電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用

梁 峻

(天津泰達(dá)電力公司 天津300457)

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用

梁 峻

(天津泰達(dá)電力公司 天津300457)

簡(jiǎn)述了電力系統(tǒng)電能質(zhì)量技術(shù)應(yīng)用的意義和目的，以及電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于用戶供電系統(tǒng)時(shí)可以解決的問(wèn)題。提出開展電力需求側(cè)管理能給企業(yè)帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，有效的技術(shù)手段是實(shí)施需求側(cè)管理的基礎(chǔ)。

電能質(zhì)量 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 需求側(cè)管理

0 引 言

社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一是能源，節(jié)約能源是我國(guó)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，其中節(jié)約電能尤為重要。電力能源的節(jié)約發(fā)展空間很大，從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀看，無(wú)論是在電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、用電設(shè)備的應(yīng)用、需求側(cè)管理、環(huán)境治理等方面都取得了一定的成果，很多節(jié)能技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

2006年，我公司邀請(qǐng)美國(guó)專家針對(duì)電能質(zhì)量管理和節(jié)能技術(shù)對(duì)廣大用戶進(jìn)行了研討和培訓(xùn)，開展電力需求側(cè)管理能給企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，有效的技術(shù)手段是實(shí)施需求側(cè)管理的基礎(chǔ)，研究掌握好能效技術(shù)、負(fù)荷管理技術(shù)，采用先進(jìn)技術(shù)來(lái)提高終端用電效率和節(jié)約能源，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)管理的目標(biāo)起到保障作用。

電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對(duì)用戶供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對(duì)稱且相差 120,°。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問(wèn)題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。

本文介紹了一種在改善電能質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約電能的系統(tǒng)解決方案。這種解決方案不僅可用于供電系統(tǒng)，同時(shí)更適用于終端用戶。在應(yīng)用該系統(tǒng)提高電能質(zhì)量后，還能延長(zhǎng)設(shè)備和機(jī)械的使用壽命，并縮短設(shè)備停電和檢修時(shí)間。

1 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 簡(jiǎn)介

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)集成，是配備有單片機(jī)的調(diào)節(jié)裝置，每秒能以 4,000～15,000次對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)和諧波等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)包括多級(jí) LRC(電感-電阻-電容)的儲(chǔ)能電路，可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和邏輯原理隨動(dòng)調(diào)節(jié)。可用電壓范圍廣泛，在低壓至高壓等級(jí)的三相電源均可使用，同樣也適用于各種不同頻率的線電壓。

1.2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理和組成

系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，其中包括電感器、電抗器、電容器、電阻器、濾波器、接觸器、開關(guān)、調(diào)節(jié)器(微處理器)等。由于采用專門的設(shè)計(jì)和階梯式邏輯響應(yīng)(ladder logic response)模式，該系統(tǒng)具有獨(dú)特的性質(zhì)。

系統(tǒng)的主要操作是以調(diào)諧儲(chǔ)能電路(tuned tank circuit)-LCR(電感器/電抗器，電容器，電阻器)為基礎(chǔ)的。這些調(diào)諧儲(chǔ)能電路具有很少的阻抗性組件，因此不僅不浪費(fèi)能源，還能起到節(jié)能的作用。

系統(tǒng)的操作原理是基于按階梯式邏輯激發(fā)不同的電路。在系統(tǒng)的每個(gè)階梯中含有 18條電路。系統(tǒng)的容量是根據(jù)三相供電電路的容量來(lái)決定的。系統(tǒng)的多階梯體系擁有三重保護(hù)。每一階梯都有獨(dú)立的監(jiān)控、防護(hù)和激發(fā)，這意味著各個(gè)階梯可獨(dú)立工作，不會(huì)影響其他階梯繼續(xù)發(fā)揮功能。該系統(tǒng)與供電線路并聯(lián)，可以保證不干擾用戶的正常運(yùn)行。

