高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)保證工業(yè)生產(chǎn)中精密儀器、機(jī)器人的正常工作有重要影響。文章對(duì)目前高壓配網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)當(dāng)前常用的電能質(zhì)量治理技術(shù)進(jìn)行深入研究，得出在高壓配網(wǎng)中，采用電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量的提高起到重要作用，設(shè)計(jì)出一種高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置，并對(duì)其在某鍛鑄廠中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：高壓配網(wǎng)；電能質(zhì)量；混合補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）28-0069-02

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，電力行業(yè)也得到較快發(fā)展，在電網(wǎng)控制技術(shù)中采用了許多新型器件、新型設(shè)備。由于新型器件和設(shè)備的應(yīng)用，使得電網(wǎng)的負(fù)載不斷增加，并且新型器件和設(shè)備的非線性特性給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了許多負(fù)面影響，如造成電網(wǎng)功率因數(shù)低、電壓波形改變、設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障等。本文作者通過(guò)研究，發(fā)明了一種新型的高壓直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置及相關(guān)控制技術(shù)，為了在高壓配網(wǎng)中更好地應(yīng)用此裝置，本文對(duì)相關(guān)概念和技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)目前此裝置的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。

1 相關(guān)定義介紹

1.1 電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中提供的電能的質(zhì)量。理想的電能是對(duì)稱(chēng)的正弦波，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)主要是頻率、電壓和波形。從普遍意義上對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行理解，就是指優(yōu)質(zhì)供電，不僅包括電流和電壓的質(zhì)量，也包括供電和用電質(zhì)量。

1.2 電能質(zhì)量問(wèn)題

理想的電能理應(yīng)是完美的、對(duì)稱(chēng)的正弦波。但由于一些因素使電能的波形與對(duì)稱(chēng)的正弦波形產(chǎn)生偏離、電能的電壓值和頻率發(fā)生改變，因此電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生了。電能質(zhì)量問(wèn)題廣泛意義上的定義是導(dǎo)致用電設(shè)備不能正

常運(yùn)行或者是出現(xiàn)故障的電壓、電流或頻率的偏差。

1.3 無(wú)功功率

當(dāng)前的用電設(shè)備基本上是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成的，如電動(dòng)機(jī)、配電變壓器等，要想實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，必須要建立交變磁場(chǎng)。無(wú)功功率就是為了建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率。無(wú)功并不是沒(méi)有用的電功率，只是無(wú)功的功率不是轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能和熱能等。所以在供電系統(tǒng)中不僅要有功電源還要有無(wú)功電源，兩者缺一不可。無(wú)功功率的單位是乏（var）。

1.4 功率因數(shù)

用電設(shè)備在使用時(shí)，不僅會(huì)消耗有功功率，而且還需要大量的無(wú)功功率。功率因數(shù)就是反映用電設(shè)備在消耗有功功率時(shí)，同時(shí)需要無(wú)功功率，其是供電系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)

針對(duì)目前電力電能質(zhì)量治理技術(shù)中存在的問(wèn)題，尤其是高壓配網(wǎng)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量治理技術(shù)問(wèn)題，筆者研究出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器。

2.1 HVSHC結(jié)構(gòu)

圖1 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器主電路圖

圖1所示，是HVSHC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Us代表電源電壓、Zs代表阻抗、is表示電流。HVSHC主電路圖中包括3部分，左邊的SVG由n個(gè)H橋串聯(lián)而成，圖中iG為SVG發(fā)出的電流，La，Lb，Lc分別代表三相連接電抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n個(gè)H橋的直流支撐電容。中間是固定補(bǔ)償支路（FC），由電容、電抗組成。FC兼做LC濾波器，其輸出電流為iF。圖1最右邊的是TCR支路，是由m個(gè)晶閘管組成的可控閥體和相控電抗器，連接方式為三角形，iT為其輸出電流，其與FC構(gòu)成SVC。

