配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題與改善措施

配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題與改善措施摘要：目前，隨著配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電能供給量已得到很大的改善，但電能質(zhì)量上還存在不少問題，變電站負(fù)載率不平行、電源電路的支路點(diǎn)缺乏可靠性等等，使電能質(zhì)量受到了影響。因而，為保證人們生活水平的用電質(zhì)量，對配電網(wǎng)電能質(zhì)量應(yīng)加以深入分析研究，采取有效的治理技術(shù)措施和合理的發(fā)展規(guī)劃，以提高電能質(zhì)量的穩(wěn)定安全。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；電能質(zhì)量；問題；措施刖言合格的電能質(zhì)量不僅能夠輸送電力使設(shè)備正常運(yùn)行，還能夠保證其額定電壓和額定頻率有正弦波形，以及應(yīng)具有瞬變能力，如沖擊脈沖、衰減振蕩、瞬時(shí)間斷和諧波等。但在實(shí)際供給用戶端的公用電網(wǎng)交流電能質(zhì)量上，還存在電壓、電流或頻率方面的偏差，甚至使用戶的電氣設(shè)備出現(xiàn)故障。因此，對配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的治理刻不容緩，應(yīng)系統(tǒng)、綜合地采取措施，提高人們的生活用電質(zhì)量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。1配電網(wǎng)電能存在的質(zhì)量問題1.1電壓偏差在電壓質(zhì)量方面，取決于實(shí)際電壓與理想電壓之間的偏差大小，這一數(shù)據(jù)也代表了向電力用戶所提供的電能是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所涉及范圍雖涵蓋了絕大多數(shù)電能質(zhì)量的問題，但對于用電設(shè)備造成的污染及頻率引發(fā)的質(zhì)量問題卻未被納入其中，要想保證電力設(shè)備正常運(yùn)行，需確保電壓為額定電壓，一旦電壓端出現(xiàn)問題，不僅會(huì)對設(shè)備本身的使用壽命，還會(huì)對其運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生較大影響。1.2公用電網(wǎng)諧波在當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)中，非線性負(fù)荷進(jìn)一步增加，這就使得大批量的諧波電流注入電網(wǎng)循環(huán)中，在此情況下，電壓的正弦波受到影響發(fā)生畸變，進(jìn)而使得電能質(zhì)量受到負(fù)面影響，而這種不良影響也會(huì)隨著電網(wǎng)系統(tǒng)傳導(dǎo)至供電設(shè)備、用戶用電設(shè)備以及繼電保護(hù)系統(tǒng)等。諧波還會(huì)造成電網(wǎng)中的感性負(fù)荷引發(fā)過電壓，而容性負(fù)載又會(huì)形成過電流，這也是導(dǎo)致用電計(jì)量失準(zhǔn)的重要因素。如使繼電保護(hù)誤動(dòng)，引起故障；干擾電子設(shè)備，使計(jì)算機(jī)誤動(dòng)作，電子設(shè)備無觸發(fā)；通信回路、弱電回路產(chǎn)生雜音，都會(huì)造成故障。1.3電壓波動(dòng)和閃變在不論是在高電壓還是在低電壓的運(yùn)行過程中，必然會(huì)對相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生較大不良影響，對于照明設(shè)備而言，若電壓過低則會(huì)無法滿足光照度要求，且在電壓進(jìn)一步降低過程中，電動(dòng)機(jī)有可能由于過負(fù)荷狀態(tài)增加而存在被燒毀的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)也會(huì)相應(yīng)受到影響。而且若長期處于高電壓運(yùn)行的狀態(tài)，則會(huì)影響電機(jī)的絕緣系統(tǒng)。電壓過低會(huì)加劇電網(wǎng)線路及相關(guān)電氣設(shè)備受損情況，且較低的電壓還會(huì)觸發(fā)低電壓保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)而出現(xiàn)空氣開關(guān)跳閘，使得電路無法正常運(yùn)行。相應(yīng)地，若電壓過高，則會(huì)觸發(fā)電壓保護(hù)裝置，也會(huì)增加電壓線圈被燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，無論是電壓過高還是電壓過低，都會(huì)對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，進(jìn)而使用戶的用電設(shè)備無法正常運(yùn)行。常見的包括電視、冰箱無法啟動(dòng)，或電壓崩潰、電網(wǎng)瓦解等，都會(huì)對嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。1.4電網(wǎng)頻率較低電網(wǎng)頻率會(huì)使得一些用電設(shè)備出現(xiàn)被燒毀的情況。