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电能质量控制技术

文档作者：刘晓星黄瑜蒋志红袁磊平文档来源： 1．武汉大学电气工程学院 2．无锡供电公司		点击数：	更新时间： 2021年06月22日
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仪器仪表用户
doi：10．3969／j。issn．1671—1041．201 1．04．001
电能质量控制技术
刘晓星 ，黄瑜 ，蒋志红 ，袁磊平
(1．武汉大学电气工程学院，武汉430072；2．无锡供电公司，无锡214000)
口综述口
摘要：本文从电能质量含义入手，分析了引起电能质量问题的缘由，通过介绍两种最常用的电能质量分析方法，提出了在我
国电力系统中，提高电能质量控制的发展方向，以及在现场应用中存在的问题及解决方法。供同行商榷。
关键词：电能质量；时域仿真法；频域分析法
中图分类号：TM911．4 文献标志码：A
Power quality control technology
LIU Xiao—xing ’ ，HUANG Yu ’ ，JIANG Zhi—hong ，YUAN Lei—ping
(1．Wuhan University，Electrical Engineering Institute，Wuhan 430072，China；
2．Wuxi Electric Power Supply Company，Wuxi 214000，China)
Abstract：This article from the power quality meanings，analyzes the reasons caused power quality problems，through
the introduction of the two most common power quality analysis method and reactive power compensation equipment up·
grades method，proposed in China in power system，improve power quality control of the development direction，and ap·
plied on site the problems and solutions for people to dispute．
Key words：power quality；time domain simulation method；the method of frequency domain
O 引言
电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流
电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、
正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流
系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对
称且互差120。。但由于系统中的发电机、变压器和
线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调
控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原
因，这种理想的状态并不存在，因此电网运行、电力设
备和供用电环节之间的矛盾越来越突出，用户对电能
质量的要求也越来越高。在这样的环境下，如何更好
的控制电能质量，具有很强的观实意义。
1 电能质量的含义
1．1 电压质量
是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业
向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包
括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能
质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响
和污染。
1．2 电流质量
反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是
电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求
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外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率
因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和
降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能
质量问题。
1．3 供电质量
其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术
含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反
映速度以及电价组成的合理性、透明度等。
1．4 用电质量
包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影
响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户
是否按期、如数交纳电费等。
国内外对电能质量确切的定义至今尚没有形成
统一的共识。但大多数专家认为，对现代电能质量的
定义应理解为“导致用户电力设备不能正常工作的
电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或错误动
作的任何电力问题都是电能质量问题”，根据这一定
义，电能质量除了保证额定电压和额定频率下的正弦
波形外，还包括所有电压瞬变现象，如冲击脉冲、电压
下跌、瞬时间断等。这个定义概括了电能质量问题的
成因和后果，当然这里的“偏差”应作广义的理解，它
还包括供电可靠性的问题。
ElC Vo1．18 2011 No．4 1
口综述口
2 造成当前电能质量问题的原因
2．1 电力负荷构成的变化
fl ，电力系统中存在大量非线性负荷：大规模
电 t 子应用装置(节能装置、变频装置等)、大功率
的电／，』拖动设备、直流输出装置、电化工业设备(化
I 、冶金 、l 的整流)、电气化铁道、炼钢电弧炉(交、
：流)、轧机、提升机、电石炉、感应加热炉及其他非
线性负荷 另外，还存在很多快速变化的冲击性负
荷：如大型马达和马达群组、高层大楼的高速电梯、大
型娱乐场的电飞车、汽车制造厂的电焊机、高速铁路、
高速磁悬浮列车和地铁、港口的起重机及其他快速变
化负简
2．2 大量谐波注入电网
含柯非线性、冲击性负荷的新型电力设备在实现
功率控制和处理的同时，都不可避免地产生非正弦波
形电流，向电网注入谐波电流，使公共连接点(PCC)
的电JI 波形严重畸变，负荷波动性和冲击性导致电压
波动、瞬时脉冲等各种电能质量干扰。有资料分析显
示，发达 家50％ 以上的负荷要通过电力电子设备
供电，我同目前30％左右的负荷经过各类功率变换
后供用 使用，随着人们节能意识及环保意识的增
啦，陔类负倚在我国将会迅速增加。随着这些非线
性、冲击性负荷的大量使用，电能质量问题将会更加
突flfI’对电网运行、敏感电气设备的影响和危害将更
加明显，电力事故发生的可能性将逐步表现为由电能
质精 合格所引起。
3 电能质量分析方法
