电能质量控制技术的研究与工程应用

孟维全

摘 要：随着社会和经济的发展，人们对电的需求越来越大，这使得电力系统所承担的符合也逐渐增强，从而很容易产生电压波动、跌落等严重威胁到电能质量使用电网无法稳定正常运行的现象。如果无法对电能质量进行保障就可能导致发生大面积停电事故，甚至对用户的用电器造成损坏，从而产生严重的经济损失。因此当前如何对电能质量进行控制，是满足人们正常用电和社会发展必须要解决地重要问题。本文探讨了影响电能质量的因素，分析了电能质量控制技术，研究了电能质量控制技术在工程中的应用。

关键词：电能质量;质量控制;技术研究;工程应用

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）06-0162-02

1影响电能质量的因素

电能质量又被叫做电源质量和电力质量，现在一般大多认为电能质量指的就是输送给用户的电压的质量。恒定的频率和恒定幅值的正弦波形电压就是一个合格的供电电压的标准[1]。

1.1用户影响因素

在当前电能质量常常出现的问题有：频率偏移、长期和短期电压偏移、电磁暂态、三相不平衡、波形失真、电压波动和闪变等。由用户导致的电能质量问题是电压偏移、三相电压不平衡以及电压波动和闪变和电压波形畸变。电压偏移是因为用户使用的设备功率因数较低所可能产生的现象;三相电压不平衡是因为用户用电导致三相负荷不平衡导致的;电压波动和闪变往往是因为用户用电的负荷发生突然变化导致的;电压波形畸变则是因为用户使用了可以产生电力谐波的设备导致的。在当前最为常见且影响较大的因素就是电力谐波和低功率因数设备。

1.2企业自身技术原因

当前随着改革的不断深入，电力市场的竞争也在逐渐加剧，一些电力企业往往为了短时间的利益争夺更大的市场，常常只重视电力成本的降低而忽视了对电能质量的把控。同时为了满足一些企业的需求采取了开放式的电力管理方式，导致电力系统更加复杂混乱，严重影响了对电能质量进行控制工作的顺利进行。同时一些企业对先进技术的引进只重视过程不重视应用，导致在引进较为先进的技术以后表面供电的自动化水平、稳定性提高了，但在实际运行时缺乏相应的调试和技术人员，很容易出现电能质量下降的问题，且在面对问题时无法有效快速地解决。

2电能质量控制技术

2.1电网电压偏移控制方法

电网电压偏移常常是发电机自身输出无功功率的能力不够引起的，在对电网运行过程中的电压偏移问题进行解决时应该首先对发电机自身的无功功率进行提升，从而满足相应的使用需求。同时在电网实际运行的过程中，高压线路输电到变压器的过程大多面临着功耗损失较大的难题。为了改善因为损耗导致的功率不足问题还通常会使用其他调压手段，如使用无功功率补偿器等。无功功率补偿器采取的补偿措施可以有效地将电网的功率因数进行提升，从而对转化过程中造成的损耗进行弥补，将输电和配电的效率进行提高。分区、分层、分变电所是无功功率补偿器在进行补偿时的运行原则，从而对无功功率的平衡性进行保障。除了要满足正常使用期间的无功功率使用以外，还需要设置相应的无功备用功率，满足突发事件的需要，这部分备用功率通常以并联的形式和电力系统相接，进而在发生突发事件时，及时的投入使用，为无功设备的正常运转提供条件[2]。

2.2电网频率偏移控制方法

电力系统中，频率的偏移往往会导致负荷发生变化，从而对电力系统的稳定运转造成威胁。这种现象一般被称为负荷的频率特性。所以在电网运行的过程中通常要保持频率的稳定，将频率控制在要求的频率范围内，在这样的正常稳定情况下，负荷和频率的关系与线性关系类似。可一旦频率发生变化的话这样的线性关系就会受到影响无法保持，原本依靠系统频率效应所产生的减轻能量不平衡效果就会被破坏，从而导致有功负荷开始波动，这时往往频率和有功负荷的关系往往成正相关，有功负荷随着频率的增大而增大，随着有功频率的减小而减小。通常面对电网频率偏移的控制方法是：对电网频率进行实时的监控，一旦频率发生变化，由发电机组控制系统自动发出根据情况而定的相应的指令并传达到发电机组，对发电机的汽轮机或水轮机的进气水平进行自动调节，进而改变发电机组的出力。整个过程就是发电机组根据电压频率的变化频率来调整自身的输出功率从而保证电网的正常运转。频率越大发电机组的实际输出功率越低，频率越小，发电机组的实际输出功率就越低。同时根据负荷变动情况的不同，其被分为三种分别是随机分量、脉动分量、持续分量。而对不同种类的负荷变动情况采取的调整方式往往也存在一定的不同，随机分量大多使用的是一次调频;而脉动分量使用的是二次调频;持续分量则是三次调频，从而最终达到新的平衡。调频系统本质上是对电力系统进行调整使各个发电机组都可以平稳的运行，保证电压的稳定。通常为了保证可以满足用户的需求发电机组大多会预留一定的輸出功率，来满足实际运行过程中的需要[3]。

2.3电力谐波问题的解决方法

电力谐波问题在近年来也较为常见，通过这些年不断地研究，已经出现了很多针对电力谐波问题的设备，这使得电力谐波问题其已经变得较容易监控和解决。随着社会技术的不断发展越来越多的会产生电力谐波的设备被使用，如电弧炉、电焊机、变频器、不间断电源等。解决谐波问题最完美的解决方法是对相关设备进行不断地研究改进，从而减少谐波的产生，但从厂商的角度看这并不划算，且受限于相关的结构，不仅其成本可能升高，还有可能导致产品的稳定性下降。当前最为常见的针对电力谐波问题的治理方法是使用LC无源电力滤波器来进行治理，但治理的效果较为一般可能会产生系统震荡和谐波放大等问题;而近年来随着有源电力滤波器的发明和使用，电力谐波问题已经可以较为轻松地被解决，且用有源电力滤波器进行谐波处理，不仅仅效果更好还更加节能。