2.2 裝置實(shí)現(xiàn)混合補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程

高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的補(bǔ)償，主要的過(guò)程如下：在圖1的主電路圖中，點(diǎn)1處作為無(wú)功功率的控制對(duì)象，對(duì)采用三角型接線的TCR支路進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)1點(diǎn)處的負(fù)序補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償。SVG利用3點(diǎn)處的無(wú)功功率對(duì)SVC補(bǔ)償后的不足進(jìn)行再次補(bǔ)償。對(duì)諧波的補(bǔ)償則以2點(diǎn)為控制對(duì)象，形成開(kāi)環(huán)之路，對(duì)電路負(fù)載和TCR諧波進(jìn)行補(bǔ)償。將2點(diǎn)作為諧波治理對(duì)象是因?yàn)門(mén)CR為諧波源，而且FC還具備LC濾波器功能，可以將某些諧波濾除掉，這樣SVG可以對(duì)FC構(gòu)成的K次濾波器以外的其他次諧波進(jìn)行補(bǔ)償。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行組合控制，使得由廉價(jià)的SVC對(duì)變化較慢或者處于穩(wěn)態(tài)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而SVG只對(duì)SVC來(lái)不及補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且負(fù)序電流完全有SVC進(jìn)行補(bǔ)償。SVG不用考慮負(fù)序治理，則可以采用星形接線，降低SVG的容量和控制的復(fù)雜性。采用這樣的裝置進(jìn)行補(bǔ)償，不僅能較好地完成對(duì)高壓配網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償，而且采用這樣的裝置，在某一部分出現(xiàn)故障不能正常使用時(shí)，其余部分還能繼續(xù)正常工作。

3 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

為了解決某鑄鍛廠35kV母線因?yàn)樨?fù)載沖擊性強(qiáng)，短路容量小，在電弧群工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)低、三相嚴(yán)重失衡、諧波含量大和閃變大等電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題。

因?yàn)殡娀t的諧波電流以2～7次為主，2、3、4次含量較多，因?yàn)門(mén)CR采用的是正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)觸發(fā)，也會(huì)產(chǎn)生2、3次等低次諧波，所以將FC分為2次和3次兩條支路。在2次支路中采用的是C型阻尼濾波支路，3次支路采用的是二階減幅高通濾波器。（1）在功率因數(shù)方面，補(bǔ)償裝置投入前，各相的總功率因數(shù)平均值在0.85左右，而且每一相的功率因數(shù)波動(dòng)情況不一致，不過(guò)都在0～0.9之間進(jìn)行波動(dòng)。HVSHC裝置投入運(yùn)行后，各功率因數(shù)有較大的提高，最高值能夠達(dá)到1，而且波動(dòng)情況明顯好轉(zhuǎn)。（2）在總畸變率方面，HVSHC投入使用，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償后，電壓的畸變率由原來(lái)的3.8%下降至2.1%以下，滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；整體電流的畸變值由原來(lái)的10%左右下降到4.0%?？偟貋?lái)說(shuō)，在HVSHC對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量補(bǔ)償后，電壓的電流的畸變情況明顯下降，使整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量明顯提升，達(dá)到了國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前的高壓配網(wǎng)中功率因數(shù)低、諧波含量大和負(fù)序電流高等電能質(zhì)量問(wèn)題，研究目前電能質(zhì)量問(wèn)題治理采用的SVG和SVC等技術(shù)，提出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并對(duì)該裝置在某鍛鑄廠的應(yīng)用進(jìn)行分析，得到HVSHC裝置能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率、諧波和負(fù)序的綜合治理。希望高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)能得到進(jìn)一步發(fā)展，在國(guó)民生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)較好較快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張定華.高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)及應(yīng)用研究[D].中南大學(xué)，2011.

[2] 卓谷穎.改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的固定串補(bǔ)技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2013.

[3] 張定華，桂衛(wèi)華，王衛(wèi)安，陽(yáng)春華.牽引變電所電能質(zhì)量混合動(dòng)態(tài)治理技術(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，（7）.

