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摘要：供电系统的电能质量问题已成为近年来用户关注的热点问题,电能质量不合格将给社会经济带来损失,文中对电能质量进行了概述，并提出相应的技术措施。
关键词：电能；质量；改善措施
前言
电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性。根据这一定义,现代电能质量除了保证额定电压和额定功率下的正弦波形外,还包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相比平衡、波形畸变、所有电压瞬变现象,如冲击脉冲、电压下跌、瞬间中断及供电连续性等。
1电能质量的概述
电能质量的内涵包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个方面的内容。电压质量是以实际电压与理想电压的偏差,反映供电部门向用户供应的电能是否合格；电流质量是反映与电压质量有紧密关系的电流的变化,是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外,还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因数运行；供电质量包括技术含义(有电压质量和供电可靠性)和非技术含义(是服务质量,它包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价格的透明度等)；用电质量包括电流质量和非技术含义,它反映公用双方相互作用与影响中用电方的责任和义务。
2电能质量问题产生的的危害
电能质量问题对系统和用户带来严重的危害，主要表现在几个方面。
2.1谐波使电网中的元件产生附加的损耗，设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏，降低了发电、输电及用电设备的效率。使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热。
2.2谐波容易引起电网谐振，这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。
2.3波动、闪变与高次谐波都会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失；谐波会使电气测量仪表计量产生误差，给供用双方带来经济损失。
2.4不平衡、过电压、谐波等会对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
2.5电压中断、骤升或骤降会影响许多特殊行业的生产过程，降低生产工效和产品质量，直接造成经济损失，这也是动态电能质量问题日益受到重视的关键所在。
3改善电能质量的技术措施及控制装置
改善电能质量的技术措施按实现的目的来分主要有:谐波抑制、无功补偿和电压调节三种,其发展趋势是朝着综合控制的方向发展。相应的电能质量控制装置也大致可以分为滤波装置、无功补偿装置、电压恢复调整装置和着重解决暂态电能质量问题的综合控制装置等。代表性设备有:APF(有源电力滤波器)、SVG(静止无功发生器)、DVR(动态电压恢复器)、UPQC(统一电能质量调节器)等。
3.1谐波抑制措施及APF
谐波的抑制方法有两大类。一类是对产生谐波的谐波源设备自身进行改造,减小其产生的谐波;另一类是对现有谐波源进行滤波和补偿。无源滤波器因具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段应用广泛,但由于滤波特性受系统参数影响较大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波可能产生放大作用,甚至发生谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波方向逐步转向有源滤波器。
有源电力滤波器的基本原理是:利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波和无功电流幅值相等、相位相反的电流,使得电网总谐波和无功电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的,根据应用场合及结构不同,APF可分为串联型APF、并联型APF和串并联混合型。APF有着无源滤波所不具有的技术优势:它不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,平衡三相电流或电压的功能;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应能力,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。只是因为APF的成本现阶段依然比较高,目前要想在配电网中完全取代无源滤波器还不太现实,它的广泛应用有赖于电子工业的发展及器件性价比的不断提高。
3.2无功补偿技术及SVG
无功功率补偿早期采用同步调相机和并联电容器。同步调相机虽能对变化的无功功率进行动态补偿,但难以维护;而并联电容器,当电网中有谐波时可能发生谐振,从而放大谐波,烧毁电容器。晶闸管的静止无功补偿装置(简称SVC),能进行无功补偿和电压控制,还能增加系统的稳定性、阻尼功率波动以及限制过压等,其缺点是控制电抗电容器切投的晶闸管开关会带来谐波。在SVC基础上出现了静止无功发生器(简称SVG)。SVG一般采用多重化或多电平技术,可大大减少补偿电流中谐波含量;和SVC需要大容量电容器电抗器储能不同,SVG只需直流侧的较小容量电容器来维持电压;SVG既可吸收无功功率也可发出无功功率,但它只能补偿无功功率,功能比较单一。
3.3电压稳定措施及DVR
随着电力电子与信息设备的广泛应用,用户对电压的稳定性要求越来越高,有些敏感负荷对几个周波的电压跌落都不容许,动态电压恢复器(简称DVR)是用来补偿配电系统电压跌落的设备,主要由电压源逆变器、串联变压器、蓄能装置和滤波器等几部分组成。DVR的工作原理是当系统电压发生畸变(主要是电压跌落)时,由蓄能装置提供直流电能,经过逆变器获得所需的电压波形,再通过串联变压器补偿系统电压,保证了在系统电压变化时,从负载侧看供电电压不变。DVR须具有快速响应能力及具备足够的容量以提供电压跌落时负载所需的能量支持,而装置的容量大小直接影响到其价格,因此主要用于对电压波动特别敏感的负荷。
3.4电能质量综合控制及UPQC
电力系统的发展趋于大型化,电力负荷越来越复杂,出现的问题也会越来越多,若针对每种问题都采取特定的措施,安装特定的装置,可能非常不经济、不现实。统一电能质量控制器UPQC是综合提高电能质量的一种新型电力电子装置,是并联型有源滤波器和串联型有源滤波器的结合体。图1是一种UPQC主回路的典型结构。主要包括3部分:串联单元、并联单元、储能单元。其中串联单元具有DVR、UPS(不间断电源)等功能,可以对A处电压进行补偿,使B处敏感负荷端的电压满足要求；并联补偿单元具有STATCOM(静态同步补偿装置)、APF等功能,可以对B处的电流进行补偿;储能单元可以起到SMES(超导储能系统)、BESS(蓄电池储能系统)等功能,为各种补偿提供所需能量。应用中可根据实际情况确定UPQC主回路拓扑结构和控制策略,合理分配各整流桥的容量,降低整体造价,并使UPQC的功能得到充分发挥。另外,UPQC还可与TSC、LC等无功补偿、滤波装置配合使用,从而进一步降低UPQC的容量,提高UPQC的性价比。
UPQC装置能够实现电能质量补偿与控制的多重功能,通过多目标控制主要可以实现电压调节(补偿电压跌落、电压畸变等)；不间断供电；有功、无功动态调节；有源滤波；平衡化补偿；储能等,是有源电力滤波器的发展新趋势。
结束语
随着现代科学技术的发展。造成电能质量问题的因素不断增长，以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备的启停；各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，人们对电能质量及可靠性的要求越来越高。传统解决电能质量问题的措施往往只能消除某个方面的危害，随着电子技术和控制技术的迅速发展，对电能质量也将要求越来越高。
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