2.4三相电力不平衡问题的解决措施

为了从根本上解决三相电力不平衡，只对电力系统设计进行改善是不够的，还需要对用户接入情况和方案进行分析和改建。在对电力系统的设计进行改善时要避免线路之间产生交叉跨越的情况，且尽可能地使用三相四线的制接线方式，除此以外为了改善电流无功不平衡的现象好需要加设不平衡电流无功补偿装置、电能质量矫正装置等来满足对不平衡现象的控制。而对用户接入情况和方式的改善，则是对用户的使用情况进行调查，从而根据其使用情况进行调整，从而将单相负荷用户平均分配到三相上，从而进一步对不平衡的情况进行改善。

3电能质量控制技术在工程中的应用

3.1在橡胶行业相关工程中的应用

橡胶产业中负载较大的设备有密炼机、挤出机、复合机等设备。在这些设备中密炼机的用电量占到所有设备整体的30%，且密炼机具备功率因数较低、谐波含量高的、负荷电流会发生周期性快速变化的特点，这很容易导致电能质量的不稳定，想要确保橡胶行业工程中的电能质量的合格与稳定，主要地就是对密炼机造成的不良影响进行解决。当前对该问题最常用的方法是无功和谐波综合治理方案，在这个治理方案中主要目的是对无功问题进行治理的同时削弱谐波问题的影响，使用的装置一般为动态消谐无功补偿装置。在对相关动态无功补偿装置进行选择时，要遵循是三个原则：（1）实时性原则，对应的动态消谐无功补偿装置应该可以对密炼机自身的负荷和无功功率的变化实时的追踪，进而进行实时的补偿，保障电能质量;（2）抑制性达标原则，选择的设备应该可以有效地对负荷谐波电流等不良因素对设备的影响进行较强的抑制，进而在减小影响的同时防止共振和谐波放大等其他不良现象的产生;（3）削减性原则，设备除了要对谐波造成影响进行抑制和弥补以外，最根本是对系统中的谐波电流进行滤除，进而直接降低谐波和谐波无功功率的危害性。

3.2在化工行业相关工程中的应用

化工行业中生产的产品种类繁杂，且大多数对电能的质量要求都有较高的要求。而在化工行业的生产中，有些产品的生产需要使用充放电机进行高低压配电工作，而充放电机自身在运行时会产生大量的谐波导致电能的质量无法得到稳定，进而严重影响到生产的效率和质量。当前针对这样的问题通常采取相关设备进行集中补偿的措施，该方式相对就地补偿虽然效果降低了，但是维护的方便性大大提升，成本也较为低廉，更加合适。在进行集中补偿时要根据抑制共振后谐波的电流总量进行设备的选取，一般选择用有源滤波器对谐波进行补偿的同时使用无功补偿电容器对无功功率部分进行补偿。电能质量改善后，不仅可以使设备的稳定性得到提高，还可以提升电力设备的利用率，降低电力损耗[4]。

3.3在半导体封装工程中的应用

半导体封装行业在我国的起步较晚，但近几年逐渐成为了一个新兴的热门行业。半导体封装行业使用的加工设备大多十分精密，这使得其对电能质量的要求也十分的高。当前由于半导体封装行业生产的过程中需要使用会大量产生谐波的变频调速器等非线性设备，电网的电能质量往往会受到其污染，进而发生波动，最终使得电网中的电能质量不仅仅无法为半导体封装工作的顺利进行提供保障，甚至无法满足其他电网用户的使用需求。半导体封装行业作为新兴产业，在对其的电能质量问题进行改善时，应该首先对其配电系统进行检测和分析，根据不同的变压器设置不同谐波治理方案进行推测，最终得到最为合适的解决方案。不同的变压器承担的责任往往不同所需要的治理设备自然也不同，如承担大功率变频设备的变压器电流谐波的含量往往可以高于30%，功率因数可以达到98%，所以通常选择有源电力滤波器进行治理。一般在变压器配电系统中，若系统的系统功率因数高、剩余的无功补偿量小，且存在一定的谐波则大多都采用有源电力滤波器进行治理;而系统功率因数在90%左右的通常使用无源电力滤波器进行治理。除此之外在采取相应的措施后，还要及时的对实际的运行情况进行检测，进而保证相关设备可以切实的发挥作用。

4 结语

综上所述，随着社会的发展和进步，电气設备的安装和使用范围一定会进一步扩大，从而给电能质量的控制带来更大的挑战。同时为了满足未来对电能质量控制的需求，电能质量控制技术也一定会通过如今快速发展的大数据和人工智能技术变得更加智能化，从而实现较大程度上的自动化管理，在未来相关从业者应更加注重这方面的研究，进而提升电能质量控制的稳定和高效。

参考文献

[1] 张逸，林焱，吴丹岳.电能质量监测系统研究现状及发展趋势[J].电力系统保护与控制，2015（2）：138-147.

[2] 彭卉，邹舒，付永生，等.冲击负荷接入电网的电能质量分析与治理方案研究[J].电力系统保护与控制，2014（1）：54-61.

[3] 曾正，邵伟华，赵伟芳，等.多功能并网逆变器与并网微电网电能质量的分摊控制[J].中国电机工程学报，2015（19）：4947-4955.

[4] 宋平岗，林家通，李云丰，等.采用MMC-RPC治理牵引供电系统负序和谐波的PIR控制策略[J].电工技术学报，2017（12）：108-116.