高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及其应用

摘要：电能质量问题对保证工业生产中精密仪器、机器人的正常工作有重要影响。文章对目前高压配网中存在的电能质量问题进行简要分析，对当前常用的电能质量治理技术进行深入研究，得出在高压配网中，采用电能质量混合补偿技术对电能质量的提高起到重要作用，设计出一种高压配网直挂式电能质量混合补偿装置，并对其在某锻铸厂中的应用进行简单分析。

关键词：高压配网；电能质量；混合补偿

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0069-02

随着科学技术水平的不断提升，电力行业也得到较快发展，在电网控制技术中采用了许多新型器件、新型设备。由于新型器件和设备的应用，使得电网的负载不断增加，并且新型器件和设备的非线性特性给电网的运行带来了许多负面影响，如造成电网功率因数低、电压波形改变、设备频繁出现故障等。本文作者通过研究，发明了一种新型的高压直挂式电能质量混合补偿装置及相关控制技术，为了在高压配网中更好地应用此装置，本文对相关概念和技术进行介绍，并对目前此装置的应用做一个简要分析。

1 相关定义介绍

1.1 电能质量

电能质量是指电力系统中提供的电能的质量。理想的电能是对称的正弦波，衡量电能质量的指标主要是频率、电压和波形。从普遍意义上对电能质量进行理解，就是指优质供电，不仅包括电流和电压的质量，也包括供电和用电质量。

1.2 电能质量问题

理想的电能理应是完美的、对称的正弦波。但由于一些因素使电能的波形与对称的正弦波形产生偏离、电能的电压值和频率发生改变，因此电能质量问题产生了。电能质量问题广泛意义上的定义是导致用电设备不能正

常运行或者是出现故障的电压、电流或频率的偏差。

1.3 无功功率

当前的用电设备基本上是依据电磁感应的原理设计而成的，如电动机、配电变压器等，要想实现能量的转换和传递，必须要建立交变磁场。无功功率就是为了建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率。无功并不是没有用的电功率，只是无功的功率不是转化为了机械能和热能等。所以在供电系统中不仅要有功电源还要有无功电源，两者缺一不可。无功功率的单位是乏（var）。

1.4 功率因数

用电设备在使用时，不仅会消耗有功功率，而且还需要大量的无功功率。功率因数就是反映用电设备在消耗有功功率时，同时需要无功功率，其是供电系统中非常重要的一个技术经济指标。

2 高压配网直挂式电能质量混合补偿技术

针对目前电力电能质量治理技术中存在的问题，尤其是高压配网系统中的电能质量治理技术问题，笔者研究出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器。

2.1 HVSHC结构

图1 高压配网直挂式电能质量混合补偿器主电路图

图1所示，是HVSHC的拓扑结构。Us代表电源电压、Zs代表阻抗、is表示电流。HVSHC主电路图中包括3部分，左边的SVG由n个H桥串联而成，图中iG为SVG发出的电流，La，Lb，Lc分别代表三相连接电抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n个H桥的直流支撑电容。中间是固定补偿支路（FC），由电容、电抗组成。FC兼做LC滤波器，其输出电流为iF。图1最右边的是TCR支路，是由m个晶闸管组成的可控阀体和相控电抗器，连接方式为三角形，iT为其输出电流，其与FC构成SVC。

2.2 装置实现混合补偿的过程

高压配网直挂式电能质量混合补偿器能够实现对电能质量的补偿，主要的过程如下：在图1的主电路图中，点1处作为无功功率的控制对象，对采用三角型接线的TCR支路进行控制，达到对1点处的负序补偿和无功补偿。SVG利用3点处的无功功率对SVC补偿后的不足进行再次补偿。对谐波的补偿则以2点为控制对象，形成开环之路，对电路负载和TCR谐波进行补偿。将2点作为谐波治理对象是因为TCR为谐波源，而且FC还具备LC滤波器功能，可以将某些谐波滤除掉，这样SVG可以对FC构成的K次滤波器以外的其他次谐波进行补偿。在装置运行过程中，对相关部分进行组合控制，使得由廉价的SVC对变化较慢或者处于稳态的无功功率进行补偿，而SVG只对SVC来不及补偿的无功功率进行补偿，而且负序电流完全有SVC进行补偿。SVG不用考虑负序治理，则可以采用星形接线，降低SVG的容量和控制的复杂性。采用这样的装置进行补偿，不仅能较好地完成对高压配网的电能质量进行补偿，而且采用这样的装置，在某一部分出现故障不能正常使用时，其余部分还能继续正常工作。