1.3 系統(tǒng)特性

1.3.1 改善與穩(wěn)定電壓

電壓過(guò)低、過(guò)高以及不平衡的情況，會(huì)帶來(lái)以下不良影響：電機(jī)過(guò)熱導(dǎo)致絕緣擊穿，電機(jī)軸承損壞，加速電機(jī)的運(yùn)行波動(dòng)，降低生產(chǎn)質(zhì)量、功率和造成電能損失等等。

如果我們的供電設(shè)施存在上述電壓?jiǎn)栴}，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以提供兩種解決方案：改善電壓和穩(wěn)定電壓?？煞€(wěn)定三相電壓，消除從供電公司供電側(cè)的不利影響和最小化用電設(shè)施帶來(lái)的不利影響。同時(shí)，由于在電壓不平衡狀態(tài)下， 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)功功率(reactive power)和電阻性功率(resistive power)可以使電壓幅值(magnitude)得到改善。這樣最終的結(jié)果是，電壓的穩(wěn)定狀態(tài)和電壓的額定值將與變壓器次級(jí)的額定電壓相一致。這就改善了供電系統(tǒng)的效率，并起到節(jié)能的作用。

1.3.2 穩(wěn)定三相電流

電流不平衡會(huì)帶來(lái)以下不良影響：負(fù)序電壓、產(chǎn)生環(huán)流、增加中(零)在線的電流、電機(jī)過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣擊穿、降低電機(jī)效率、電機(jī)軸承損壞、增加設(shè)備和機(jī)械的維護(hù)成本、浪費(fèi)電能等。

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠根據(jù)X/R比率和Z因子調(diào)節(jié)三相電流平衡。降低整體電流，兩種電流成分——電阻性功率和無(wú)功功率都得到降低。平衡三相電流，由此消除由不平衡電流帶來(lái)的問(wèn)題。

1.3.3 過(guò)濾寬帶諧波

諧波會(huì)帶來(lái)以下不良影響：變壓器過(guò)熱(K系數(shù))、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備過(guò)熱、引起電壓和電流波形畸變、導(dǎo)致電容損毀、導(dǎo)致斷路器和保險(xiǎn)絲觸發(fā)、導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、浪費(fèi)電能、浪費(fèi)變壓器容量、電能分配效率低、增加設(shè)備的維護(hù)成本等。

引起諧波的主要原因是非線性負(fù)載，例如：計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備、機(jī)器人、電子照明鎮(zhèn)流器、變速裝置、頻率轉(zhuǎn)換器、UPS系統(tǒng)、DC驅(qū)動(dòng)、電池充電器等。這些裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來(lái)越普遍，其后果是，產(chǎn)生更多的諧波干擾，更多的電壓或電流的波形變形。

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)不同于有源濾波器。諧波過(guò)濾是由以電感器/電抗器為關(guān)鍵元器件的 LCR電路來(lái)完成的。過(guò)濾后，可產(chǎn)生：低通-非調(diào)諧、高通-非調(diào)諧及調(diào)諧的電路特性。

1.3.4 改善功率因數(shù)

低功率因數(shù)會(huì)帶來(lái)以下不良影響：可能會(huì)產(chǎn)生低功率因數(shù)罰款、增加線損-I2,R、浪費(fèi)電力分配線/變壓器的承載能力、降低系統(tǒng)功效、浪費(fèi)投資和運(yùn)營(yíng)成本。

功率因子是電壓和電流間的相位偏移。功率因子的滯后一般是由電感性負(fù)載，特別是沒有滿載運(yùn)行的電機(jī)所引起的。

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)與功率因數(shù)校正電容器不同，沒有電容器組的種種不良副作用，系統(tǒng)能降低/消除相位偏移，并且不管負(fù)載狀況如何，都可提供具有 94%,～100%,穩(wěn)定功率因數(shù)的工況，并且沒有副作用。

