电力系统电能质量分析与谐波治理

电力系统电能质量分析与谐波治理

田韵生

国网兰州供电公司， 甘肃兰州 730070

摘要：随着综合国力的发展，人们对电力的需求也越来越大。电能作为一种特殊商品进入市场，其质量问题同样成为供需双方共同关注的问题。但由于系统各元件（如发电机、变压器、线路等）参数的非线性或不对称性，大量感性负载和冲击性负载（如电弧炉、电解铝、电焊机等）的接入，以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，带来了无功、谐波污染、电压跌落、三相不对称等电能质量问题。其中有功冲击负荷将对系统的频率产生影响，而无功冲击负荷将对系统的电压产生影响。

关键词：电力系统；电能质量分析；谐波治理

引言

电能质量是保障电网系统安全、稳定与经济运行的重要方面，直接影响用户用电质量以及电气设备的安全使用和寿命长短。随着目前供电企业生产运行系统的自动化程度大幅提高，网络通信与自动化控制技术的发展为实现电网电压质量及电流谐波监测信息管理的实时化、自动化和系统化奠定了可靠的技术基础。通过对延安供电分公司电能质量管理现状的深入分析和探讨，查找出公司目前电能质量管理各环节中的问题和不足，并结合相关管理手段来实现电力企业电能质量的动态精细化管理。以期向用户供应合格的电能，这也是建设现代化一流配电网企业的重要保证。

1电力系统电能质量问题的表现

一般情况下，众多单一类型电力系统干扰问题统称为电能质量问题，其本质在于电压质量问题。电力系统电能质量的衡量指标就包括电压偏差、三相平衡度以及谐波干扰量等。人们称电能质量为电力电能品质或电力系统整体运行状态，电能质量问题通常分为稳态和动态两种，表现为非线性负荷问题、电力系统元件存在非线性问题或电力系统在运行时因内外故障引发电能质量问题。例如非线性负载在生活与工业用电负载中占据较大比例，引发谐波问题；电力系统中的发电机或者变压器、直流输电等产生谐波，或者输电线路尤其是超高压输电线路、变电站并联电容补偿器装置影响谐波，直流输电是当下电力系统中最大的谐波源；还有在各种电网故障、短路故障、人为误操作的影响下改变发电机、励磁系统的工作状态，启动故障保护装置的电力电子设备等，这些都可能引发电能质量问题。

2电力系统电能质量分析与谐波治理

2.1谐波检测方法

系统中产生高次谐波的非线性元件很多，例如电动机、电焊机、感应电炉、电弧炉、大型整流设备等，都会产生高次谐波电流，是造成电力系特中谐波干扰的最主要的谐波源。工业电弧炉、晶闸管整流供电的轧钢机都是快速变化的冲击符合，其电气量（电压或电流）的变化在几毫秒或十几毫秒内就能观察到，于是就产生了连续且离散的简谐波。谐波对电力设备的影响：影响输电线路，增加了输电损耗及产生谐波电压降；影响变压器磁滞、涡流损耗以及绝缘的电场强度等；影响电容器组，产生额外的电力损耗，导致电容器损坏；谐波对电力系统保护的干扰，导致继电器误动作和采样数据误差；影响电力计量，产生误差；间谐波使波形畸变、灯光闪烁、影响测量仪表、电机噪声和振动等。目前谐波检测和方法测量中，主要通过硬件和软件来实现。硬件实现主要通过采用模拟带通或带阻滤波器来实现谐波的测量。软件实现主要通过算法来实现滤波功能，还可以通过神经网络及小波变换来实现谐波测量。