如頻率的降低會(huì)使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速受到影響而降低，由此使得某些設(shè)備產(chǎn)品出現(xiàn)不合乎標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。此外，低頻率的運(yùn)行模式也會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，進(jìn)而對其安全性產(chǎn)生較大影響。若頻率過高同樣不利于電網(wǎng)安全，高頻運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使得相關(guān)電氣設(shè)備的轉(zhuǎn)速增快，而電壓的大幅升高也會(huì)使得其由于超出原設(shè)定計(jì)劃而影響通信或音像信號的質(zhì)量。2提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法2.1無功功率補(bǔ)償無功補(bǔ)償主要依賴于相關(guān)設(shè)備所產(chǎn)生的無功功率，由此提升系統(tǒng)本身的功率因數(shù)以達(dá)到提升電壓質(zhì)量、降低能耗的目的。無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照"分級補(bǔ)償、就地平衡、合理布局〃的原則。（1） 首先要保證整體與局部的平衡，即既要確保全網(wǎng)總的無功平衡，還應(yīng)確保各分站以及分線的無功平衡。（2） 其次要使得電力部門與電力用戶之間的電力補(bǔ)償相互結(jié)合，在配網(wǎng)循環(huán)中，用戶側(cè)消耗的無功功率達(dá)50%?60%。剩余部分則會(huì)在配網(wǎng)循壞中被消耗，所以為了達(dá)到減少無功功率在運(yùn)輸中的消耗就應(yīng)當(dāng)盡可能實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，這就要求從電力部門與電力用戶兩方共同進(jìn)行補(bǔ)償。（3） 此外還要堅(jiān)持分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償同時(shí)進(jìn)行。在這一過程中還要堅(jiān)持以分散補(bǔ)償為主要補(bǔ)償形式。即在配網(wǎng)中的分散的負(fù)荷區(qū)如配電變壓器或者配電線路及用戶的用電設(shè)備中實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。而集中補(bǔ)償作為輔助補(bǔ)償形式，主要是對變電所中的大容量變電設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償。（4） 堅(jiān)持降損與調(diào)壓結(jié)合進(jìn)行，在這一過程以降損為主，調(diào)壓為輔。這一補(bǔ)償原則主要是針對電網(wǎng)線路復(fù)雜、符合分散且功率因數(shù)相對較低的電路，由于該類線路本身的線損率較大，所以對其進(jìn)行補(bǔ)償可以顯著提升線路本身的供電能力。（5） 堅(jiān)持高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償輔助進(jìn)行。同時(shí)也要做到以低壓補(bǔ)償為主，高壓補(bǔ)償為輔。2.2無源濾波裝置無源濾波裝置的主要構(gòu)件包括電容器、電抗器以及電阻器等。其主要是對某一次或者該次以上的諧波形成低阻抗通路，以此抑制高次諧波?；赟VC的調(diào)節(jié)范圍由感性區(qū)延伸至容性區(qū)，因此應(yīng)當(dāng)使濾波器與進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制的電抗器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，由此在改善功率因數(shù)、實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，消除高次諧波。2.3有源濾波器由于無源濾波器特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用，甚至出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，進(jìn)而促使人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。有源濾波裝置的運(yùn)行原理是利用功率可控的半導(dǎo)體設(shè)備向電網(wǎng)中輸注和諧波源幅值相等、相位相反的電流，以此中和電源中的總諧波電流，使其為零，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)施補(bǔ)償諧波電流的目的。較之于無源濾波器，該裝置不僅可以補(bǔ)償各次的諧波，還能做到補(bǔ)償無功、抑制閃變，因此其性價(jià)比更優(yōu)。此外，由于濾波本身不會(huì)受到系統(tǒng)抗阻的影響，這也就避免了出現(xiàn)諧振的情況。與此同時(shí)，該裝置本身適應(yīng)性較好，因此可以自主完成對諧波的跟蹤補(bǔ)償。