)程造成的電能質(zhì)量問(wèn)題;振蕩型暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題是指電壓、電流在穩(wěn)態(tài)情況下發(fā)生突然、非工頻且正極性和負(fù)極性方面的變化,容易發(fā)生振蕩型暫態(tài)電能質(zhì)量的場(chǎng)合主要有電容器投入過(guò)程、配電系統(tǒng)的鐵磁諧振和變壓器充電過(guò)程、串聯(lián)電容器(變壓器)涌流等。

　　1.2　短持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量

　　短持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問(wèn)題主要有電壓驟降、電壓驟升和電壓中斷。電壓驟降是指在工頻情況下電壓或電流的有效值降低至0.1~0.9p.u.且持續(xù)時(shí)間在0.5個(gè)周波到1min,易發(fā)生電壓驟降的場(chǎng)合有:系統(tǒng)故障、啟動(dòng)重負(fù)荷或大容量的電動(dòng)機(jī)等。

　　電壓驟升是指在工頻情況下電壓或電流的有效值升高至1.1~1.8p.u.且持續(xù)時(shí)間在0.5個(gè)周波到1min,易發(fā)生電壓驟升的場(chǎng)合有:系統(tǒng)故障(如單相對(duì)地故障情況下的非故障相電壓)、切除大容量負(fù)荷或?qū)Υ笕萘侩娙萜鞒潆姟?/span>

　　電壓中斷是指供電電壓或負(fù)荷電流降低至0.1p.u以下且持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1min。易發(fā)生電壓中斷的場(chǎng)合有:系統(tǒng)故障、設(shè)備故障、控制誤動(dòng)、電壓驟降發(fā)展等。

　　1.3　長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量

　　長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括:高電壓、低電壓和持續(xù)失電。

　　高電壓現(xiàn)象通常由切除大容量的負(fù)荷、投入電容器、電壓控制不合理、變壓器分接頭位置設(shè)置不合理等造成。

　　低電壓現(xiàn)象通常由投入大容量的負(fù)荷、切除電容器、線路過(guò)載等造成。

　　持續(xù)失電與停電的區(qū)別,在于持續(xù)失電是一種特定的現(xiàn)象,用于電能質(zhì)量的監(jiān)視,而停電一般與供電可靠性相聯(lián)系。根據(jù)IEEE1008的定義,停電不與現(xiàn)象相聯(lián)系,它表示電力系統(tǒng)中設(shè)備不能正常發(fā)揮功能的一種狀態(tài)。

　　1.4　三相電壓不平衡

　　三相電壓不平衡是指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度,三相電壓不平衡通常因?yàn)樨?fù)荷不平衡(包括單相或兩相熔絲熔斷)情況產(chǎn)生,當(dāng)單相負(fù)荷較重時(shí),三相不平衡比較嚴(yán)重。

　　1.5　諧波與畸變

　　波形畸變包括直流偏移、諧波、間諧波、波陷和噪聲。

　　直流偏移是指交流電力系統(tǒng)中存在直流電壓、電流的現(xiàn)象,它產(chǎn)生的原因有地磁干擾、半波整流(調(diào)光燈)等,交流系統(tǒng)中直流偏移造成的危害有使變壓器鐵心工作點(diǎn)偏移、接地網(wǎng)和其他連接體電解腐蝕等。

　　諧波是指在以基波方式運(yùn)行的電力系統(tǒng)中存在頻率為基波整數(shù)倍的正弦波方式的電壓或電流,其危害主要有造成諧振、增加損耗,產(chǎn)生振動(dòng)、破壞絕緣、影響測(cè)量和計(jì)量的精度、影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作、干擾通信等。

　　間諧波是指以基波方式運(yùn)行的電力系統(tǒng)中存在的頻率為基波非整數(shù)倍的正弦波方式的電壓或電流,間諧波存在各個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)中,它主要由靜止頻率轉(zhuǎn)換器、回旋轉(zhuǎn)換器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)生。

　　波陷是指由電力電子元件換相過(guò)程中造成的周期性電壓擾動(dòng),其特征是連續(xù)發(fā)生并可以用頻譜來(lái)表示,且各個(gè)分量的頻率非常高,一般情況下無(wú)法用諧波測(cè)試設(shè)備測(cè)量,相對(duì)于諧波一般將它作為特殊情況來(lái)處理。

　　噪聲是指附加在相線、中線和信號(hào)線上,頻帶低于200kHz的非正常電氣信號(hào)稱(chēng)為噪聲。噪聲可以由電力電子元件、控制回路、電弧設(shè)備、帶固態(tài)整流的負(fù)荷等造成,噪聲會(huì)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。噪聲可以通過(guò)濾波器、隔離變壓器和線路電力調(diào)節(jié)器來(lái)消除。

　　1.6 電壓波動(dòng)和閃變

　　電壓波動(dòng)即電壓方均根值一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變,閃變即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感,是由波動(dòng)負(fù)荷,如電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的。急劇的電壓波動(dòng)或閃變,可能引起同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生震蕩,影響產(chǎn)品的質(zhì)量,使電子設(shè)備和測(cè)試儀器無(wú)法準(zhǔn)確工作,電視機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的工作不正常。

　　2 基于D—FACTS技術(shù)的改善方法

　　現(xiàn)階段用來(lái)改善電能質(zhì)量的常見(jiàn)措施主要包括:有載調(diào)壓變壓器,串聯(lián)或并聯(lián)電容器組與無(wú)源濾波器。其中無(wú)源濾波器由電容器、電抗器,有時(shí)還包括電阻器等無(wú)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,無(wú)源濾波器是現(xiàn)有的抑制諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕?/span>

　　手段,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)。廣泛使用的濾波器種類(lèi)有:各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。

　　D-FACTS技術(shù),即配電網(wǎng)中的FACTS技術(shù),將電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等新技術(shù)運(yùn)用于中低壓配用電系統(tǒng),形成了一系列的電能質(zhì)量補(bǔ)償控制設(shè)備,可解決諧波畸變、電壓波動(dòng)和閃變、電壓不對(duì)稱(chēng)、電壓暫降等問(wèn)題,從而提高電能質(zhì)量。該技術(shù)以IGBT、IGCT等器件為基礎(chǔ)的三相電壓源,具有更快的開(kāi)關(guān)頻率,因此具有很快的響應(yīng)特性。

　　2.1 SVC裝置

　　靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)可以抑制由于電爐無(wú)功沖擊引起的電壓波動(dòng)和閃變、高次諧波,可以提高功率因數(shù),還可實(shí)現(xiàn)按各相的無(wú)功功率快速補(bǔ)償調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)三相無(wú)功功率平衡,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。

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