電能質(zhì)量治理技術(shù)及其發(fā)展趨勢探析

梁雪梅+于海洋+張亞華

摘要：社會(huì)的不斷進(jìn)步，使人們的生活水平得到了質(zhì)的飛躍，在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電能質(zhì)量問題成為了我國發(fā)展中所關(guān)注的主要問題，目前的電能質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為電能損耗較大。針對(duì)這樣的情況，需要結(jié)合目前電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，來對(duì)電能質(zhì)量治理技術(shù)進(jìn)行研究，并且對(duì)其發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，以此來選取更為優(yōu)越和節(jié)能的電能補(bǔ)償方案，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠程度。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；治理技術(shù)；發(fā)展趨勢

1.引言

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備生產(chǎn)逐漸向著自動(dòng)化和精密化的方向發(fā)展，而智能自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，使其對(duì)電能質(zhì)量有著較高的要求，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，常常會(huì)由于電能質(zhì)量問題而使相應(yīng)的設(shè)備出現(xiàn)故障或者誤動(dòng)，在一定程度會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工作造成影響，比如說風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)會(huì)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，由于電壓暫降出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象影響了風(fēng)電場的長期可靠運(yùn)行。針對(duì)這樣的情況，需要結(jié)合不同類型的電能質(zhì)量問題，對(duì)其治理技術(shù)和發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，作為電能質(zhì)鴦臺(tái)理時(shí)的參考。

2.并聯(lián)型電能質(zhì)量治理技術(shù)

2.1無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

電力系統(tǒng)中各種感性負(fù)載消耗大量的無功功率，而無功功率會(huì)增加線路壓降，占用設(shè)備的容量，增加輸電系統(tǒng)的損耗。因此我國制定了對(duì)各種負(fù)荷功率因數(shù)的要求，如果功率因數(shù)達(dá)不到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)公司將對(duì)用戶處以罰款。因此無功功率補(bǔ)償技術(shù)一直以來受到用戶的重視，無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展可以分為三代。第一代為固定式或利用機(jī)械開關(guān)投切的電容器或電抗器以及同步調(diào)相機(jī)。目前基本上已經(jīng)退出應(yīng)用。為此，人們采用電力電子開關(guān)代替機(jī)械開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器、電抗器的快速投切（TSC、TSR）或電抗器的快速控制（TCR），這就是第二代的無功補(bǔ)償裝置，一般稱為靜止無功補(bǔ)償器（SVC）。為了實(shí)現(xiàn)無功功率的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，人們還發(fā)明了TCR即晶閘管控制的電抗器，通過控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間將電抗器全部或部分投入，從而實(shí)現(xiàn)無功功率的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。SVC裝置可以實(shí)現(xiàn)無功的快速調(diào)節(jié)，整體響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到30ms以內(nèi)，因此是一種動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，SVC補(bǔ)償裝置獲得了大量應(yīng)用，但SVC裝置占地面積大、系統(tǒng)電壓低時(shí)無功功率下降較大、TCR工作時(shí)存在較大的諧波、損耗偏大。

2.2諧波治理技術(shù)

諧波屬于作為常見的電能質(zhì)量問題，在電力系統(tǒng)當(dāng)中，諧波產(chǎn)生的主要原因是非線性負(fù)載，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。而就目前的情況來看，由于在目前的電力系統(tǒng)中大量應(yīng)用電子裝置，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，部分設(shè)備的電動(dòng)機(jī)上安裝了變頻器，通過對(duì)其頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在這樣的應(yīng)用下，諧波問題將會(huì)更加突出。諧波的產(chǎn)生不僅會(huì)降低電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一定程度的電磁干擾問題。針對(duì)這樣的情況，目前所采用的諧波治理技術(shù)主要包括無源濾波器、有源濾波器和混合濾波器，而針對(duì)無源濾波器來說，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，其效果并不明顯，同時(shí)由于其占地面積差較大，對(duì)電網(wǎng)參數(shù)和負(fù)載狀況依賴較大，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，這樣的治理技術(shù)已經(jīng)被逐漸淘汰，而隨著變流技術(shù)的不斷發(fā)展，有源濾波器逐漸被應(yīng)用到諧波的治理當(dāng)中，這樣的裝置能夠?qū)χC波電流進(jìn)行快速補(bǔ)償，但是由于其造價(jià)較高，運(yùn)行損耗較大，針對(duì)這樣的情況，混合濾波器逐漸被人們所提出，混合濾波器是有源濾波器和無源濾波器相互結(jié)合的一種濾波器，其包含了兩種濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)，能夠在對(duì)諧波問題進(jìn)行治理的情況下，減少整體的運(yùn)行成本。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷改造下，諧波負(fù)荷也在不斷的變化，人們對(duì)諧波治理技術(shù)提出了更高的要求，希望濾波器能夠接入更高的電壓等級(jí)，并且減少濾波器的運(yùn)行損耗，這也是濾波器之后的主要發(fā)展方向。

2.3負(fù)序治理技術(shù)