3 高压配网直挂式电能质量混合补偿装置的应用

为了解决某铸锻厂35kV母线因为负载冲击性强，短路容量小，在电弧群工作时，会导致电力系统的功率因数低、三相严重失衡、谐波含量大和闪变大等电力系统电能质量问题。

因为电弧炉的谐波电流以2～7次为主，2、3、4次含量较多，因为TCR采用的是正负半波不对称触发，也会产生2、3次等低次谐波，所以将FC分为2次和3次两条支路。在2次支路中采用的是C型阻尼滤波支路，3次支路采用的是二阶减幅高通滤波器。（1）在功率因数方面，补偿装置投入前，各相的总功率因数平均值在0.85左右，而且每一相的功率因数波动情况不一致，不过都在0～0.9之间进行波动。HVSHC装置投入运行后，各功率因数有较大的提高，最高值能够达到1，而且波动情况明显好转。（2）在总畸变率方面，HVSHC投入使用，对电能质量进行补偿后，电压的畸变率由原来的3.8%下降至2.1%以下，满足国家相关标准的要求；整体电流的畸变值由原来的10%左右下降到4.0%。总地来说，在HVSHC对电力系统进行电能质量补偿后，电压的电流的畸变情况明显下降，使整个电力系统的电能质量明显提升，达到了国家相关的标准，能够保证工业生产的正常进行。

4 结语

针对目前的高压配网中功率因数低、谐波含量大和负序电流高等电能质量问题，研究目前电能质量问题治理采用的SVG和SVC等技术，提出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并对该装置在某锻铸厂的应用进行分析，得到HVSHC装置能有效实现对无功功率、谐波和负序的综合治理。希望高压配网直挂式电能质量混合补偿技术能得到进一步发展，在国民生产中得到广泛应用，保证电力系统电能质量，提高生产效率，促进国民经济较好较快发展。

参考文献

[1] 张定华.高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及应用研究[D].中南大学，2011.

[2] 卓谷颖.改善配网电压质量的固定串补技术研究[D].浙江大学，2013.

[3] 张定华，桂卫华，王卫安，阳春华.牵引变电所电能质量混合动态治理技术[J].中国电机工程学报，2011，（7）.

[4] 刘晶.电力牵引系统电能质量综合补偿方法的研究

[D].华北电力大学，2013.

作者简介：刘霞（1981-），女，重庆人，国网重庆江津区供电有限责任公司电力工程师，研究方向：电网无功电能质量。endprint

摘要：电能质量问题对保证工业生产中精密仪器、机器人的正常工作有重要影响。文章对目前高压配网中存在的电能质量问题进行简要分析，对当前常用的电能质量治理技术进行深入研究，得出在高压配网中，采用电能质量混合补偿技术对电能质量的提高起到重要作用，设计出一种高压配网直挂式电能质量混合补偿装置，并对其在某锻铸厂中的应用进行简单分析。

关键词：高压配网；电能质量；混合补偿

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0069-02

随着科学技术水平的不断提升，电力行业也得到较快发展，在电网控制技术中采用了许多新型器件、新型设备。由于新型器件和设备的应用，使得电网的负载不断增加，并且新型器件和设备的非线性特性给电网的运行带来了许多负面影响，如造成电网功率因数低、电压波形改变、设备频繁出现故障等。本文作者通过研究，发明了一种新型的高压直挂式电能质量混合补偿装置及相关控制技术，为了在高压配网中更好地应用此装置，本文对相关概念和技术进行介绍，并对目前此装置的应用做一个简要分析。

1 相关定义介绍

1.1 电能质量

电能质量是指电力系统中提供的电能的质量。理想的电能是对称的正弦波，衡量电能质量的指标主要是频率、电压和波形。从普遍意义上对电能质量进行理解，就是指优质供电，不仅包括电流和电压的质量，也包括供电和用电质量。

