电能质量调节系统的应用

梁 峻

(天津泰达电力公司 天津300457)

电能质量调节系统的应用

梁 峻

(天津泰达电力公司 天津300457)

简述了电力系统电能质量技术应用的意义和目的，以及电能质量调节系统应用于用户供电系统时可以解决的问题。提出开展电力需求侧管理能给企业带来直接经济效益和良好的社会效益，有效的技术手段是实施需求侧管理的基础。

电能质量 调节系统 需求侧管理

0 引 言

社会发展和经济建设的重要物质基础之一是能源，节约能源是我国的长期发展战略，其中节约电能尤为重要。电力能源的节约发展空间很大，从目前国际、国内研究现状看，无论是在电力网络规划、用电设备的应用、需求侧管理、环境治理等方面都取得了一定的成果，很多节能技术已经广泛应用。

2006年，我公司邀请美国专家针对电能质量管理和节能技术对广大用户进行了研讨和培训，开展电力需求侧管理能给企业带来直接的经济效益和良好的社会效益，有效的技术手段是实施需求侧管理的基础，研究掌握好能效技术、负荷管理技术，采用先进技术来提高终端用电效率和节约能源，对实现电力需求侧管理的目标起到保障作用。

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差 120,°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态并不存在。因此，产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。

本文介绍了一种在改善电能质量的同时节约电能的系统解决方案。这种解决方案不仅可用于供电系统，同时更适用于终端用户。在应用该系统提高电能质量后，还能延长设备和机械的使用寿命，并缩短设备停电和检修时间。

1 电能质量调节系统简介

1.1 简介

电能质量调节系统是一个系统集成，是配备有单片机的调节装置，每秒能以 4,000～15,000次对电压、电流、功率因数和谐波等参数进行监控。系统包括多级 LRC(电感-电阻-电容)的储能电路，可根据设计参数和逻辑原理随动调节。可用电压范围广泛，在低压至高压等级的三相电源均可使用，同样也适用于各种不同频率的线电压。

1.2 电能质量调节系统的原理和组成

系统由多个部件组成，其中包括电感器、电抗器、电容器、电阻器、滤波器、接触器、开关、调节器(微处理器)等。由于采用专门的设计和阶梯式逻辑响应(ladder logic response)模式，该系统具有独特的性质。

系统的主要操作是以调谐储能电路(tuned tank circuit)-LCR(电感器/电抗器，电容器，电阻器)为基础的。这些调谐储能电路具有很少的阻抗性组件，因此不仅不浪费能源，还能起到节能的作用。

系统的操作原理是基于按阶梯式逻辑激发不同的电路。在系统的每个阶梯中含有 18条电路。系统的容量是根据三相供电电路的容量来决定的。系统的多阶梯体系拥有三重保护。每一阶梯都有独立的监控、防护和激发，这意味着各个阶梯可独立工作，不会影响其他阶梯继续发挥功能。该系统与供电线路并联，可以保证不干扰用户的正常运行。

1.3 系统特性

1.3.1 改善与稳定电压

电压过低、过高以及不平衡的情况，会带来以下不良影响：电机过热导致绝缘击穿，电机轴承损坏，加速电机的运行波动，降低生产质量、功率和造成电能损失等等。

如果我们的供电设施存在上述电压问题，电能质量调节系统可以提供两种解决方案：改善电压和稳定电压。可稳定三相电压，消除从供电公司供电侧的不利影响和最小化用电设施带来的不利影响。同时，由于在电压不平衡状态下， 电能质量调节系统产生的无功功率(reactive power)和电阻性功率(resistive power)可以使电压幅值(magnitude)得到改善。这样最终的结果是，电压的稳定状态和电压的额定值将与变压器次级的额定电压相一致。这就改善了供电系统的效率，并起到节能的作用。

1.3.2 稳定三相电流

电流不平衡会带来以下不良影响：负序电压、产生环流、增加中(零)在线的电流、电机过热，导致绝缘击穿、降低电机效率、电机轴承损坏、增加设备和机械的维护成本、浪费电能等。

电能质量调节系统能够根据X/R比率和Z因子调节三相电流平衡。降低整体电流，两种电流成分——电阻性功率和无功功率都得到降低。平衡三相电流，由此消除由不平衡电流带来的问题。

1.3.3 过滤宽带谐波

谐波会带来以下不良影响：变压器过热(K系数)、转动设备过热、引起电压和电流波形畸变、导致电容损毁、导致断路器和保险丝触发、导致电气设备运行不稳定、浪费电能、浪费变压器容量、电能分配效率低、增加设备的维护成本等。