3電能質(zhì)量的改善措施3.1配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（1）優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)的建設(shè)工程是一項(xiàng)系統(tǒng)性較強(qiáng)的工程，對于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)而言，各時(shí)期的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也不盡相同，其發(fā)展勢必然經(jīng)過由小變大、由弱變強(qiáng)以及從低到高的發(fā)展歷程。所以在進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面。首先，由負(fù)荷中心入手，在規(guī)劃過程中，應(yīng)將區(qū)域中的主要供電源點(diǎn)布置于負(fù)荷中心，該種設(shè)計(jì)模式更利于次級電網(wǎng)的相關(guān)建設(shè)及對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善，進(jìn)而電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性也得到保證。其次，建設(shè)過程中應(yīng)秉承逐層、分區(qū)建設(shè)。當(dāng)前，為了提升管理效率，所以在對電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)也要按照分層、分區(qū)的管理模式。在這過程中，端系統(tǒng)為核心，外部電源則會(huì)被連接至受端系統(tǒng)中，由此實(shí)現(xiàn)這一區(qū)域的平衡的同時(shí)，又可以使得線路和各區(qū)域?qū)崿F(xiàn)聯(lián)通。在受端系統(tǒng)中，由等級較高的線路構(gòu)成區(qū)域系統(tǒng)，樞紐變電站為中心，再由次級線路實(shí)現(xiàn)各區(qū)域電源與負(fù)荷之間的連通，由此便構(gòu)成一個(gè)個(gè)較為獨(dú)立的供電區(qū)，它們雖然在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，但內(nèi)部聯(lián)系使其能夠相互支援。這樣的結(jié)構(gòu)模式更利于保證電網(wǎng)的安全性與電能質(zhì)量。最后，在配電網(wǎng)建設(shè)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持先布點(diǎn)后增容原則，充分利用現(xiàn)有條件增加布點(diǎn)以優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。（2）加強(qiáng)無功規(guī)劃。目前電網(wǎng)規(guī)劃中存在的一個(gè)較為普遍的問題是有無功之間的發(fā)展不協(xié)調(diào)。主要表現(xiàn)為無功功率不足，這也是引發(fā)電網(wǎng)功率因數(shù)較低，電壓質(zhì)量不高以及線損率較高的重要原因。為了避免上述問題，應(yīng)當(dāng)在合理規(guī)劃有功電力建設(shè)的同時(shí)也合理規(guī)劃無功補(bǔ)償，優(yōu)化無功電源排布，以此提升電網(wǎng)安全性的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。3.2配電網(wǎng)諧波治理在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，電網(wǎng)建設(shè)相關(guān)要求也更加嚴(yán)格，加之一些容量大、具有沖擊性的負(fù)荷設(shè)備的接入，使得電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波及次諧波分量進(jìn)一步增大，而由諧波污染引發(fā)的質(zhì)量問題也更加凸顯。若不進(jìn)行及時(shí)有效的治理，則會(huì)帶來更加嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，由此可見，強(qiáng)化用戶側(cè)的諧波污染管控迫在眉睫。當(dāng)前，諧波治理措施還不是很完善，在政策上雖然已制定相應(yīng)的技術(shù)措施，對治理劣質(zhì)電能質(zhì)量規(guī)定"誰污染，誰治理”，不過，由于沒有激勵(lì)的機(jī)制，用戶對諧波污染的處理方面只關(guān)注投入的成本，由此而產(chǎn)生的電能質(zhì)量影響基本不會(huì)考慮，對治理的成效不夠理想，進(jìn)而加大了電網(wǎng)整體污染程度。對于諧波的治理可以采取以下方法：第一，改善諧波設(shè)備的電能質(zhì)量，如給變頻器加電抗器和出口濾波裝置、整流電路增加整流脈數(shù)減小諧波干擾，采用新型礦熱爐設(shè)備和中頻設(shè)備等；第二，對電網(wǎng)諧波進(jìn)行濾波，可以采用電容、電感濾波和有源電子濾波APF的方式進(jìn)行濾波，不過兩種濾波是不同的，電容濾波是以分流方式濾除諧波，即給諧波開一個(gè)旁路通道，而APF卻是抵消式濾波的方式，即與原有諧波產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的諧波源，抵消原有諧波。從濾波效果上，APF高于電容、電感式濾波。隨著電力電子器件IGBT價(jià)格的降低，APF會(huì)越來越得到廣泛的應(yīng)用，最終會(huì)實(shí)現(xiàn)整體提高電能的質(zhì)量。4總結(jié)綜上所述，對電能質(zhì)量的治理是確保配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵所在，也是提高配電網(wǎng)運(yùn)行水平