2.2优化电网运行管理

根据电网负荷特点明确规定负荷测量及变压器档位调整的周期，运行人员根据季节性负荷、电压变化定期对配电变压器进行首末端电压的测量（每月每点至少测量一次），根据测量结果，对不满足电压要求的及时进行调整（包括投切电容器、调整变压器分接头位置等措施），确保其在合适的档位。对有载调压开关的操作次数进行统计，对达到检修标准的进行维护，如开关出现失灵情况应依据实际情况尽快及时处理，在此期间若母线电压越限，则可通过调节送电端电压或变压器主变档位、转供负荷、投切电容器等方式来保证母线电压在合格范围内。提前做好电网可能出现的各种事故应急预案，做好各项措施，缩短停电时间及事故处理时间，恢复电网正常运行，将电网特殊运行方式下的电压越限时间缩至最短。合理安排电网停电检修计划，并根据电网停电检修计划提前安排好电网运行方式，确保检修计划按时顺利完成，尽量缩短检修状态下电网特殊运行方式的时间。对配网管理中出现的低电压咨询、报修、投诉与建议以及电压监测点布置等情况进行整理，统计分析有关数据，深入掌握低电压原因，制定有针对性的整改措施。结合公司农网升级改造项目，针对存在问题提出配网馈线和台区规划建设改造项目以及低电压配网技改和大修项目计划。使用具备数据远传功能的RS-485接口的电压监测仪，实时掌握电压状态，便于管理人员对数据进行分析，找出问题原因，及时采取有效措施。可根据实际情况不定期对D类电压监测点适当调整，对监测点的位置变更、新增和停用情况做好统计工作。

2.3控制波动闪变

可以想办法控制电力系统电压的波动和闪变，提高电能质量。其方法主要有：①科学选择变压器分接头，确保电力系统设备电压水平达标；②设置电容器，实施人工补偿，分为串联补偿、并联补偿，串联电容补偿是为改变线路参数，减少线路的电压损失，从而提高线路末端电压，减少电能损耗，并联电容补偿则是改变电力系统的无功功率分配，抑制电压波动，提升功率因数，提高电压质量；③将限流电抗器加装在电力系统出口，例如将限流电抗器加装在发电厂的10kV电缆出线、大容量变电所线路出口，增大线路短路阻抗，对线路发生故障时的短路电流形成限制，缩小电压波动范围，提升该变电所35kV母线遭遇短路时的电压；④通过配电变压器的并列运行减少变压器阻抗，或选择电抗值最小的高低压配电线路方案，架空线路和电缆线路的电抗一般分别是0.4Ω/km、0.08Ω/km，这说明在长度相同的架空线路、电缆线路中，由负载波动引发的电压波动存在差异，条件允许时要尽可能优选电缆线路；⑤针对大型感应电动机实施个别补偿，即带电容器补偿，因为电动机与电容器在线路结构上同时投入运行，电容器的超前冲击电流较大，电动机的滞后启动电流较大，两者之间存在抵消作用，在启动之初就能形成良好功率因数，在全负荷范围里也能保持功率因数良好，有效稳定电力系统的电压波动；⑥通过电力稳压器维持电力系统电压的稳定性，因为电力电子技术在不断发展和进步，各种各样的国产电力稳压器的质量比较可靠，将其引入低压供配电系统，可以在供电电压波动或者负载改变时自动保持稳定的输出电压，保证电力系统设备正常有序运行，提高电能质量。

2.4控制电压跌落

控制电力系统电压跌落的根本方法是引入动态补偿技术。按照电能质量的动态调节装置的不同连接方式、不同补偿信号种类，可把动态补偿技术分成两种，提高电能质量。一是串联电压补偿，在供电电压跌落时快速将频率、相角、幅值都可变的三相电压注入电力系统，使其和供电电压相串联，抵消跌落部分。二是并联电流补偿，在供电电压跌落时把和畸变电流分量极性相反并且大小一致的补偿电流注入电力系统，抵消负荷电流畸变带来的影响。

结语

配电网电能质量精细化管理应以电网运行为基础，以用户利益和企业管理水平为侧重点，通过现状分析，查找管理过程中存在的漏洞，借鉴先进管理经验，形成适用于本单位的管理制度及措施，这对提高电能质量、减少线损、提升服务质量和企业的长远发展具有重要意义。

参考文献

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