电能质量治理技术及其发展趋势探析

梁雪梅+于海洋+张亚华

摘要：社会的不断进步，使人们的生活水平得到了质的飞跃，在现代工业技术不断发展的今天，电能质量问题成为了我国发展中所关注的主要问题，目前的电能质量问题主要表现为电能损耗较大。针对这样的情况，需要结合目前电网的实际运行情况，来对电能质量治理技术进行研究，并且对其发展趋势进行分析，以此来选取更为优越和节能的电能补偿方案，提高电网运行的可靠程度。

关键词：电能质量；治理技术；发展趋势

1.引言

随着现代生产工艺技术的不断发展，设备生产逐渐向着自动化和精密化的方向发展，而智能自动化设备的应用，使其对电能质量有着较高的要求，在实际的应用过程中，常常会由于电能质量问题而使相应的设备出现故障或者误动，在一定程度会对整个生产工作造成影响，比如说风电场的风机会在实际运行的过程中，由于电压暂降出现跳闸的现象，这样的现象影响了风电场的长期可靠运行。针对这样的情况，需要结合不同类型的电能质量问题，对其治理技术和发展趋势进行研究，作为电能质鸯台理时的参考。

2.并联型电能质量治理技术

2.1无功补偿技术的现状与发展

电力系统中各种感性负载消耗大量的无功功率，而无功功率会增加线路压降，占用设备的容量，增加输电系统的损耗。因此我国制定了对各种负荷功率因数的要求，如果功率因数达不到国家规定的标准，电网公司将对用户处以罚款。因此无功功率补偿技术一直以来受到用户的重视，无功功率补偿技术的发展可以分为三代。第一代为固定式或利用机械开关投切的电容器或电抗器以及同步调相机。目前基本上已经退出应用。为此，人们采用电力电子开关代替机械开关，实现对电容器、电抗器的快速投切（TSC、TSR）或电抗器的快速控制（TCR），这就是第二代的无功补偿装置，一般称为静止无功补偿器（SVC）。为了实现无功功率的连续平滑调节，人们还发明了TCR即晶闸管控制的电抗器，通过控制晶闸管的导通时间将电抗器全部或部分投入，从而实现无功功率的连续平滑调节。SVC装置可以实现无功的快速调节，整体响应时间可以达到30ms以内，因此是一种动态无功补偿装置。经过几十年的发展，SVC补偿装置获得了大量应用，但SVC装置占地面积大、系统电压低时无功功率下降较大、TCR工作时存在较大的谐波、损耗偏大。

2.2谐波治理技术

谐波属于作为常见的电能质量问题，在电力系统当中，谐波产生的主要原因是非线性负载，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。而就目前的情况来看，由于在目前的电力系统中大量应用电子装置，以此来实现节能的效果，部分设备的电动机上安装了变频器，通过对其频率进行调节，以此来实现节能，在这样的应用下，谐波问题将会更加突出。谐波的产生不仅会降低电力系统的功率因数，同时还会产生一定程度的电磁干扰问题。针对这样的情况，目前所采用的谐波治理技术主要包括无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器，而针对无源滤波器来说，在实际的应用过程中，其效果并不明显，同时由于其占地面积差较大，对电网参数和负载状况依赖较大，影响电网供电质量，这样的治理技术已经被逐渐淘汰，而随着变流技术的不断发展，有源滤波器逐渐被应用到谐波的治理当中，这样的装置能够对谐波电流进行快速补偿，但是由于其造价较高，运行损耗较大，针对这样的情况，混合滤波器逐渐被人们所提出，混合滤波器是有源滤波器和无源滤波器相互结合的一种滤波器，其包含了两种滤波器的主要优点，能够在对谐波问题进行治理的情况下，减少整体的运行成本。在电网结构的不断改造下，谐波负荷也在不断的变化，人们对谐波治理技术提出了更高的要求，希望滤波器能够接入更高的电压等级，并且减少滤波器的运行损耗，这也是滤波器之后的主要发展方向。

2.3负序治理技术

负荷三相不平衡会使负序电流进入电力系统，这样的情况会使系统三相电压产生不对称，从而引起电动机的震动，增加运行损耗，在一定情况下，甚至会使电动机出现保护动作，引起相应的运行故障。针对这样的情况，可以在對电力系统进行分析，寻找出现三相不平衡的地方，然后在不平衡负荷接入处并联三相无功补偿装置，以此来实现无功电流和负序电流的完全补偿，解决负荷三相不平衡的问题。但是由于负序补偿需要较大的补偿容量，在这样的情况下，需要根据实际情况对补偿装置的容量进行降低，這也是目前负序治理技术的主要发展方向。

3.串联型电能质置治理技术

对于由负荷的非线性或者不平衡引起的电能质量问题，一般都可以采用并联补偿技术来对其无功负荷进行补偿，以此来达到治理的效果，但是对于由于系统电压收到干扰而产生的问题，尤其是系统电压暂升或者暂降而出现的电能质量问题，如果采用并联型补偿技术来对其进衙台理，需要非常大补偿容量，从理论上来说是不现实的，针对这样的电能质量问题，可以采用串联型电能治理技术，也就是说需要在系统和受影响的负荷之间串联接入电能质量补偿装置，以此来对受影响的电压进行院复，解决所出现的电能质量问题。

由于目前高危作业敏感负荷的增加，电压暂降问题成为了电力系统运行中的主要问题，一般情况下，出现电压暂降问题的主要原因包括以下几个方面：首先是由于雷击出现的电压瞬变，电力系统中电器设备出现故障而引起的电压暂降，开关的切换导致短时间的供电中断，针对这样的情况，最常用的解决方案为固态切换开关方案、动态电压恢复器和不停电电源方案。固态切换开关方案主要是在电压出现问题的情况下，通过电子开关将负荷进行转移，以此来防止重要负荷的供电中断，在这样的过程中，对电源切换的时间要求较高，在这样的情况下，可以采用半导体器件的电子开关来代替街机械切换开关。

对于电能质量控制装置来说，是目前解决电压问题的主要电子装置，这样的电能质量控制装置属于一种串联结构的电能控制器，通过与动态受控的电压源进行串联，来对电压进行有效补偿，实现电压负荷的稳定。针对不同的电压波动情况，可以采用不同形式的电能质量控制装置，目前最为常见的电压问题包括电压波动较为频繁和电压暂降不常发生，针对这样两种情况，可以采用不同结构的串联变压器电能控制装置。目前对这种电能质量控制装置的性能要求较为严格，主要表现在切换速度、电压检测时间、待机损耗情况和补偿精度方面，通过对这些性能的严格要求，能够有效的稳定电压，降低电能质量控制装置的损耗睛况。

4.结语

总之，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术、通讯技术与控制技术的快速发展，在电力电子装置中人们可以采用更为复杂的拓扑结构、更加优异的调制算法与控制策略，因此必将能够实现补偿性能更为优越、运行更加节能、占地面积更小、成本更低的电能质量补偿方案。电能质量问题是目前人们关注的主要问题，针对不同情况的电能质量问题，需要采用不同的技术来对其进行治理，同时需要注意在对电能质量问题进行解决的同时，采用更加节能和可靠的电能质量补偿方案，实现电力运行的经济性和可靠性。

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