3．1 时域仿真法
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广
泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能
质量问题巾的各种暂态现象进行研究。目前较通用
的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系
统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等电力电
子仿真祥序。
采川时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决
定了叮模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态
过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程
时，还会引起数值振荡。
3．2 频域分析法
频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算
和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐
波问题的分析。
频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动
态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法
在近些年中发展起来。其优点是可详细考虑非线性
2 ElC VOI．18 2011 NO．4
仪器仪表用户
负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。
缺点是计算量大，求解过程复杂。
4 无功补偿设备的升级方法
4．1 动态无功补偿装置TSC
其原理是采用晶闸管无触点开关投、切调谐电容
器组(调谐电抗器+电容器)，同时抑制谐波流人电
容组，保护电容器，避免谐波放大及谐振的同时，实现
动态无功补偿，投、切无涌流和过电压。
其与复合开关的最大区别是复合开关在电网电
压为零时投入电容器，由于谐波干扰电压零点漂移容
易导致晶闸管损坏，切除时采用接触器，TSC采用基
于DSP技术，将瞬时无功理论方法与快速傅里叶变
换(F兀1)相结合，调整分析系统中的电压和电流谐波
分量，过零投切控制技术采用晶闸管两端电压差为零
投入，电流为零切除技术，解决了谐波干扰导致的投
切问题和电容器冲放电时问问隔问题，且投切对电网
均无冲击，在此基础上，DSP技术的快速计算实现
20ms瞬时投、切电容器，无功功率得到实时动态补
偿，补偿效率大大提高。
4．2 动态消谐综合补偿装置
动态无功补偿装置TSC通过串联电抗器抑制谐
波流入补偿电容器，过零投切技术实现无冲击动态补
偿，分相补偿实现三相不平衡补偿，解决了谐波干扰
问题，保障基波的无功功率补偿问题，无功补偿效率
大大提高，但谐波对电网尤其对供电电网电能质量的
危害问题仍然没有解决，谐波仍然将流人其他未安装
电抗器的补偿回路，谐波无功的损耗仍然存在，如要
彻底解决公用电网的谐波危害，必须采取消除谐波的
技术手段，进一步提高补偿设备的性能，此类设备就
是动态消谐综合补偿装置。
动态消谐综合补偿装置采用有源电力滤波技术，
在无功补偿设备前端对电网谐波进行动态消除，无功
补偿设备可以采用复合开关型、接触器型或动态无功
补偿装置TSC，所不同的是为了避免有源电力滤波器
发生的谐波流入无功补偿装置，以上三类补偿设备必
须加装抑制谐波电抗器。动态消谐综合补偿装置实
现了谐波无功功率和基波无功功率全补偿，谐波危害
得到彻底消除，电网供电质量得到提高，供电能力提
高，线路损耗减少。动态消谐综合补偿装置与普通电
容补偿柜比较具有如下优点：
1)动态消除谐波，不会产生谐振，保障电网
安全。
2)动态补偿基波无功和谐波无功，实现全部分
相动态补偿，三相功率因数稳定在0．95以上，大大节
约基波无功和谐波无功占用。
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3)有效消除13次以下谐波，提高电能质量。
4)不会产生过载，运行可靠。
5)单元化、小型化集成，便于增容和改造。
4．3 普通无功补偿装置的升级改造
以上两类无功补偿装置适合新上项目的无功补
偿要求，对于现存的大量无功补偿设备，大多采用接
触器投切电容器，随着电网谐波的大量增大，其必将
受谐波干扰而导致危害扩大，严重危害电网供电安
全，如果采用新型无功补偿装置改造涉及的范围太
大，如何对现存设备进行升级来避免对电网的危害已
经成为当务之急，根据以上分析可以采用以下手段：
1)增强现存无功补偿设备的抗谐波干扰能力，
那不是在原有无功补偿回路串联电抗器，同时必须更
换原有电容器为电压等级更高，这是为了保障电网的
供电可靠性，保持原有补偿设备的补偿效率。
2)提高补偿设备补偿效率和电网电能质量，降
低线路损耗，那么改造时采用新型无功补偿设备是一
个更好的方法，其带来的无论是短期效益还是长期效
益都是非常可观的。
5 关于400V的电能质量问题及其解决方法
1)4oov如果电容过补要采取什么措施?
电容过补，可以根据计算少投电容器组，或者串
联一个电抗器，如果是用无源滤波器将无功补偿和滤
波同时进行的话就需要重新计算，分别确定R，L，c。
2)400V从原来采用变频设备后，启动的时候产
生谐波，是否只有治理一条路?
变频器产生的谐波一般为特征次谐波，治理时可
以安装在变频器支路，如果是多条变频器支路，可能
要考虑每条支路产生的谐波在每条支路之间的分布，
要增大滤波率。如果在所有变频器支路总的节点
(当作一条等效支路)和其它支路来滤波设计，最好
也考虑一下外部谐波情况，可能有外部谐波流人滤波
器，涉及滤波器时最好考虑周到一点。
3)10kV，400V全部安装电能质量监测仪表，有
完整的监测系统，对于整个系统能提供什么样有价值
的数据和对今后用电管理有什么帮助?
安装电能质量监测仪表，如果是长期连续监测的
话。可以获得被监测对象的稳态谐波情况，可以用来
分析负荷的谐波特征，每类负荷会产生什么样的谐
波，这些谐波的变化规律是什么。当然还可以用来分
析电能质量方面的其它指标，如电压跌落、闪变等，当
然这个对监测仪器的采样性能有一定的要求。另外
这些数据还可以用来作为事故分析，以作它用。监测
时，针对不同的监测目标，对安装仪器点有一定的要
求。不同的目标有不同安装点，需要慎重考虑。长期
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口综述口
的监测分析可以统计归纳出每类负荷的电能质量指
标方面的特征，以便于负荷管理和电能质量污染
治理。
6 结语
在国家电力公司内进行电能质量控制技术的研
究开发是非常必要的。提高供电网的电能质量已经
成为我国电力系统优质、高效发展必不可少的组成部
分。如何不断的完善电能质量控制技术，使电网能够
更好的服务用户，提供更加坚实的基础，将是我们不
断研究和努力探索的方向。口
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作者简介：刘晓星(1982·)，男，工学学士，武汉大学电气工程
学院工程硕士，助理工程师，技师，主要从事变电运行及监控
工作；黄瑜(1982一)，男，工学学士，助理工程师，主要从事变电
运行及监控工作；蒋志红(1966一)，女，大专，助理工程师，技
师，主要从事变电运行及监控工作；袁磊平(1974一)，女，大专，
助理工程师，技师，主要从事变电运行及监控工作。
收稿日期：2011-03．18
ElC VoI．18 2011 No．4 3

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