負(fù)荷三相不平衡會(huì)使負(fù)序電流進(jìn)入電力系統(tǒng)，這樣的情況會(huì)使系統(tǒng)三相電壓產(chǎn)生不對(duì)稱，從而引起電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)，增加運(yùn)行損耗，在一定情況下，甚至?xí)闺妱?dòng)機(jī)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，引起相應(yīng)的運(yùn)行故障。針對(duì)這樣的情況，可以在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，尋找出現(xiàn)三相不平衡的地方，然后在不平衡負(fù)荷接入處并聯(lián)三相無功補(bǔ)償裝置，以此來實(shí)現(xiàn)無功電流和負(fù)序電流的完全補(bǔ)償，解決負(fù)荷三相不平衡的問題。但是由于負(fù)序補(bǔ)償需要較大的補(bǔ)償容量，在這樣的情況下，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)補(bǔ)償裝置的容量進(jìn)行降低，這也是目前負(fù)序治理技術(shù)的主要發(fā)展方向。

3.串聯(lián)型電能質(zhì)置治理技術(shù)

對(duì)于由負(fù)荷的非線性或者不平衡引起的電能質(zhì)量問題，一般都可以采用并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)來對(duì)其無功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，以此來達(dá)到治理的效果，但是對(duì)于由于系統(tǒng)電壓收到干擾而產(chǎn)生的問題，尤其是系統(tǒng)電壓暫升或者暫降而出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題，如果采用并聯(lián)型補(bǔ)償技術(shù)來對(duì)其進(jìn)衙臺(tái)理，需要非常大補(bǔ)償容量，從理論上來說是不現(xiàn)實(shí)的，針對(duì)這樣的電能質(zhì)量問題，可以采用串聯(lián)型電能治理技術(shù)，也就是說需要在系統(tǒng)和受影響的負(fù)荷之間串聯(lián)接入電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，以此來對(duì)受影響的電壓進(jìn)行院復(fù)，解決所出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題。

由于目前高危作業(yè)敏感負(fù)荷的增加，電壓暫降問題成為了電力系統(tǒng)運(yùn)行中的主要問題，一般情況下，出現(xiàn)電壓暫降問題的主要原因包括以下幾個(gè)方面：首先是由于雷擊出現(xiàn)的電壓瞬變，電力系統(tǒng)中電器設(shè)備出現(xiàn)故障而引起的電壓暫降，開關(guān)的切換導(dǎo)致短時(shí)間的供電中斷，針對(duì)這樣的情況，最常用的解決方案為固態(tài)切換開關(guān)方案、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器和不停電電源方案。固態(tài)切換開關(guān)方案主要是在電壓出現(xiàn)問題的情況下，通過電子開關(guān)將負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以此來防止重要負(fù)荷的供電中斷，在這樣的過程中，對(duì)電源切換的時(shí)間要求較高，在這樣的情況下，可以采用半導(dǎo)體器件的電子開關(guān)來代替街機(jī)械切換開關(guān)。

對(duì)于電能質(zhì)量控制裝置來說，是目前解決電壓問題的主要電子裝置，這樣的電能質(zhì)量控制裝置屬于一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電能控制器，通過與動(dòng)態(tài)受控的電壓源進(jìn)行串聯(lián)，來對(duì)電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)電壓負(fù)荷的穩(wěn)定。針對(duì)不同的電壓波動(dòng)情況，可以采用不同形式的電能質(zhì)量控制裝置，目前最為常見的電壓問題包括電壓波動(dòng)較為頻繁和電壓暫降不常發(fā)生，針對(duì)這樣兩種情況，可以采用不同結(jié)構(gòu)的串聯(lián)變壓器電能控制裝置。目前對(duì)這種電能質(zhì)量控制裝置的性能要求較為嚴(yán)格，主要表現(xiàn)在切換速度、電壓檢測時(shí)間、待機(jī)損耗情況和補(bǔ)償精度方面，通過對(duì)這些性能的嚴(yán)格要求，能夠有效的穩(wěn)定電壓，降低電能質(zhì)量控制裝置的損耗睛況。

4.結(jié)語

總之，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)與控制技術(shù)的快速發(fā)展，在電力電子裝置中人們可以采用更為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、更加優(yōu)異的調(diào)制算法與控制策略，因此必將能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償性能更為優(yōu)越、運(yùn)行更加節(jié)能、占地面積更小、成本更低的電能質(zhì)量補(bǔ)償方案。電能質(zhì)量問題是目前人們關(guān)注的主要問題，針對(duì)不同情況的電能質(zhì)量問題，需要采用不同的技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行治理，同時(shí)需要注意在對(duì)電能質(zhì)量問題進(jìn)行解決的同時(shí)，采用更加節(jié)能和可靠的電能質(zhì)量補(bǔ)償方案，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制與無功功率補(bǔ)償咖.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012.

[2]陳國柱，呂征字，錢照明.有源電力濾波器的一般原理及應(yīng)用研.中國電機(jī)工程學(xué)，2011，20（9）：17_2I.

[3]顧建軍，徐殿國，劉漢奎。等.有源濾波技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2013，7（2）：126-132.

[4]劉飛，鄒云屏，李輝.C型混合有源電力濾波器陰.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，25（6）：75.80.