浅析电能质量监测与治理

温育斌

摘要：随着经济的发展、科技的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷不断增长，复杂、精密且对电能质量敏感的用电设备越来越多。这也加剧了电能质量的恶化。因此加强电能质量管理，提高电能质量，已成为电网建设管理中必须认真探讨的重要课题。

关键词：电能；质量；监测；治理

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0048－02

电能质量问题不仅关系到用电设备运行的可靠性和安全性，还关系到供用电市场的规范化。它的产生可能来源于供电方的输配电系统，也可能来源于用户端的不合理用电，还可能来源于雷电等自然现象。只有对电能质量进行有效的监测，才能对问题的产生和影响有更深刻的认识，进而为电能质量的改善、供用电双方的协调和供用电市场的规范提供真实依据，以采取有效的解决措施。

1电力系统电能质量问题的产生

1.1电力系统元件存在的非线性问题

电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波、变压器产生的谐波和直流输电产生的谐波。其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。

1.2非线性负荷

在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。在居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重的非线性，会引起较为严重的谐波电流，其中三次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时使功率因数降低。

1.3电力系统故障

电力系统运行的各种故障也会造成电能质量问题，例如各种短路故障、自然灾害、人为误操作、电网故障引发发电机和励磁系统工作状态的改变、故障保护装置中电力电子设备的启动等，都可能造成各种电能质量问题。

2电能质量的监测技术

电能质量的监测技术主要表现在：①掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；②分析、诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，对电网结构的固有谐振特性进行计算和分析；③开展系统的合理设计和改造时，在变电站的设计、投运和新的电力用户投运前，都要进行谐波源负荷和电能质量要求等方面的技术咨询；④在线路网络改造和建设中，要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损和设备损失事故。

目前，电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数据进行在线监测，对于固定电能质量监测设备而言，研制时需要综合考虑成本和性能。基于微处理器的智能化电能质量在线监测设备采用嵌入式系统和数字信号处理技术，在设计上具有在线监测、智能化、网络化、实时性好和成本低等特点。

基于双CPU的嵌入式系统将嵌入式DSP处理器与嵌入式微控制器相结合，通过2个CPU扩充系统资源，共同分担系统负荷。以DSP作为高速处理器件有利于保证系统的实时性。这种双CPU的系统结构和DSP的高速处理能力，对于保证系统实现在线监测、智能化、网络化等强大功能而又不牺牲实时性起到了关键作用。它具有在线监测、精度高、升级潜力大、实时性好、体积小和成本低的特点，既适用于现场的测量分析，也适用于长期的在线监测。

3改善电能质量的措施

3.1静止无功补偿装置（SVC）

静止无功补偿装置是一种快速调节无功功率的装置，这种装置利用晶闸管的开通和关断，调节等效电抗和投入的电容数量，从而达到迅速调整无功补偿容量的目的。该装置已成功应用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿中，可以对所需的无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的电压水平恒定。

3.2无功发生器（SVG）

无功发生器（SVG）是一个可以产生超前电流90°或滞后电流90°的逆变器，带有自整流充电能力，多用于系统对称而产生无功的情况，比如换流站等。无功发生器在系统电压下降时，仍能供出额定的无功电流。但无功发生器难于应付系统的不对称，当系统电压不对称时，无功发生器就会产生很大的负序电流。对此，目前采取的方法是，在系统发生不对称时，将无功发生器自动切除。

3.3无源滤波器

无源滤波器是由电感线圈、电容器（电阻）组成，利用电容、电感谐振的原理“吸收”“阻止”谐波，限制进入公用电网的谐波，从而保证电压畸变率处于较低水平。无源滤波器按接线方式可以分为串联滤波、并联滤波和低通滤波三种。串联滤波主要滤除3N次谐波（或称零序性质的谐波）；并联接入的滤波器不仅滤除多次谐波，而且对系统具有无功补偿作用；低通滤波器主要用于高次谐波的治理。

3.4有源滤波器（APF）

APF是一种能动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，实质上是一个大功率的谐波发生器。它是先从补偿对象中检测出谐波电流，利用可控的功率半导体器件，向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，起到大小相等、方向相反和相互抵消的作用，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

APF按其与补偿对象的连接方式，可以分为串联型和并联型两种。并联型APF只适合补偿电流型谐波源负载，而串联型APF适合补偿电压型谐波源负载。电力有源滤波器有很快的响应速度，对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿，跟踪补偿各次谐波，自动产生所需要的无功功率，并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小，是一种很有广泛发展前景的电力谐波抑制和无功补偿手段。当然，由于系统中的谐波成分较多，因此，在工程实际中，不可能将系统中各次谐波电压都补偿掉。现实的做法是，根据系统中含量较大的或者用户负载较为敏感的那些谐波成分来选择谐波电压补偿次数和补偿度。

4 结束语随着电力电子和信息技术在社会各个领域的应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。除谐波、电压波动外，电压暂降、短时断电和电压闪变等动态电能质量问题，也逐渐引起人们的关注。今后，提高电能质量的技术和措施也将日渐增多，要具体情况具体分析，采用科学可行的方法，也可以多措并举，以达到解决电能质量问题的满意效果。参考文献［1］程浩忠，艾芉，张志刚，等.电能质量［M］.第一版.北京：清华大学出版社，2006.［2］周胜军，于坤山，谭志强.电能质量供电电压偏差［M］.第三版.北京：中国标准出版社，2008. 〔编辑：李珏〕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