一、電能質(zhì)量指標

電能質(zhì)量的定義：導致用戶(hù)設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個(gè)定義簡(jiǎn)單明晰，概括了電能質(zhì)量問(wèn)題的成因和后果。隨著(zhù)基于計算機系統的控制設備與電子裝置的廣泛應用，電力系統中用電負荷結構發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線(xiàn)性、沖擊性負荷造成對電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會(huì )對電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會(huì )共同關(guān)注的問(wèn)題，有關(guān)電能質(zhì)量的問(wèn)題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，有必要對其相關(guān)指標與改善措施作討論和分析。

電能質(zhì)量指標是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，不同的指標有不同的定義，參考IEC標準、從電磁現象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現象分類(lèi)如下：

(1)低頻傳導現象：諧波、間諧波、電壓波動(dòng)、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時(shí)斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應電壓，交流網(wǎng)絡(luò )中的直流;(2)低頻輻射現象：磁場(chǎng)、電場(chǎng);(3)高頻傳導現象：感應連續波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài);(4)高頻輻射現象：磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)(連續波、瞬態(tài));(5)靜電放電現象。

對于以上電力系統中的電磁現象，穩態(tài)現象可以利用幅值、頻率、頻譜、調制、缺口深度和面積來(lái)描述，非穩態(tài)現象可利用上升率、幅值、相位移、持續時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強度等描述。

保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責任，供電企業(yè)應保證供給用戶(hù)的供電質(zhì)量符合國家標準;同時(shí)也是用戶(hù)(擁有干擾性負荷)應盡的義務(wù)，即用戶(hù)用電不得危害供電;安全用電;對各種電能質(zhì)量問(wèn)題應采取有效的措施加以抑制。

電能質(zhì)量指標國內外大多取95%概率值作為衡量依據，并需指明監測點(diǎn)，這些指標特點(diǎn)也對用電設備性能提出了相應的要求。即電氣設備不僅應能在規定的標準值之內正常運行，而且應具備承受短時(shí)超標運行的能力。

二、電能質(zhì)量標準

綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發(fā)達國家的相關(guān)標準，中低壓電能質(zhì)量標準分5大類(lèi)13個(gè)指標。

(1)頻率偏差：包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中的兩種;

(2)電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差);快速電壓變化(電壓波動(dòng)和閃變);電壓暫降(是由于系統故障或干擾造成用戶(hù)電壓短時(shí)間(10ms～lmin)內下降到90%的額定值以下，然后又恢復到正常水平，會(huì )使用戶(hù)的次品率增大或生產(chǎn)停頓);短時(shí)斷電(又稱(chēng)電壓中斷，是由于系統故障跳閘后造成用戶(hù)電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶(hù)生產(chǎn)停頓，甚至混亂);長(cháng)時(shí)斷電;暫時(shí)工頻過(guò)電壓;瞬態(tài)過(guò)電壓;

(3)電壓不平衡;

(4)電壓波形：諧波電壓;間諧波電壓;(由較大的波動(dòng)或沖擊性非線(xiàn)性負荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數倍，但其危害等同于整數次諧波)。

(5)信號電壓(在電力傳輸線(xiàn)上的高頻信號，用于通信和控制)。

三、電能質(zhì)量污染的治理

1、治理的基礎性工作

首先要掌握供電網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)，對電能質(zhì)量開(kāi)展實(shí)時(shí)監測，以掌握其動(dòng)態(tài);第二是分析診斷其變化，即在詳細分析電能質(zhì)量數據的基礎上，利用仿真軟件對電網(wǎng)結構的固有諧振特性進(jìn)行計算與分析，排除虛假的諧波干擾;第三是開(kāi)展系統的合理設計和改造，變電站的設計和投運以及新的電力用戶(hù)投運之前都要進(jìn)行諧波源負荷及電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢(xún)，線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò )改造和建設也要結合運行負荷的特點(diǎn)和措施，以降低線(xiàn)損，降低設備損失事故，最后才是開(kāi)展濾波裝置或無(wú)功補償裝置的研制、調試和現場(chǎng)測試，以了解治理后的效果，并總結經(jīng)驗。

