電力電子技術(shù)與工業(yè)企業(yè)電能質(zhì)量的控制

汪克祿　蔣澤永　陳勇

摘要：如今，人們?cè)谏a(chǎn)生活中對(duì)電力產(chǎn)生了極大的依賴性。尤其是工業(yè)企業(yè)，其工業(yè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開電能，供電和用電質(zhì)量會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效益造成直接影響。而電能質(zhì)量會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行和企業(yè)用電造成較大影響。本文對(duì)電能質(zhì)量的內(nèi)涵進(jìn)行了闡述，并論述了如何使用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);工業(yè)企業(yè);電能質(zhì)量

前言：

電力電子技術(shù)的應(yīng)用，使人們對(duì)電能的變換和控制能力得到了提升。雖然提高了電能使用的有效性，但是也帶來(lái)了許多的電能質(zhì)量問(wèn)題?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，計(jì)算機(jī)以及數(shù)字設(shè)備得到了普及應(yīng)用，也使得電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越為人們所關(guān)注，強(qiáng)化電能質(zhì)量控制成為了電力公司以及工商企業(yè)的共同目標(biāo)。

1電能質(zhì)量的內(nèi)涵

電能質(zhì)量可以代表優(yōu)質(zhì)供電。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，可以為電力使用者持續(xù)、平穩(wěn)地進(jìn)行供電，那么其電能質(zhì)量就處于合格狀態(tài)。如果電能質(zhì)量處于不合格狀態(tài)，出現(xiàn)了電能質(zhì)量問(wèn)題;就會(huì)出現(xiàn)電壓和頻率偏差，還會(huì)造成大幅度的電壓波動(dòng)，導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)故障，影響用戶的正常用電。通常，會(huì)以電壓中斷、下跌、波動(dòng)以及頻率偏差等具體數(shù)據(jù)衡量電能質(zhì)量。

2電能質(zhì)量對(duì)工業(yè)企業(yè)的影響

對(duì)于企業(yè)而言，電能質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為電力供應(yīng)連續(xù)性問(wèn)題以及電壓質(zhì)量問(wèn)題。工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化水平越高，對(duì)電能的依賴性就越強(qiáng)，受電能質(zhì)量的影響就越深。據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果每年因?yàn)楣╇姽收隙a(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)800億美元，而其中工業(yè)企業(yè)的占比達(dá)到了25%。可以說(shuō)，如果電能質(zhì)量問(wèn)題得不到控制，會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)和企業(yè)用電出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)對(duì)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成極為嚴(yán)重的影響，還會(huì)讓企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電能質(zhì)量對(duì)工業(yè)企業(yè)的影響可具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。其一是電壓瞬間跌落對(duì)工業(yè)企業(yè)的影響。電壓瞬間跌落，會(huì)導(dǎo)致等效停電次數(shù)大幅上升。當(dāng)然，不同類型的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電壓瞬間低落的承受力也不盡相同。比如，電壓跌落在50毫秒內(nèi)可以完成自動(dòng)修復(fù)，那么就不會(huì)對(duì)電子設(shè)備的使用造成影響。其二是諧波電壓的影響。電力電子技術(shù)的應(yīng)用，加大了諧波產(chǎn)生的幾率并擴(kuò)大了其影響范圍。各類型電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響，可以加劇電壓畸變，對(duì)電力公司的電網(wǎng)運(yùn)行和工業(yè)企業(yè)用電都會(huì)造成非常嚴(yán)重的不良影響^[1]。

3電力電子技術(shù)在工業(yè)企業(yè)電能質(zhì)量控制中的應(yīng)用

為了維護(hù)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須要對(duì)日益加劇的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行控制。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該充分發(fā)揮電力電子元件的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的變換和控制，強(qiáng)化供電和用電安全。

3.1在停電問(wèn)題中的應(yīng)用

電能質(zhì)量問(wèn)題會(huì)引起供電不穩(wěn)從而導(dǎo)致停電。為了應(yīng)對(duì)停電問(wèn)題，可以在配電系統(tǒng)中使用不斷電電源。配電系統(tǒng)不斷電電源的相關(guān)裝置包括高速固態(tài)繼電器以及逆變器;高速固態(tài)繼電器應(yīng)該被串聯(lián)在配電線上進(jìn)行使用，而逆變器則與之并聯(lián)。這一裝置的應(yīng)用可以維持供電平穩(wěn)性，但是并不會(huì)對(duì)電壓跌落做出任何補(bǔ)償。當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，高速固態(tài)繼電器可以立刻切斷配電線路，讓配電系統(tǒng)不斷電電源開始工作;此時(shí)，由不斷電電源向負(fù)荷供電，保障用電的平穩(wěn)性。配電系統(tǒng)不斷電電源裝置的反應(yīng)極為靈敏，從發(fā)現(xiàn)故障到設(shè)備運(yùn)行，其反應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過(guò)3ms。而且，高速固態(tài)繼電器在使用過(guò)程中并不會(huì)產(chǎn)生大量的導(dǎo)通損耗，設(shè)備使用的節(jié)能性和有效性得到了充分的保障。