1.2 电能质量问题

理想的电能理应是完美的、对称的正弦波。但由于一些因素使电能的波形与对称的正弦波形产生偏离、电能的电压值和频率发生改变，因此电能质量问题产生了。电能质量问题广泛意义上的定义是导致用电设备不能正

常运行或者是出现故障的电压、电流或频率的偏差。

1.3 无功功率

当前的用电设备基本上是依据电磁感应的原理设计而成的，如电动机、配电变压器等，要想实现能量的转换和传递，必须要建立交变磁场。无功功率就是为了建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率。无功并不是没有用的电功率，只是无功的功率不是转化为了机械能和热能等。所以在供电系统中不仅要有功电源还要有无功电源，两者缺一不可。无功功率的单位是乏（var）。

1.4 功率因数

用电设备在使用时，不仅会消耗有功功率，而且还需要大量的无功功率。功率因数就是反映用电设备在消耗有功功率时，同时需要无功功率，其是供电系统中非常重要的一个技术经济指标。

2 高压配网直挂式电能质量混合补偿技术

针对目前电力电能质量治理技术中存在的问题，尤其是高压配网系统中的电能质量治理技术问题，笔者研究出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器。

2.1 HVSHC结构

图1 高压配网直挂式电能质量混合补偿器主电路图

图1所示，是HVSHC的拓扑结构。Us代表电源电压、Zs代表阻抗、is表示电流。HVSHC主电路图中包括3部分，左边的SVG由n个H桥串联而成，图中iG为SVG发出的电流，La，Lb，Lc分别代表三相连接电抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n个H桥的直流支撑电容。中间是固定补偿支路（FC），由电容、电抗组成。FC兼做LC滤波器，其输出电流为iF。图1最右边的是TCR支路，是由m个晶闸管组成的可控阀体和相控电抗器，连接方式为三角形，iT为其输出电流，其与FC构成SVC。

2.2 装置实现混合补偿的过程

高压配网直挂式电能质量混合补偿器能够实现对电能质量的补偿，主要的过程如下：在图1的主电路图中，点1处作为无功功率的控制对象，对采用三角型接线的TCR支路进行控制，达到对1点处的负序补偿和无功补偿。SVG利用3点处的无功功率对SVC补偿后的不足进行再次补偿。对谐波的补偿则以2点为控制对象，形成开环之路，对电路负载和TCR谐波进行补偿。将2点作为谐波治理对象是因为TCR为谐波源，而且FC还具备LC滤波器功能，可以将某些谐波滤除掉，这样SVG可以对FC构成的K次滤波器以外的其他次谐波进行补偿。在装置运行过程中，对相关部分进行组合控制，使得由廉价的SVC对变化较慢或者处于稳态的无功功率进行补偿，而SVG只对SVC来不及补偿的无功功率进行补偿，而且负序电流完全有SVC进行补偿。SVG不用考虑负序治理，则可以采用星形接线，降低SVG的容量和控制的复杂性。采用这样的装置进行补偿，不仅能较好地完成对高压配网的电能质量进行补偿，而且采用这样的装置，在某一部分出现故障不能正常使用时，其余部分还能继续正常工作。

3 高压配网直挂式电能质量混合补偿装置的应用

为了解决某铸锻厂35kV母线因为负载冲击性强，短路容量小，在电弧群工作时，会导致电力系统的功率因数低、三相严重失衡、谐波含量大和闪变大等电力系统电能质量问题。

因为电弧炉的谐波电流以2～7次为主，2、3、4次含量较多，因为TCR采用的是正负半波不对称触发，也会产生2、3次等低次谐波，所以将FC分为2次和3次两条支路。在2次支路中采用的是C型阻尼滤波支路，3次支路采用的是二阶减幅高通滤波器。（1）在功率因数方面，补偿装置投入前，各相的总功率因数平均值在0.85左右，而且每一相的功率因数波动情况不一致，不过都在0～0.9之间进行波动。HVSHC装置投入运行后，各功率因数有较大的提高，最高值能够达到1，而且波动情况明显好转。（2）在总畸变率方面，HVSHC投入使用，对电能质量进行补偿后，电压的畸变率由原来的3.8%下降至2.1%以下，满足国家相关标准的要求；整体电流的畸变值由原来的10%左右下降到4.0%。总地来说，在HVSHC对电力系统进行电能质量补偿后，电压的电流的畸变情况明显下降，使整个电力系统的电能质量明显提升，达到了国家相关的标准，能够保证工业生产的正常进行。