引起谐波的主要原因是非线性负载，例如：计算机、电子设备、机器人、电子照明镇流器、变速装置、频率转换器、UPS系统、DC驱动、电池充电器等。这些装置在工业领域的应用变得越来越普遍，其后果是，产生更多的谐波干扰，更多的电压或电流的波形变形。

电能质量调节系统不同于有源滤波器。谐波过滤是由以电感器/电抗器为关键元器件的 LCR电路来完成的。过滤后，可产生：低通-非调谐、高通-非调谐及调谐的电路特性。

1.3.4 改善功率因数

低功率因数会带来以下不良影响：可能会产生低功率因数罚款、增加线损-I2,R、浪费电力分配线/变压器的承载能力、降低系统功效、浪费投资和运营成本。

功率因子是电压和电流间的相位偏移。功率因子的滞后一般是由电感性负载，特别是没有满载运行的电机所引起的。

电能质量调节系统与功率因数校正电容器不同，没有电容器组的种种不良副作用，系统能降低/消除相位偏移，并且不管负载状况如何，都可提供具有 94%,～100%,稳定功率因数的工况，并且没有副作用。

2 系统应用的流程

2.1 用户调查

用户调查是对用户的电力设备负载和配电情况进行初始读数检测和测量。根据调查所取得的数据，确定电力系统的阻抗或系统的X/R比率及功率因数等。X为系统的电抗，R为系统的阻抗。需要用户协助配合提供的数据信息如下：

① 测量时，须保证用户系统的运行负载等于或大于 70%,额定容量；用电系统应接入主供电线路。

② 提供最近 12个月的电费单。通过计算机分析实际消耗的电力度数(KWH)、电费、KWD、KWD费用，以及任何的费用折扣。

③ 过去 12个月所有运行中的意外状况，如过负荷、短路、运行方式变化等。

④ 用电系统中已知的任何问题，例如：电涌、谐波、失压、设备短路、机械故障等。

⑤ 功率因数补偿装置的位置、规格和规模等。

⑥ 主变压器铭牌信息。

⑦ 估算出直流(DC)负载占正常总负载的百分比。

⑧ 电能表计量的位置。

⑨ 电力系统平面布置图。

⑩ 各个测量点带有电力负载的连续正常运行时间，每周的总小时数的“运行百分比”。

2.2 解决方案报告

根据用户提供的信息和调查，通过软件分析，汇总后有针对性地提供相应的解决方案。包括：电费单明细分析、目前的供电系统状况、电能质量调节节电系统提供的信息、审核统计的方法、用户用电情况分析、预期的电能质量调节和节电效果、节约概况和投资回报表、计算表格、目前用电和预期的用电状况图及预期节电图表的对比等技术数据分析。

2.3 调整分析

在检查用户调查的资料和可能发生的变化、寻找解决问题和节电的更经济或更有效的措施或方法，确定电能调节系统在现场的安装位置和连接部位，确定断路器/分离器、线缆、布线导管的尺寸及现有的设备可用性等，我们将对方案进行进一步的调整分析。

复杂的计算机分析将确定用户运行的各种大型负载在转换开关状态下对不同次级回路的影响，以及发生在每个次级回路或分支电路之间的握手效应。

2.4 电能质量调节系统硬件的实地安装

电能质量调节节电系统必须安装于距配电馈线连接点的直线距离 3.6,m之内，按照优良工程标准进行安装，并且符合当地和国家的有关规定。调节系统安装应与顶棚保留 0.3,m的间隔并列安装，各设备之间至少要有 0.03,m 以上的间隙。系统应安装在通风区域并远离发热物体和表面。安全环境温度最高为 50,℃，最低温度为－20,℃，以确保电容装置正常运行。■

［1］ 程浩忠. 电能质量概论[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

［2］ 林海雪. 现代电能质量的基本问题[J]. 电网技术，2001(10)：5-12.

［3］ 胡铭，陈珩. 电能质量及其分析方法综述[J]. 电网技术，2000(2)：36-38.

The Application of Power Quality Control System by Tianjin TEDA Electric Power Company

LIANG Jun
(Tianjin TEDA Electric Power Company，Tianjin 300457，China)

This paper briefly describes the meaning and purpose of the application of power quality technology to power system and presents problems the system is able to solve when the new technology has been applied to users’ power supply system．It points out that power Demand Side Management(DSM)can bring enterprises direct economic benefits and sound social effect. Besides，effective technical means constitute the foundation of DSM implementation.

power quality；control system；Demand Side Management(DSM)

TM714

A

1006-8945(2015)09-0091-02

2015-08-07