淺談非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響

袁學(xué)偉

【摘 要】電力系統(tǒng)是人們從事生產(chǎn)和生活的主要?jiǎng)恿?yīng)，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展電力電子設(shè)備向著微型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展，其中巨型電力設(shè)備大多為非線性負(fù)荷，這種負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了小至電能計(jì)量出現(xiàn)錯(cuò)誤大至降低設(shè)備運(yùn)行壽命的影響，減小非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是眾學(xué)者關(guān)注的對(duì)象。本文從電網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和非線性負(fù)荷畸變信號(hào)精確提取的方向入手，以期為我國(guó)的電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化探索合理性方案。本文首先針電網(wǎng)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述，得出了評(píng)價(jià)電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，為電能優(yōu)化的目標(biāo)確定提供了基礎(chǔ)，然后針對(duì)非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的原理進(jìn)行分析，并且給出影響因素畸變功率的計(jì)算方法和基于自適應(yīng)陷波器的畸變信號(hào)提取算法，最后運(yùn)用補(bǔ)償器的措施對(duì)非線性負(fù)荷的畸變信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償控制的方法，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化提供了方案，并且對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行了仿真，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出了預(yù)期的電網(wǎng)電能優(yōu)化效果，在最終的討論中提出了文中優(yōu)化方案的缺點(diǎn)，并且為今后的電網(wǎng)電能優(yōu)化探索提供了方向。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)電能質(zhì)量;非線性負(fù)荷;畸變功率;自適應(yīng)陷波器;補(bǔ)償器控制

1.引言

國(guó)民經(jīng)濟(jì)在當(dāng)前環(huán)境下得到了飛速的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)與技術(shù)是難以分割的兩個(gè)環(huán)節(jié)，而在技術(shù)的具體表現(xiàn)中電力電子及自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展占著很大的比重，設(shè)備的精密化和復(fù)雜化對(duì)動(dòng)力的要求逐漸增加，而優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的提供是必要條件，但是設(shè)備作為負(fù)荷的非線性特征影響著電能質(zhì)量，怎樣從優(yōu)質(zhì)電能供應(yīng)和非線性負(fù)荷大量使用的矛盾中尋求合理化方案，成為了人們關(guān)注的內(nèi)容。本文從電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和非線性負(fù)荷的畸變特性出發(fā)，探索了負(fù)荷畸變信號(hào)的采集算法和非線性負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量影響減小的優(yōu)化方案，以期為我國(guó)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化提供理論基礎(chǔ)和努力方向。

針對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量及優(yōu)化的研究許多學(xué)者做出了努力，正是這些學(xué)者的努力為我國(guó)的優(yōu)質(zhì)電能供應(yīng)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)，其中：張?jiān)礈Y（2013）對(duì)電網(wǎng)中多種典型干擾源進(jìn)行分析，給出了適合于進(jìn)行評(píng)估分析的諧波電流含有律值的計(jì)算方法;劉書(shū)銘等（2012）對(duì)中高壓配電網(wǎng)中的十余種典型的電能質(zhì)量干擾源的用電特性進(jìn)行了分析，為電力部門電能管理和電力用戶的電能質(zhì)量治理提供了有效措施;陳金玲等（2011）根據(jù)非線性負(fù)荷的功率特性提出了一種全新的電能計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案，為非線性負(fù)荷的計(jì)量做出了貢獻(xiàn)。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)非線性負(fù)荷的畸變特性及畸變信號(hào)提取進(jìn)行分析，為電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化提供基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了補(bǔ)償器控制的電網(wǎng)電能優(yōu)化方案，為優(yōu)質(zhì)電能供應(yīng)的治理提供了理論依據(jù)和研究方向。

2.電網(wǎng)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)概述及非線性負(fù)荷電能計(jì)算原理

隨著電力系統(tǒng)中電力電子設(shè)備的廣泛使用，使的當(dāng)前電能質(zhì)量出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，影響電能質(zhì)量的表現(xiàn)類別基本分為七類：1）電壓暫斷;2）電壓暫升;3）電壓暫降;4）電壓恒斷;5）波形畸變;6）電壓波動(dòng);7）頻率變化。上述七類電能質(zhì)量問(wèn)題的引起源頭在于電力電子設(shè)備負(fù)荷的非線性特征，為了更加精準(zhǔn)的找出影響電能質(zhì)量的原因，針對(duì)電力電子設(shè)備負(fù)荷的非線性特征研究是必須的，也就說(shuō)要有精確的非線性負(fù)荷電能計(jì)量算法才能有針對(duì)性的提出優(yōu)化電能質(zhì)量的科學(xué)方法，本章首先針對(duì)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述，以期為電能質(zhì)量?jī)?yōu)化提供目標(biāo)，然后針對(duì)傳統(tǒng)的非線性負(fù)荷電能計(jì)量和自適應(yīng)陷波器電能計(jì)量原理進(jìn)行分析，以期為電能計(jì)量的精準(zhǔn)化提供理論依據(jù)。