4 结语

针对目前的高压配网中功率因数低、谐波含量大和负序电流高等电能质量问题，研究目前电能质量问题治理采用的SVG和SVC等技术，提出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并对该装置在某锻铸厂的应用进行分析，得到HVSHC装置能有效实现对无功功率、谐波和负序的综合治理。希望高压配网直挂式电能质量混合补偿技术能得到进一步发展，在国民生产中得到广泛应用，保证电力系统电能质量，提高生产效率，促进国民经济较好较快发展。

参考文献

[1] 张定华.高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及应用研究[D].中南大学，2011.

[2] 卓谷颖.改善配网电压质量的固定串补技术研究[D].浙江大学，2013.

[3] 张定华，桂卫华，王卫安，阳春华.牵引变电所电能质量混合动态治理技术[J].中国电机工程学报，2011，（7）.

[4] 刘晶.电力牵引系统电能质量综合补偿方法的研究

[D].华北电力大学，2013.

作者简介：刘霞（1981-），女，重庆人，国网重庆江津区供电有限责任公司电力工程师，研究方向：电网无功电能质量。endprint

摘要：电能质量问题对保证工业生产中精密仪器、机器人的正常工作有重要影响。文章对目前高压配网中存在的电能质量问题进行简要分析，对当前常用的电能质量治理技术进行深入研究，得出在高压配网中，采用电能质量混合补偿技术对电能质量的提高起到重要作用，设计出一种高压配网直挂式电能质量混合补偿装置，并对其在某锻铸厂中的应用进行简单分析。

关键词：高压配网；电能质量；混合补偿

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0069-02

随着科学技术水平的不断提升，电力行业也得到较快发展，在电网控制技术中采用了许多新型器件、新型设备。由于新型器件和设备的应用，使得电网的负载不断增加，并且新型器件和设备的非线性特性给电网的运行带来了许多负面影响，如造成电网功率因数低、电压波形改变、设备频繁出现故障等。本文作者通过研究，发明了一种新型的高压直挂式电能质量混合补偿装置及相关控制技术，为了在高压配网中更好地应用此装置，本文对相关概念和技术进行介绍，并对目前此装置的应用做一个简要分析。

1 相关定义介绍

1.1 电能质量

电能质量是指电力系统中提供的电能的质量。理想的电能是对称的正弦波，衡量电能质量的指标主要是频率、电压和波形。从普遍意义上对电能质量进行理解，就是指优质供电，不仅包括电流和电压的质量，也包括供电和用电质量。

1.2 电能质量问题

理想的电能理应是完美的、对称的正弦波。但由于一些因素使电能的波形与对称的正弦波形产生偏离、电能的电压值和频率发生改变，因此电能质量问题产生了。电能质量问题广泛意义上的定义是导致用电设备不能正

常运行或者是出现故障的电压、电流或频率的偏差。

1.3 无功功率

当前的用电设备基本上是依据电磁感应的原理设计而成的，如电动机、配电变压器等，要想实现能量的转换和传递，必须要建立交变磁场。无功功率就是为了建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率。无功并不是没有用的电功率，只是无功的功率不是转化为了机械能和热能等。所以在供电系统中不仅要有功电源还要有无功电源，两者缺一不可。无功功率的单位是乏（var）。

1.4 功率因数

用电设备在使用时，不仅会消耗有功功率，而且还需要大量的无功功率。功率因数就是反映用电设备在消耗有功功率时，同时需要无功功率，其是供电系统中非常重要的一个技术经济指标。

2 高压配网直挂式电能质量混合补偿技术

针对目前电力电能质量治理技术中存在的问题，尤其是高压配网系统中的电能质量治理技术问题，笔者研究出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器。