2、SVC裝置

近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的SVC裝置是一種快速調節無(wú)功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無(wú)功功率作隨機調整，從而保持在非線(xiàn)性、沖擊性負荷連接點(diǎn)的系統電壓水平的恒定。

Qi=QD+QL-Qc (2)

式(2)中Qi、QD、QL、Qc分別為：系統公共連接點(diǎn)的無(wú)功功率、負荷所需的無(wú)功功率、可調(可控)電抗器吸收的無(wú)功功率、電容器補償裝置發(fā)出的無(wú)功功率，單位均為kvar。

當負荷產(chǎn)生沖擊無(wú)功△QD時(shí)，將引起

△Qi=△QD+△QL+△Qc (3)

其中△Qc=0，欲保持△QC不變，即△Qi=0，則△QD=-△QL，即SVC裝置中感性無(wú)功功率隨沖擊負荷無(wú)功功率作隨機調整，此時(shí)電壓水平能保持恒定不變。

SVC由可控支路和固定(或可變)電容器支路并聯(lián)而成，主要有四種型式：

(1)可控硅閥控制空芯電抗器型(稱(chēng)TCR型)SVC，它用可控硅閥控制線(xiàn)性電抗器實(shí)現快速連續的無(wú)功功率調節，它具有反應時(shí)間快(5～20ms)、運行可靠、無(wú)級補償、分相調節，能平衡有功，適用范圍廣，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現分相控制，有較好的抑制不對稱(chēng)負荷的能力，因而在電弧爐系統中采用最廣泛，但這種裝置采用了先進(jìn)的電子和光導纖維技術(shù)，對維護人員要專(zhuān)門(mén)培訓提高維護水平。

(2)可控硅閥控制高阻抗變壓器型(TCT型)，優(yōu)點(diǎn)與TCR型差不多，但高阻抗變壓器制造復雜，諧波分量也略大一些。由于有油，要求一級防火，只宜布置在一層平面或戶(hù)外，容量在30Mvar以上時(shí)價(jià)格較貴，不能得到廣泛采用。

(3)可控硅開(kāi)關(guān)控制電容器型(TSC)：分相調節、直接補償、裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小，但是它是有級調節，綜合價(jià)格比較高。

(4)自飽和電抗器型(SSR型)：維護較簡(jiǎn)單，運行可靠，過(guò)載能力強，響應速度快，降低閃變效果好，但其噪音大，原材料消耗大，補償不對稱(chēng)電爐負荷自身產(chǎn)生較大諧波電流，無(wú)平衡有功負荷的能力。

3、無(wú)源濾波裝置

該裝置由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器等無(wú)源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用;由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿(mǎn)足無(wú)功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。

4、有源濾波器

雖然無(wú)源濾波器具有投資少、效率高、結構簡(jiǎn)單及維護方便等優(yōu)點(diǎn)，在現階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波器特性受系統參數影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會(huì )產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現象等因素，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器(Active PowerFliter，縮寫(xiě)為APF)。

APF即利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實(shí)時(shí)補償諧波電流的目的。它與無(wú)源濾波器相比，有以下特點(diǎn)：

a.不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無(wú)功，有一機多能的特點(diǎn)，在性?xún)r(jià)比上較為合理;

b.濾波特性不受系統阻抗等的影響，可消除與系統阻抗發(fā)生諧振的危險;

c.具有自適應功能，可自動(dòng)跟蹤補償變化著(zhù)的諧波，即具有高度可控性和快速響應性等特點(diǎn)。

四、小結

隨著(zhù)電力電子與信息技術(shù)在社會(huì )各個(gè)領(lǐng)域的滲透應用，一些新型電力負荷對電能質(zhì)量的要求不斷提高，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶(hù)共同關(guān)心的課題。當今威脅信息電力質(zhì)量的主要干擾除了諧波、電壓波動(dòng)外，更多為人們所關(guān)注的將是電壓暫降和短時(shí)斷電、電壓閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題;我們應因地制宜，對癥下藥，在深入調研、現場(chǎng)實(shí)測、試驗研究的基礎上，運用FACTS和電力新技術(shù)對電能質(zhì)量進(jìn)行系統化地綜合補償，這將是今后解決電能質(zhì)量問(wèn)題的最根本途徑。