電能質(zhì)量指的是優(yōu)質(zhì)供電，為了對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，本節(jié)從供電質(zhì)量、用電質(zhì)量、電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量四個(gè)方面進(jìn)行闡述，以期為電能計(jì)量和質(zhì)量?jī)?yōu)化提供改進(jìn)方向。

1）供電質(zhì)量：供電質(zhì)量可以從技術(shù)含義與非技術(shù)含義兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)述，其中技術(shù)含義主要指的是電壓質(zhì)量與供電的可靠性，而非技術(shù)含義指的是供電部門與用電個(gè)體之間的和諧程度。

2）用電質(zhì)量：對(duì)于用電質(zhì)量的評(píng)述也可以從技術(shù)含義方面的電流質(zhì)量和非技術(shù)含義方面的繳費(fèi)信譽(yù)兩個(gè)方面進(jìn)行。

3）電壓質(zhì)量：一般用給定電壓與理想電壓之間的偏差情況反映電壓的質(zhì)量，出現(xiàn)的偏差大則電壓質(zhì)量差，出現(xiàn)的偏差小則電壓質(zhì)量好。

4）電流質(zhì)量：對(duì)于電流質(zhì)量質(zhì)量的評(píng)述，一般從電流諧波、間諧波、次諧波和噪聲等方面進(jìn)行，反映的是電流與理想正弦波形之間的偏差情況，同理給定電流與理想的正弦波形電流之間的偏差程度可以衡量電流質(zhì)量的優(yōu)劣。

因此，電能質(zhì)量的定義可以總結(jié)為“導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差”，定義中的偏差除了包含供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能外，還包括暫態(tài)性能。對(duì)于電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指定的任務(wù)，主要從當(dāng)前的技術(shù)水平出發(fā)，以一定的電能質(zhì)量指標(biāo)偏差的允許值進(jìn)行衡量，這樣就引出了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的合理性評(píng)判，如下所示了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的根本準(zhǔn)則：

1）能夠保證電力系統(tǒng)的安全和連續(xù)供電以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2）能夠保證用電個(gè)體的電氣設(shè)備正常用電。

3）在當(dāng)前的技術(shù)水平下，電能質(zhì)量指標(biāo)偏差值達(dá)標(biāo)。

3.基于補(bǔ)償器的電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化方案

3.1 補(bǔ)償器控制原理分析

補(bǔ)償器是用來(lái)消除電網(wǎng)局部非線性負(fù)荷諧波和不平衡的影響，并且在此基礎(chǔ)上向非線性負(fù)荷提供預(yù)先指定量的有功功率，為電流和電壓的平穩(wěn)化過(guò)程提供補(bǔ)償，因此從補(bǔ)償?shù)钠谕Ч治隹芍?jīng)過(guò)補(bǔ)償器后的電網(wǎng)電流和電壓會(huì)出現(xiàn)平衡的現(xiàn)象，若家用的三相交流電電流在平衡的狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)處的電流加和應(yīng)該為0，同時(shí)電壓的平均值會(huì)出現(xiàn)恒定的狀態(tài)。

3.2 補(bǔ)償器電網(wǎng)電能優(yōu)化效果分析

補(bǔ)償器電能質(zhì)量?jī)?yōu)化算法的仿真環(huán)境為PSCAD/EMTCD，與唐山市曹妃甸區(qū)唐海鎮(zhèn)的電網(wǎng)共同分擔(dān)負(fù)荷時(shí)公共連接點(diǎn)PCC1和PCC2處的系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可知，運(yùn)用補(bǔ)償器對(duì)公共負(fù)荷變化下PCC1和PCC2兩個(gè)公共連結(jié)點(diǎn)處的電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行控制，可以在局部范圍內(nèi)達(dá)到電能質(zhì)量?jī)?yōu)化的效果。

4.討論

非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響的根本原因?yàn)槠溆秒娺^(guò)程中造成的電壓或電流畸變特性，預(yù)想對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化就要從消除畸變特性和維持供電有功功率穩(wěn)定的角度出發(fā)，本文中給出了畸變信號(hào)的提取算法和補(bǔ)償器控制的方案，算法和方案對(duì)電能優(yōu)化有著顯著的效果，但在具體實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，而文中提供的補(bǔ)償器優(yōu)化方案可以作為一種思想指導(dǎo)，為了能夠真正大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能優(yōu)化還需要對(duì)設(shè)備和方案做進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?jiān)礈Y.典型干擾源電能質(zhì)量特性分析與治理措施研究[J].電力電氣.2013.

[2]劉書(shū)銘等.中高壓配電網(wǎng)非線性用戶的電能質(zhì)量特性研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2012.40（15）：150-155.

[3]陳金玲等.自適應(yīng)陷波器在非線性負(fù)荷電能計(jì)量中的應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表.2011.48（541）：10-12.

[4]張曉冰.畸變信號(hào)條件下電網(wǎng)功率潮流分析與電能計(jì)量新方法研究[D].哈爾濱.2007.

[5]劉歡等.改進(jìn)型自適應(yīng)陷波器電力系統(tǒng)頻率估計(jì)方法[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào).2007（9）：24-27.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)河南省電力公司淅川縣供電公司）