2 系統(tǒng)應(yīng)用的流程

2.1 用戶調(diào)查

用戶調(diào)查是對(duì)用戶的電力設(shè)備負(fù)載和配電情況進(jìn)行初始讀數(shù)檢測(cè)和測(cè)量。根據(jù)調(diào)查所取得的數(shù)據(jù)，確定電力系統(tǒng)的阻抗或系統(tǒng)的X/R比率及功率因數(shù)等。X為系統(tǒng)的電抗，R為系統(tǒng)的阻抗。需要用戶協(xié)助配合提供的數(shù)據(jù)信息如下：

① 測(cè)量時(shí)，須保證用戶系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載等于或大于 70%,額定容量；用電系統(tǒng)應(yīng)接入主供電線路。

② 提供最近 12個(gè)月的電費(fèi)單。通過(guò)計(jì)算機(jī)分析實(shí)際消耗的電力度數(shù)(KWH)、電費(fèi)、KWD、KWD費(fèi)用，以及任何的費(fèi)用折扣。

③ 過(guò)去 12個(gè)月所有運(yùn)行中的意外狀況，如過(guò)負(fù)荷、短路、運(yùn)行方式變化等。

④ 用電系統(tǒng)中已知的任何問(wèn)題，例如：電涌、諧波、失壓、設(shè)備短路、機(jī)械故障等。

⑤ 功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的位置、規(guī)格和規(guī)模等。

⑥ 主變壓器銘牌信息。

⑦ 估算出直流(DC)負(fù)載占正?？傌?fù)載的百分比。

⑧ 電能表計(jì)量的位置。

⑨ 電力系統(tǒng)平面布置圖。

⑩ 各個(gè)測(cè)量點(diǎn)帶有電力負(fù)載的連續(xù)正常運(yùn)行時(shí)間，每周的總小時(shí)數(shù)的“運(yùn)行百分比”。

2.2 解決方案報(bào)告

根據(jù)用戶提供的信息和調(diào)查，通過(guò)軟件分析，匯總后有針對(duì)性地提供相應(yīng)的解決方案。包括：電費(fèi)單明細(xì)分析、目前的供電系統(tǒng)狀況、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)節(jié)電系統(tǒng)提供的信息、審核統(tǒng)計(jì)的方法、用戶用電情況分析、預(yù)期的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和節(jié)電效果、節(jié)約概況和投資回報(bào)表、計(jì)算表格、目前用電和預(yù)期的用電狀況圖及預(yù)期節(jié)電圖表的對(duì)比等技術(shù)數(shù)據(jù)分析。

2.3 調(diào)整分析

在檢查用戶調(diào)查的資料和可能發(fā)生的變化、尋找解決問(wèn)題和節(jié)電的更經(jīng)濟(jì)或更有效的措施或方法，確定電能調(diào)節(jié)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的安裝位置和連接部位，確定斷路器/分離器、線纜、布線導(dǎo)管的尺寸及現(xiàn)有的設(shè)備可用性等，我們將對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整分析。

復(fù)雜的計(jì)算機(jī)分析將確定用戶運(yùn)行的各種大型負(fù)載在轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)下對(duì)不同次級(jí)回路的影響，以及發(fā)生在每個(gè)次級(jí)回路或分支電路之間的握手效應(yīng)。

2.4 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件的實(shí)地安裝

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)節(jié)電系統(tǒng)必須安裝于距配電饋線連接點(diǎn)的直線距離 3.6,m之內(nèi)，按照優(yōu)良工程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，并且符合當(dāng)?shù)睾蛧?guó)家的有關(guān)規(guī)定。調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝應(yīng)與頂棚保留 0.3,m的間隔并列安裝，各設(shè)備之間至少要有 0.03,m 以上的間隙。系統(tǒng)應(yīng)安裝在通風(fēng)區(qū)域并遠(yuǎn)離發(fā)熱物體和表面。安全環(huán)境溫度最高為 50,℃，最低溫度為－20,℃，以確保電容裝置正常運(yùn)行。■

［1］ 程浩忠. 電能質(zhì)量概論[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［2］ 林海雪. 現(xiàn)代電能質(zhì)量的基本問(wèn)題[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2001(10)：5-12.

［3］ 胡銘，陳珩. 電能質(zhì)量及其分析方法綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，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