电能质量问题与电能质量管理要点研究

刘方园

摘 要：本文基于对电能质量问题与电能质量管理要点的研究，分析了电能质量的具体问题以及影响因素，从而提出了电能质量管理的要点以及具体措施。

关键词：电能质量；质量管理；问题；要点；研究

一、电能质量问题及影响因素

（一）无功功率

无功功率的问题为：

（1）电网电压会由于无功功率的频繁负载而发生一定的波动，从而大大降低供电的质量。

（2）导致电网连接设备的电能容量大大增加。如果增加了无功功率，则会造成视在功率增大以及电流量增大，因此相应的需要增大用电设备。

（3）加大线路损耗以及电力设备损耗。

（二）电网谐波

在使用电能的过程中，谐波一直存在，且由于谐波会造成电动机运行时发生过热或者绝缘现象，因此获得了较大的关注。而在电网运行的过程中，谐波一般包括照明设施、办公电器、变流装置、电弧炉、家用电器、铁磁非线性设备以及整流装置等。而电网中的电流波形以及电压等，会受到非线性设备的影响而产生即便，因此造成了谐波的产生。通常谐波会对电力设备的正常运行产生一定影响，而谐波较大的情况下就会导致电力系统发生故障，甚至还会损坏电力设备。

（三）三相负序电流及不稳定电压

由于某一相或者两相发生异常，或者电网三相负载部队称等，就会导致三相负序电流，其不仅会增加电网的损耗，使得继电保护装置由于启动了负序分量而发生错误动作，同时还会导致电动机绕组过热、干扰通信，甚至还会缩短电动机的运行寿命，降低其可靠性等。而不稳定电压则指的是电压闪变、电压波动、电压跌落等情况。通常情况下，电网的负载投入容量较大，就会导致电压跌落，其在一定程度上会影响到电压负载的敏感性。如果其跌落的幅值超过一定的界限，就会影响到工控计算机程序的正常运行，从而中断工程生产。而工频电压包络线发生的周期性变化或者其他一系列的变化，则称之为电压波动，其可以看做是正弦波载为工频电压的情况下，将低频信号迭加上去的结果。大功率装置如轧钢机、电弧炉等运行过程中，都有可能发生电压波动。电压波动造成的照明异常在人眼中呈现的视觉感受则称之为电压闪变。电焊机、电弧炉以及往复式压缩机等运行过程中，如果出现负载情况，就会发生电压闪变。生产过程对电压稳定性要求较高的，就会受到电压闪变的影响。

二、电能质量管理要点

（一）抑制谐波

在对电网谐波进行抑制的过程中，传统的方法主要有两个，一是补偿和滤波现有的谐波源，二是改造能够产生谐波的电力设备，以便降低其谐波源。目前在抑制电网谐波的过程中，由于无源滤波器可维护性高、运行可靠性高、设备投资较低以及结构相对简单等，获得了广泛的应用。该仪器能够在系统中将并联通路提供给谐波，从而起到滤波的作用，但是无缘滤波器也具有相对明显的缺点。而有源电力滤波器（APF）抑制电网谐波的原理为：将方向与无功电流大小相、原有谐波等相反的补偿电流注入电网中，促使无功电流与电网总谐波为零。以往的有缘滤波器，其补偿电流主要是通过非线性放大器生成，而之后的有缘电力滤波器则主要是通过功率较大的晶体管组成的逆变器PWM来制成，且其一直沿用至今。在有缘电力滤波器中，最基本的方式就是并联型APF，电网与APF并联接入，其等同于一个电流源，且该电流源具有一定的可控性，因此能够将负载造成的电流谐波逐渐消除，同时还能平衡三相电流，并补偿无功功率。在APF中，仅仅直流过少数的基波有功电流以及补偿电流，且APF并联之后需要承受一定量的基波电网电压，因此会增大其容量，从而大大降低其动态性能。通过变压器将APF串联在负载与电网之后，其就可以等同于一个受控制的电压源，并对三相不平衡电压以及电网谐波电压进行补偿。但是串联APF的缺点在于负载电流的流过量相对较大，且还能增加元器件规定的参数，因此均在较大的损耗，这样就会导致保护措施以及切投变得复杂化。

（二）补偿无功功率

早期补偿无功功率主要采用的是并联电容器以及同步调相机。其中，并联电容器在使用的过程中，如果出现电网谐波，则容易出现谐振，并导致谐波被放大，从而将电容器烧毁。而同步调相机尽管能够动态的补偿不断变化的无功功率，但是其维护过程难度较大。SVC为静止无功功率补偿装置，是一种晶閘管，其主要的作用在于控制电压和补偿无功功率，同时还能提升系统的稳定性、限制过电压以及阻尼功率波动等。但是其也存在一定的缺点，即对电抗电容器晶闸管切投开关进行控制时，会产生一定的谐波。在该补偿装置的基础上，产生了SVG（静止无功功率发生器）。通常情况下，静止无功功率发生器使用了多电平技术以及多重化技术，其能够将电流补偿中产生的谐波含量大大降低。且同静止无功功率补偿装置电抗电容器的大容量储能存在的区别在于，静止无功功率发生器只需容量较小的电容器对电压进行维持，且其既能发出无功功率，又能吸收无功功率，但是只能针对无功功率的补偿使用，因此具有相对单一的功能性。

（三）调节电压

DVR即动态电压恢复器，其主要是用于配电系统跌落电压的补偿设备。在电力负载与馈线之间，利用串联变压器产生具有可变幅值的电压，这样就能确保电网电压发生改变时，能够通过负载的一侧对不变的供电电压进行观察。动态电压恢复器具备充足的能量以及快速响应能力，能够对跌落电压时产生的负载，提供一定的能量支持。SSC为静态同步补偿器，其主要是利用变压器将系统的电压源型逆变器PWM并联接入，其既能减少损耗，又能改善电压质量。如果与直流侧储能装置联合使用，还能对有功功率波动进行补偿。

三、总结

综上所述，通过对电能质量问题与电能质量管理要点的研究，可以看出，电能质量主要与电网谐波、无功功率以及三相负序电流以及电压不稳定性存在一定的关系，因此在管理电能质量的过程中，就必须通过以上三个方面入手，这样才能确保电能使用过程中达到较高的质量。

参考文献：

[1] 赵明峰.智能化电能质量监测管理平台研发与建设[D].华北电力大学，2015.

[2] 李明.基于TCP/IP的电能质量监测远程管理系统设计[D].湖南大学，2014.