3.2在瞬間電壓跌落問(wèn)題中的應(yīng)用

電壓的瞬間跌落會(huì)造成電力設(shè)備的故障。為了提高生產(chǎn)效率，工業(yè)企業(yè)所用設(shè)備的自動(dòng)化水平逐步提升，電力供應(yīng)和應(yīng)用對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的影響也在不斷加深。當(dāng)電壓發(fā)生瞬間跌落時(shí)，供電會(huì)隨之不穩(wěn);各設(shè)備失去能源供應(yīng)，必然會(huì)出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分的電能質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生在45%以上的剩余電壓，持續(xù)時(shí)間小于2秒，但發(fā)生問(wèn)題的幾率高達(dá)92%;不過(guò)工業(yè)企業(yè)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間斷電的幾率不大，大部分時(shí)間還是可以保證其供電平穩(wěn)的。

為了解決瞬間電壓跌落的問(wèn)題，可以在配電系統(tǒng)中運(yùn)用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器中包括逆變器，在使用過(guò)程中，應(yīng)該利用變壓器連接逆變器和配電線路。當(dāng)配電線路的電壓出現(xiàn)異常時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器可以將其產(chǎn)生的三相交流電壓注入配電系統(tǒng)之中，借助于變壓器讓注入的電壓符合配電系統(tǒng)需求，填補(bǔ)正常電壓與故障電壓之間的差距，實(shí)現(xiàn)電壓恢復(fù)^[2]。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的應(yīng)用可以幫助工業(yè)企業(yè)恢復(fù)填補(bǔ)電壓壓差，預(yù)防因電壓異常而導(dǎo)致的電力故障。系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性得到了保障，用電質(zhì)量就會(huì)得到有效提升，工業(yè)企業(yè)就不需要支出不必要的電力維修成本，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益自然會(huì)有所提升。

3.3在諧波抑制問(wèn)題中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)的應(yīng)用使得諧波問(wèn)題逐漸嚴(yán)重，為了保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，我們需要對(duì)諧波進(jìn)行抑制。通?？梢赃x擇有源濾波器或無(wú)源濾波器對(duì)諧波進(jìn)行抑制。采用無(wú)源濾波器，則可以借助于該裝置，吸收特定諧波頻率的電流分量，削弱諧波能量，降低其危害性。如果采用單調(diào)諧濾波器，那么需要將電感品質(zhì)因數(shù)控制在10-100之間，才能確保裝置的特性得以充分發(fā)揮。但如果采用雙調(diào)些濾波器，則不需要特別強(qiáng)調(diào)其電感品質(zhì)因數(shù);雖然使用這種裝置成本相對(duì)較低，但是其裝置使用壽命不長(zhǎng)，使用損耗較為嚴(yán)重。值得注意的是，濾波器并不是只吸收特定位置的負(fù)荷諧波，所以很容易發(fā)生過(guò)載問(wèn)題，這需要操作人員加以控制。有源濾波器可以對(duì)瞬時(shí)電流的波形進(jìn)行檢測(cè)，然后從中提取諧波分量;提取后將其變?yōu)檠a(bǔ)償電流來(lái)使用，以降低負(fù)荷諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響。常見的有源濾波器為串聯(lián)類有源濾波器和并聯(lián)類有源濾波器。在實(shí)際使用中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇裝置應(yīng)用方法。有源濾波器和無(wú)源濾波器可以根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需求，進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián);使二者組成一個(gè)混合濾波器，防止在電力系統(tǒng)中解決低次和高次諧波的補(bǔ)償問(wèn)題。

結(jié)論：

綜上所述，電力電子裝置的應(yīng)用，使得電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出。其應(yīng)用中產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)交流電網(wǎng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致電壓跌落等問(wèn)題，影響企業(yè)用電。所以，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的控制。相關(guān)工作人員應(yīng)該利用電力電子技術(shù)，解決電能質(zhì)量控制問(wèn)題，提升電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]盛萬(wàn)興，段青，孟曉麗，等.電力電子化進(jìn)程下的交直流無(wú)縫混合靈活配電系統(tǒng)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37（07）：1877-1889.

[2]劉江輝，張倩.石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的分析與探討[J].石油石化節(jié)能，2015，5（08）：14-15.