探析提高供配电系统电能质量的有效措施

谭先军 潘燕虹

（杭州市电力局，浙江 杭州 310000）

1 引言。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电能的需要与日俱增，与此同时对电能的要求也随之增加。为了满足生产和生活的需要，提高供配电系统的电能质量就显得势在必行。

2 电能质量。通常普遍意义上讲的电能质量是指优质供电。但是从工程实用角度出发的电能质量包括电流质量、电压质量、供电质量和用电质量四个方面。其中，电流质量主要包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后噪声等方面；电压质量主要包括电压偏差、电压频率偏差和电压不平衡等方面；供电质量主要电压质量和供电可靠性等方面；用电质量主要包括电流质量和非技术含义等方面。

随着我国供配电系统规模的不断发展壮大，供配电系统电能质量产生的问题也随之增加，电能质量主要受谐波、非线性负荷和元件等因素的影响。

2.1 谐波。在供配电系统中，谐波主要是由电力变压器产生的。由于收到变压器铁芯饱和磁化曲线非线性的影响，使得磁化电流呈尖顶波形，从而产生谐波。因为电网谐波的污染，使得电网电能质量指标下降，从而进一步对影响供配电系统的安全稳定运行和增加了供配电系统的附加损耗。

抑制谐波的根本做法就是尽量减小以至消除波源产生的谐波分量，从而使注入电网的谐波降到国家标准的规定值以下。我国颁布的国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》中规定电网谐波电压的限值如表1所示。

表1

抑制谐波的根本做法有消除和补偿这两种方法，消除法是通过改变谐波源的工作特征和工作方式，使谐波源少产生甚至不产生谐波。补偿法是通过设置吸收装置来吸收谐波源产生的谐波。装设滤波器、设置有源滤波器和采用新型整流电路是目前抑制谐波的基本措施。其中，装设无源滤波器是目前最实用、最有效和最常用的措施。无源滤波装置主要由电力电容器、电抗器和电阻器联结而成，在实际运行中，不仅可以滤波，而且可以用于无功补偿。

2.2 非线性负荷和元件。在电力系统中，由于大量的非线性设备和负荷的存在，从而导致谐波的产生。例如，家用的洗衣机和电风扇等设备的不平衡电流导致的电网波形改变，这也是谐波的重要来源。工业生产中，典型的非线性负荷有冷轧钢机，电弧设备、矿热炉、硅铁炉和高频炉等均属此类非线性电力设备。

随着电力电子技术的飞速发展，晶闸管在电力工业中获得了广泛的应用，然而这些电子器件也是电力系统中的谐波源。

3 改善电能质量的措施

目前改善电能质量措施的研究涉及面很广。在减小频率和电压偏差方面，电网调度自动化、无功优化和负荷控制是常用的方法；城乡电网改造工程也是提高电能质量的一个重要措施；无源滤波器和静止无功补偿器(SVG)在抑制电网谐波、降低电压波动和闪变方面有着重要的应用；随电力电子元器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT等)的飞速发展，柔性交流输电系统（FACTS）是改善电能质量的一种十分重要的途径。

3.1 静止无功发生器

静止无功发生器(StaticVarGenerator，简称SVG)具有连续调节、调节范围大、响应速度快、控制精度高、运行可靠等优点，是目前性能最好的动态无功补偿装置，它代表了当今无功补偿装置的发展方向。

所谓静止无功发生器(SVG)，是指用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，它与静止无功补偿(SVC)装置相比，具有调节速度更快，运行范围宽等优点，并且在采取多重化、多电平或脉冲宽度调制(PWM)技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量，因此在静止无功发生器进行研究对电能质量的提高具有一定的指导意义。

静止无功发生器的基本原理：就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，来调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。SVG电路结构如图1所示。

其中，表示逆变器的输出电压，表示电网侧的电压。当以时，SVG处于超前运行状态，发出容性的无功功率，此时起到电容器的作用；当时，SVG处于滞后运行状态，吸收感性的无功功率，此时起到电抗器的作用；当时，SVG与电网系统之间不存在无功交换。SVG在正常工作时，就是利用电力电子半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频同相的输出电压，它就像一个交流电压逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，改变SVG交流侧输出电压的幅值及其相对于地的相位，就可以改变电抗上的电压，从而达到控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值的目的，也就控制了SVG吸收无功功率的大小，从而起到了补偿的目的。

3.2 电能质量的监测。随着现代科学技术的发展，通过对电能质量监测技术进行相关研究，从而为建立起表征电能质量的数据库提高理论基础，在供配电系统和用电设备运行失效之前，捕获到早期的故障信息，从而更好的保护供配电设备的安全运行，更好的提高电能质量。

3.3 加强管理。提高电能质量不仅可以获得巨大的经济效益，而且也是衡量电力工业水平的重要标志，对电能质量的管理工作不可忽视，我们此须要做好以下三个方面的工作：制订与国家标准配套的行业标准或规程、电气产品的电能质量管理和建立质量管理体系。建立质量管理体系：我们要把电能质量的监督正式纳入到电力生产轨道，与此同时建立国家、网省和地市三级之间的电能质量管理体系。各级电力调度部门要对电能质量指标的电压和频率偏差进行日常监管。对谐波、电压波动和闪变这几个指标要做到实时监督。根据实际工作的需要，在国家质量监督部门领导下建立国家级电能质量检测中心，与此同时，各网省、地市也要建立相应的电能质量检测站。制订与国家标准配套的行业标准或规程：要建立电能质量管理体系，必须先由电力主管部门制定相应的电能质量监督管理办法，明确各部门的职责，理顺各方面的关系。电气产品的电能质量管理：对大量干扰源电气产品，应制定产生干扰的限值标准，与此同时建立相应的检测中心来进一步完善电能质量保证体系。

结束语。随着我国经济和科学技术的迅猛发展，企业和家庭对供电电能质量提出了更高的要求，电能质量直接关系到国民经济的总体效益和用户的切身利益，对提高供配电系统电能质量进行相关研究不仅具有重要的理论意义，而且还有非常重要的现实意义。

图1 SVG电路结构

[1]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京:中国电力出版社，2004.

[2]王庆祥.电网谐波的产生及其检测方法分析[J].现代电子技术，2009(9).

[3]高昕.局域电网电能质量综合补偿系统的设计与分析[J].工矿自动化，2009,35(12).

[4]院晓涛,姚建刚.电能质量全网监测系统的研制及实施[J].大众用电，2007,(2):27-29.

[5]李令冬,朱明星.供配电系统电能质量限值的计算[J].建筑电气，2009，28(11).