[4] 劉晶.電力牽引系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償方法的研究

[D].華北電力大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：劉霞（1981-），女，重慶人，國(guó)網(wǎng)重慶江津區(qū)供電有限責(zé)任公司電力工程師，研究方向：電網(wǎng)無(wú)功電能質(zhì)量。endprint

摘要：電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)保證工業(yè)生產(chǎn)中精密儀器、機(jī)器人的正常工作有重要影響。文章對(duì)目前高壓配網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)當(dāng)前常用的電能質(zhì)量治理技術(shù)進(jìn)行深入研究，得出在高壓配網(wǎng)中，采用電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量的提高起到重要作用，設(shè)計(jì)出一種高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置，并對(duì)其在某鍛鑄廠中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：高壓配網(wǎng)；電能質(zhì)量；混合補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）28-0069-02

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，電力行業(yè)也得到較快發(fā)展，在電網(wǎng)控制技術(shù)中采用了許多新型器件、新型設(shè)備。由于新型器件和設(shè)備的應(yīng)用，使得電網(wǎng)的負(fù)載不斷增加，并且新型器件和設(shè)備的非線性特性給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了許多負(fù)面影響，如造成電網(wǎng)功率因數(shù)低、電壓波形改變、設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障等。本文作者通過(guò)研究，發(fā)明了一種新型的高壓直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置及相關(guān)控制技術(shù)，為了在高壓配網(wǎng)中更好地應(yīng)用此裝置，本文對(duì)相關(guān)概念和技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)目前此裝置的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。

1 相關(guān)定義介紹

1.1 電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中提供的電能的質(zhì)量。理想的電能是對(duì)稱(chēng)的正弦波，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)主要是頻率、電壓和波形。從普遍意義上對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行理解，就是指優(yōu)質(zhì)供電，不僅包括電流和電壓的質(zhì)量，也包括供電和用電質(zhì)量。

1.2 電能質(zhì)量問(wèn)題

理想的電能理應(yīng)是完美的、對(duì)稱(chēng)的正弦波。但由于一些因素使電能的波形與對(duì)稱(chēng)的正弦波形產(chǎn)生偏離、電能的電壓值和頻率發(fā)生改變，因此電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生了。電能質(zhì)量問(wèn)題廣泛意義上的定義是導(dǎo)致用電設(shè)備不能正

常運(yùn)行或者是出現(xiàn)故障的電壓、電流或頻率的偏差。

1.3 無(wú)功功率

當(dāng)前的用電設(shè)備基本上是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成的，如電動(dòng)機(jī)、配電變壓器等，要想實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，必須要建立交變磁場(chǎng)。無(wú)功功率就是為了建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率。無(wú)功并不是沒(méi)有用的電功率，只是無(wú)功的功率不是轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能和熱能等。所以在供電系統(tǒng)中不僅要有功電源還要有無(wú)功電源，兩者缺一不可。無(wú)功功率的單位是乏（var）。

1.4 功率因數(shù)

用電設(shè)備在使用時(shí)，不僅會(huì)消耗有功功率，而且還需要大量的無(wú)功功率。功率因數(shù)就是反映用電設(shè)備在消耗有功功率時(shí)，同時(shí)需要無(wú)功功率，其是供電系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)

針對(duì)目前電力電能質(zhì)量治理技術(shù)中存在的問(wèn)題，尤其是高壓配網(wǎng)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量治理技術(shù)問(wèn)題，筆者研究出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器。

2.1 HVSHC結(jié)構(gòu)

圖1 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器主電路圖

圖1所示，是HVSHC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Us代表電源電壓、Zs代表阻抗、is表示電流。HVSHC主電路圖中包括3部分，左邊的SVG由n個(gè)H橋串聯(lián)而成，圖中iG為SVG發(fā)出的電流，La，Lb，Lc分別代表三相連接電抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n個(gè)H橋的直流支撐電容。中間是固定補(bǔ)償支路（FC），由電容、電抗組成。FC兼做LC濾波器，其輸出電流為iF。圖1最右邊的是TCR支路，是由m個(gè)晶閘管組成的可控閥體和相控電抗器，連接方式為三角形，iT為其輸出電流，其與FC構(gòu)成SVC。

