电能质量及主要问题分析

电能质量及主要问题分析

我们通常会关注电能的电压、电流和波形，但那只是我们用户单方面所关注的问题。然而，电能质量从字面上理解就是电力系统中的电能质量，在电能生产出来时应该是完美对称的正弦波，而在输送和使用过程中某些因素都会是波形畸变或者幅值变化，从而影响使用效率。近年来人们越来越关注的电能质量问题，分析了电能质量日益关注问题的产生及原因。随着电力电子技术的发展，它所带来的各种电能质量问题如不断上升的谐波水平，还有使用的波动性、冲击性负载产生三相不平衡、电压闪变与波动等电能质量问题。解决这些是摆在中国电力科技工作者面前的一项重要工作。

标签：电能质量；正弦波；谐波污染

1 电能质量

1.1 电能质量的基本概述

电能质量（Power Quality），通常指的是提供优质供电。我们对于电网提供的电，就会关注其电能质量，主要是电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。每个人对其都会从不同角度观看，从而对于电能质量问题的理解也就不同。站在供电角度上，电能质量主要指供电可靠性和各项供电参数是否符合标准；若站在用电设备制造厂家角度上，电能质量主要指设备是否能提供满足要求的电能特性；但站在用户观点上，电能质量还是很陌生的，在电能问题方面谈就是那些引起电设备运行故障的供电频率、电流及电压的异常扰动。然而在大部分电能事故当中，电能质量问题主要发生在电力系统中电压方面的问题。

1.2 电能质量问题发生的原因

发生电能质量问题的原因大致有如下几点。

1.2.1 电力系统非线性的负载。这是电力系统中谐波问题的主要来源，主要发生在在生活和工业用电负载当中。如人们使用的电弧灯、电力电子用电器等都会使电力系统电压波形产生严重畸变，而大功率变频装置和整流装置使用不仅会造成电网严重污染，而且还会降低功率因数。

1.2.2 电力系统中非线性特性。同步发电机通常在电力系统是电网电源，在正常运行过程中感应电动势波形并不是理想的，则输出电压一定有的谐波的产生。在输电过程当中电力变压器励磁回路会因非线性特性是的有谐波电流产生。

1.2.3 电力系统中的故障。电力系统运行当中内外故障产生也会造成电能质量问题，例如雷击、短路故障、误操作、故障保护电路中的电力电子设备的启动、电网故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等。

1.3 电能质量扰动分类

电能质量扰动可分为稳态和暂态两类。

稳态扰动主要类型：（1）过电压；（2）欠电压；（3）电压不平衡；（4）谐波。

暂态扰动主要类型：（1）电压暂升；（2）电压暂降；（3）电压波动与闪变；（4）电压中断；（5）电压切痕。

2 电能质量的主要问题

据调查，关于电能质量问题研究，其中引起系统电能问题的超过90%事件是电压暂降。这样看来，电压暂降是电能质量问题的主要来源。

表1提供了某些关于电压暂降对各种电力设备的影响程度的资料。在表1显然得知电能质量问题造成的危害性，电压暂降是造成电能质量的问题的首要原因。但过去很长时间，主要研究是怎么样解决电压偏移、闪变、三相不平、谐波衡等方面，而电压暂降问题则被忽略了。

3 电压暂降问题的解决方法

随着电力电子技术的发展和应用在处理电压暂降问题开辟新的途径。当前用户电力技术发展将计算机、电力电子和现代控制理论结合起来在配电、供电系统中运用，在电能质量控制技术和设备方面产生一套理论体系，能有效地完成暂态、稳态电能质量问题，进而极大地改善了电力系统中的电能质量。

3.1 介绍动态电压恢复器

动态电压恢复器（DVR）。动态电压恢复器在馈线上用叠加电压的途径经串联变压器在电力系统输入电压补偿，用于解除系统中对负荷干扰的电压变化（主要是电压暂降）。动态电压恢复器运用IGBT或IGCT等门极可关断大功率器件。在平常供电过程中，它处在待用低耗状态。当骤然产生系统电压改变时，动态电压恢复器能很快响应，再经过串联变压器对系统输入3个与系统相同频率的单相交流电压分量对系统电压的变化产生消除，其瞬时值是正常與故障之差的电压瞬时值。动态电压恢复器的响应时间一般在几毫秒之内。动态电压恢复器可依据电压相位的差异，其操作可分为同相电压补偿操作和最小能量补偿操作。在电压暂降显现时，相电压的相位也会产生明显的改变，在补偿参考信号的计算和检验方面导致了许多困难。于是，在动态电压恢复器过程中可靠迅速的电压补偿信号检验技术是的关键。确定动态电压恢复器容量是线路电流值和补偿电压最大值。当最大补偿电压达30%的额定电压值时，可大概除去电压扰动95%以上。当前，动态电压恢复器容量已达几十MVA，响应速度方面不到1ms。

3.2 统一电能质量控制器

统一电能质量控制器的主电路由一并联逆变器和一串联逆变器组成，经过两者电容耦合。

并联逆变器在非线性负载开展谐波电流和无功补偿，并运用PWM电流控制技术，还对电容直流电压起调整用处。串联逆变器经过其输出电压控制实现压制电源谐波电压出现，并运用PWM电压控制技术，电源电压波动减少导致敏感负荷的变化。于是，该装置对并联和串联补偿的优点进行综合，是一种全面电能质量补偿器，对于绝大部分的暂态电能质量问题都能处理。

4 结束语

在日趋严重的电能质量问题今天，广大用户对电能质量要求也不断提高，有关电能质量问题的研究也不断深入。在制定和实施电能质量标准和电能质量监督管理法规体系的逐步完善对于电能质量问题的研究和开发也有促进作用。而以前电能质量控制方法，已不能对电压暂降这个暂态电能质量问题开展很好地处理。而随着电力电子技术及设备制作和操作水平的进步，UPQC、DVR等电气可以动态、快速地对电网中的电压暂降开展补偿。在使用用户电力技术，可将电力系统更改成近似无不对称、无电压波动以及无谐波的理想电力系统网络，以达到电力负荷对日趋发展电能质量的需要。

参考文献

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