2.1 HVSHC结构

图1 高压配网直挂式电能质量混合补偿器主电路图

图1所示，是HVSHC的拓扑结构。Us代表电源电压、Zs代表阻抗、is表示电流。HVSHC主电路图中包括3部分，左边的SVG由n个H桥串联而成，图中iG为SVG发出的电流，La，Lb，Lc分别代表三相连接电抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n个H桥的直流支撑电容。中间是固定补偿支路（FC），由电容、电抗组成。FC兼做LC滤波器，其输出电流为iF。图1最右边的是TCR支路，是由m个晶闸管组成的可控阀体和相控电抗器，连接方式为三角形，iT为其输出电流，其与FC构成SVC。

2.2 装置实现混合补偿的过程

高压配网直挂式电能质量混合补偿器能够实现对电能质量的补偿，主要的过程如下：在图1的主电路图中，点1处作为无功功率的控制对象，对采用三角型接线的TCR支路进行控制，达到对1点处的负序补偿和无功补偿。SVG利用3点处的无功功率对SVC补偿后的不足进行再次补偿。对谐波的补偿则以2点为控制对象，形成开环之路，对电路负载和TCR谐波进行补偿。将2点作为谐波治理对象是因为TCR为谐波源，而且FC还具备LC滤波器功能，可以将某些谐波滤除掉，这样SVG可以对FC构成的K次滤波器以外的其他次谐波进行补偿。在装置运行过程中，对相关部分进行组合控制，使得由廉价的SVC对变化较慢或者处于稳态的无功功率进行补偿，而SVG只对SVC来不及补偿的无功功率进行补偿，而且负序电流完全有SVC进行补偿。SVG不用考虑负序治理，则可以采用星形接线，降低SVG的容量和控制的复杂性。采用这样的装置进行补偿，不仅能较好地完成对高压配网的电能质量进行补偿，而且采用这样的装置，在某一部分出现故障不能正常使用时，其余部分还能继续正常工作。

3 高压配网直挂式电能质量混合补偿装置的应用

为了解决某铸锻厂35kV母线因为负载冲击性强，短路容量小，在电弧群工作时，会导致电力系统的功率因数低、三相严重失衡、谐波含量大和闪变大等电力系统电能质量问题。

因为电弧炉的谐波电流以2～7次为主，2、3、4次含量较多，因为TCR采用的是正负半波不对称触发，也会产生2、3次等低次谐波，所以将FC分为2次和3次两条支路。在2次支路中采用的是C型阻尼滤波支路，3次支路采用的是二阶减幅高通滤波器。（1）在功率因数方面，补偿装置投入前，各相的总功率因数平均值在0.85左右，而且每一相的功率因数波动情况不一致，不过都在0～0.9之间进行波动。HVSHC装置投入运行后，各功率因数有较大的提高，最高值能够达到1，而且波动情况明显好转。（2）在总畸变率方面，HVSHC投入使用，对电能质量进行补偿后，电压的畸变率由原来的3.8%下降至2.1%以下，满足国家相关标准的要求；整体电流的畸变值由原来的10%左右下降到4.0%。总地来说，在HVSHC对电力系统进行电能质量补偿后，电压的电流的畸变情况明显下降，使整个电力系统的电能质量明显提升，达到了国家相关的标准，能够保证工业生产的正常进行。

4 结语

针对目前的高压配网中功率因数低、谐波含量大和负序电流高等电能质量问题，研究目前电能质量问题治理采用的SVG和SVC等技术，提出了基于H桥级联型静止无功发生器和基于晶闸管控制电抗器TCR静止无功补偿器及其高压配网直挂式电能质量混合补偿器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并对该装置在某锻铸厂的应用进行分析，得到HVSHC装置能有效实现对无功功率、谐波和负序的综合治理。希望高压配网直挂式电能质量混合补偿技术能得到进一步发展，在国民生产中得到广泛应用，保证电力系统电能质量，提高生产效率，促进国民经济较好较快发展。

参考文献

[1] 张定华.高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及应用研究[D].中南大学，2011.

[2] 卓谷颖.改善配网电压质量的固定串补技术研究[D].浙江大学，2013.

[3] 张定华，桂卫华，王卫安，阳春华.牵引变电所电能质量混合动态治理技术[J].中国电机工程学报，2011，（7）.

[4] 刘晶.电力牵引系统电能质量综合补偿方法的研究

[D].华北电力大学，2013.

作者简介：刘霞（1981-），女，重庆人，国网重庆江津区供电有限责任公司电力工程师，研究方向：电网无功电能质量。endprint