2.2 裝置實(shí)現(xiàn)混合補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程

高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的補(bǔ)償，主要的過(guò)程如下：在圖1的主電路圖中，點(diǎn)1處作為無(wú)功功率的控制對(duì)象，對(duì)采用三角型接線的TCR支路進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)1點(diǎn)處的負(fù)序補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償。SVG利用3點(diǎn)處的無(wú)功功率對(duì)SVC補(bǔ)償后的不足進(jìn)行再次補(bǔ)償。對(duì)諧波的補(bǔ)償則以2點(diǎn)為控制對(duì)象，形成開(kāi)環(huán)之路，對(duì)電路負(fù)載和TCR諧波進(jìn)行補(bǔ)償。將2點(diǎn)作為諧波治理對(duì)象是因?yàn)門(mén)CR為諧波源，而且FC還具備LC濾波器功能，可以將某些諧波濾除掉，這樣SVG可以對(duì)FC構(gòu)成的K次濾波器以外的其他次諧波進(jìn)行補(bǔ)償。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行組合控制，使得由廉價(jià)的SVC對(duì)變化較慢或者處于穩(wěn)態(tài)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而SVG只對(duì)SVC來(lái)不及補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且負(fù)序電流完全有SVC進(jìn)行補(bǔ)償。SVG不用考慮負(fù)序治理，則可以采用星形接線，降低SVG的容量和控制的復(fù)雜性。采用這樣的裝置進(jìn)行補(bǔ)償，不僅能較好地完成對(duì)高壓配網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償，而且采用這樣的裝置，在某一部分出現(xiàn)故障不能正常使用時(shí)，其余部分還能繼續(xù)正常工作。

3 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

為了解決某鑄鍛廠35kV母線因?yàn)樨?fù)載沖擊性強(qiáng)，短路容量小，在電弧群工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)低、三相嚴(yán)重失衡、諧波含量大和閃變大等電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題。

因?yàn)殡娀t的諧波電流以2～7次為主，2、3、4次含量較多，因?yàn)門(mén)CR采用的是正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)觸發(fā)，也會(huì)產(chǎn)生2、3次等低次諧波，所以將FC分為2次和3次兩條支路。在2次支路中采用的是C型阻尼濾波支路，3次支路采用的是二階減幅高通濾波器。（1）在功率因數(shù)方面，補(bǔ)償裝置投入前，各相的總功率因數(shù)平均值在0.85左右，而且每一相的功率因數(shù)波動(dòng)情況不一致，不過(guò)都在0～0.9之間進(jìn)行波動(dòng)。HVSHC裝置投入運(yùn)行后，各功率因數(shù)有較大的提高，最高值能夠達(dá)到1，而且波動(dòng)情況明顯好轉(zhuǎn)。（2）在總畸變率方面，HVSHC投入使用，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償后，電壓的畸變率由原來(lái)的3.8%下降至2.1%以下，滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；整體電流的畸變值由原來(lái)的10%左右下降到4.0%?？偟貋?lái)說(shuō)，在HVSHC對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量補(bǔ)償后，電壓的電流的畸變情況明顯下降，使整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量明顯提升，達(dá)到了國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前的高壓配網(wǎng)中功率因數(shù)低、諧波含量大和負(fù)序電流高等電能質(zhì)量問(wèn)題，研究目前電能質(zhì)量問(wèn)題治理采用的SVG和SVC等技術(shù)，提出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并對(duì)該裝置在某鍛鑄廠的應(yīng)用進(jìn)行分析，得到HVSHC裝置能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率、諧波和負(fù)序的綜合治理。希望高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)能得到進(jìn)一步發(fā)展，在國(guó)民生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)較好較快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張定華.高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)及應(yīng)用研究[D].中南大學(xué)，2011.

[2] 卓谷穎.改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的固定串補(bǔ)技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2013.

[3] 張定華，桂衛(wèi)華，王衛(wèi)安，陽(yáng)春華.牽引變電所電能質(zhì)量混合動(dòng)態(tài)治理技術(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，（7）.

[4] 劉晶.電力牽引系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償方法的研究

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作者簡(jiǎn)介：劉霞（1981-），女，重慶人，國(guó)網(wǎng)重慶江津區(qū)供電有限責(zé)任公司電力工程師，研究方向：電網(wǎng)無(wú)功電能質(zhì)量。endprint

摘要：電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)保證工業(yè)生產(chǎn)中精密儀器、機(jī)器人的正常工作有重要影響。文章對(duì)目前高壓配網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)當(dāng)前常用的電能質(zhì)量治理技術(shù)進(jìn)行深入研究，得出在高壓配網(wǎng)中，采用電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量的提高起到重要作用，設(shè)計(jì)出一種高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置，并對(duì)其在某鍛鑄廠中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：高壓配網(wǎng)；電能質(zhì)量；混合補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）28-0069-02

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，電力行業(yè)也得到較快發(fā)展，在電網(wǎng)控制技術(shù)中采用了許多新型器件、新型設(shè)備。由于新型器件和設(shè)備的應(yīng)用，使得電網(wǎng)的負(fù)載不斷增加，并且新型器件和設(shè)備的非線性特性給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了許多負(fù)面影響，如造成電網(wǎng)功率因數(shù)低、電壓波形改變、設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障等。本文作者通過(guò)研究，發(fā)明了一種新型的高壓直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置及相關(guān)控制技術(shù)，為了在高壓配網(wǎng)中更好地應(yīng)用此裝置，本文對(duì)相關(guān)概念和技術(shù)進(jìn)行介紹，并對(duì)目前此裝置的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。

1 相關(guān)定義介紹

1.1 電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中提供的電能的質(zhì)量。理想的電能是對(duì)稱(chēng)的正弦波，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)主要是頻率、電壓和波形。從普遍意義上對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行理解，就是指優(yōu)質(zhì)供電，不僅包括電流和電壓的質(zhì)量，也包括供電和用電質(zhì)量。

1.2 電能質(zhì)量問(wèn)題

理想的電能理應(yīng)是完美的、對(duì)稱(chēng)的正弦波。但由于一些因素使電能的波形與對(duì)稱(chēng)的正弦波形產(chǎn)生偏離、電能的電壓值和頻率發(fā)生改變，因此電能質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生了。電能質(zhì)量問(wèn)題廣泛意義上的定義是導(dǎo)致用電設(shè)備不能正

常運(yùn)行或者是出現(xiàn)故障的電壓、電流或頻率的偏差。

1.3 無(wú)功功率

當(dāng)前的用電設(shè)備基本上是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成的，如電動(dòng)機(jī)、配電變壓器等，要想實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，必須要建立交變磁場(chǎng)。無(wú)功功率就是為了建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率。無(wú)功并不是沒(méi)有用的電功率，只是無(wú)功的功率不是轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能和熱能等。所以在供電系統(tǒng)中不僅要有功電源還要有無(wú)功電源，兩者缺一不可。無(wú)功功率的單位是乏（var）。

1.4 功率因數(shù)

用電設(shè)備在使用時(shí)，不僅會(huì)消耗有功功率，而且還需要大量的無(wú)功功率。功率因數(shù)就是反映用電設(shè)備在消耗有功功率時(shí)，同時(shí)需要無(wú)功功率，其是供電系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)

針對(duì)目前電力電能質(zhì)量治理技術(shù)中存在的問(wèn)題，尤其是高壓配網(wǎng)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量治理技術(shù)問(wèn)題，筆者研究出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器。

2.1 HVSHC結(jié)構(gòu)

圖1 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器主電路圖

圖1所示，是HVSHC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Us代表電源電壓、Zs代表阻抗、is表示電流。HVSHC主電路圖中包括3部分，左邊的SVG由n個(gè)H橋串聯(lián)而成，圖中iG為SVG發(fā)出的電流，La，Lb，Lc分別代表三相連接電抗。Ca1、Ca2、…、Can，Cb1、Cb2、…、Cbn和Cc1、Cc2、…、Ccn是各相n個(gè)H橋的直流支撐電容。中間是固定補(bǔ)償支路（FC），由電容、電抗組成。FC兼做LC濾波器，其輸出電流為iF。圖1最右邊的是TCR支路，是由m個(gè)晶閘管組成的可控閥體和相控電抗器，連接方式為三角形，iT為其輸出電流，其與FC構(gòu)成SVC。

2.2 裝置實(shí)現(xiàn)混合補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程

高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的補(bǔ)償，主要的過(guò)程如下：在圖1的主電路圖中，點(diǎn)1處作為無(wú)功功率的控制對(duì)象，對(duì)采用三角型接線的TCR支路進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)1點(diǎn)處的負(fù)序補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償。SVG利用3點(diǎn)處的無(wú)功功率對(duì)SVC補(bǔ)償后的不足進(jìn)行再次補(bǔ)償。對(duì)諧波的補(bǔ)償則以2點(diǎn)為控制對(duì)象，形成開(kāi)環(huán)之路，對(duì)電路負(fù)載和TCR諧波進(jìn)行補(bǔ)償。將2點(diǎn)作為諧波治理對(duì)象是因?yàn)門(mén)CR為諧波源，而且FC還具備LC濾波器功能，可以將某些諧波濾除掉，這樣SVG可以對(duì)FC構(gòu)成的K次濾波器以外的其他次諧波進(jìn)行補(bǔ)償。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行組合控制，使得由廉價(jià)的SVC對(duì)變化較慢或者處于穩(wěn)態(tài)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而SVG只對(duì)SVC來(lái)不及補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且負(fù)序電流完全有SVC進(jìn)行補(bǔ)償。SVG不用考慮負(fù)序治理，則可以采用星形接線，降低SVG的容量和控制的復(fù)雜性。采用這樣的裝置進(jìn)行補(bǔ)償，不僅能較好地完成對(duì)高壓配網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償，而且采用這樣的裝置，在某一部分出現(xiàn)故障不能正常使用時(shí)，其余部分還能繼續(xù)正常工作。

3 高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

為了解決某鑄鍛廠35kV母線因?yàn)樨?fù)載沖擊性強(qiáng)，短路容量小，在電弧群工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)低、三相嚴(yán)重失衡、諧波含量大和閃變大等電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題。

因?yàn)殡娀t的諧波電流以2～7次為主，2、3、4次含量較多，因?yàn)門(mén)CR采用的是正負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)觸發(fā)，也會(huì)產(chǎn)生2、3次等低次諧波，所以將FC分為2次和3次兩條支路。在2次支路中采用的是C型阻尼濾波支路，3次支路采用的是二階減幅高通濾波器。（1）在功率因數(shù)方面，補(bǔ)償裝置投入前，各相的總功率因數(shù)平均值在0.85左右，而且每一相的功率因數(shù)波動(dòng)情況不一致，不過(guò)都在0～0.9之間進(jìn)行波動(dòng)。HVSHC裝置投入運(yùn)行后，各功率因數(shù)有較大的提高，最高值能夠達(dá)到1，而且波動(dòng)情況明顯好轉(zhuǎn)。（2）在總畸變率方面，HVSHC投入使用，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償后，電壓的畸變率由原來(lái)的3.8%下降至2.1%以下，滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；整體電流的畸變值由原來(lái)的10%左右下降到4.0%?？偟貋?lái)說(shuō)，在HVSHC對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量補(bǔ)償后，電壓的電流的畸變情況明顯下降，使整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量明顯提升，達(dá)到了國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前的高壓配網(wǎng)中功率因數(shù)低、諧波含量大和負(fù)序電流高等電能質(zhì)量問(wèn)題，研究目前電能質(zhì)量問(wèn)題治理采用的SVG和SVC等技術(shù)，提出了基于H橋級(jí)聯(lián)型靜止無(wú)功發(fā)生器和基于晶閘管控制電抗器TCR靜止無(wú)功補(bǔ)償器及其高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償器（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。并對(duì)該裝置在某鍛鑄廠的應(yīng)用進(jìn)行分析，得到HVSHC裝置能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率、諧波和負(fù)序的綜合治理。希望高壓配網(wǎng)直掛式電能質(zhì)量混合補(bǔ)償技術(shù)能得到進(jìn)一步發(fā)展，在國(guó)民生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)較好較快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉霞（1981-），女，重慶人，國(guó)網(wǎng)重慶江津區(qū)供電有限責(zé)任公司電力工程師，研究方向：電網(wǎng)無(wú)功電能質(zhì)量。endprint