对电力系统中电能质量及谐波测控技术的探讨

不加单位安排：电力建设栏目对电力系统中电能质量及谐波测控技术的探讨霍嘉文广东东莞5230002011年9月下《城市建设》单号：6019335采编：张天仕摘要：随着我国电力建设的高速发展，电能作为现有最清洁的能源之—，电力部门对其输送的实时质量测控及电网谐波的防治高度重视。本文作者就电力系统电能质量的突变成因、评价指标、自动调节、测控技术与应用等方面进行分析和论述，可供同行们技术人员参考。关键词：电能质量；谐波测控；技术应用引言电网的运行条件不合理：电网或配网的供电半径过大(根据负荷密度的大小，城镇区域低压配网的供电半径不应超过400m)，电源导线的线径配置太小或过于残旧，电网的三相负荷平衡度偏差过大，电网的功率因数的就地补偿不足(0.9)或三相补偿不平衡等因素都是造成电网电能质量异变的原因之一。谐波源负荷的在线：在现有电网的用电负荷中，属非线性负荷的往往占有很大的比例，具体描述如下：(1)冶金制造行业：在生产过程中，因大量地使用大功率的电弧炉进行金属冶炼，钢水在熔化过程中、因电极端部的反复短路与断开，造成负荷电流频繁的出现不规则的变化，从而产生出以3次谐波为主要成份的高次谐波冲击性电流。(2)矿山开采行业：在挖采运送过程中，因大量地使用传送提升设备(提升机、牵引电机、电动机车等)，这些设备往往随着所带负荷的改变会产生出很大的谐波电流。(3)机械制造行业：在生产过程的碎火、热处理加工工序，当其采用的是闸流管的控制设备，就会产生出较大的偶次谐波电流。在冲压生产工序中，随着大量可控硅设备的投入及负荷的突变，也会产生不同程度的高次谐波冲击性电流。(4)交通运输行业：电气化铁路、地铁机车、无轨电车等，因要使用大功率的整流设备，随着电气化机车频繁的起停、会产生出大量高次谐波的冲击性电流。(5)热备用中的配电变压器和大功率的电抗器：该类设备能产生谐波的原因是铁芯会出现磁饱和所造成的，通常情况下，加在设备上的电源电压愈高、其铁芯就愈趋于饱和，这时的谐波冲击性电流将会成倍以上增加。(6)五金类加工行业：其大功率冲床的频繁使用，能产生大量以3次谐波为主的冲击性电流。(7)洗水及漂染类加工行业：其洗染设备的电动机所配置大功率变频装置的频繁切投使用，能产生大量的3次及以上谐波冲击性电流。(8)大量使用变频式的家用电气，也会导致就近低压配网电能质量的异变。其它突发原因：电网运行中发生的各种人为误操作事故、设备电气短路、雷击等自然灾害都会产生冲击性电流，导致电能质量的突变。1、电能质量的现行评价标准介绍按国家质量技术监督局颁布的5个相关规范或标准，具体标准规定如下：(1)电压偏差允许值：(a)35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%；(b)10kV及以下的三相供电电压为±7％；(c)220V单相供电电压为+7％或-10％。注：衡量点为供用双方的产权分界处或电能计量点。(2)电压波动和闪变值：(a)电压变动d的限值和变动频度r（h-1）有关；当r≤1000时，对于低压(LV)和中压(MV)，d=1.25％~4％；对于高压(HV)，d=1.0%~3％；(b)对于随机不规则的变动，d=2%低压(LV)和中压(MV)，d=1.5％高压(HV)。注：衡量点为电网公共连接点(PCC)(PCC)(PCC)(PCC)。(3)公用电网谐波允许值：(a)0.38kV时THD=5％、奇次=4％、偶次=2％；(b)6、10kV时THD=4%、奇次=3.2％、偶次=1.6%；(c)35.66kV时THD=3％、奇次=2.4%、偶次=1.2％；(d)110kV时THD=2％、奇次=1.6％、偶次=0.8％。注：220kv220kv220kv220kv的允许值参照110kV110kV110kV110kV执行，THDTHDTHDTHD为总谐波畸变率。(4)三相电压不平衡允许值：(a)正常允许±2％，短时不赶过4％；(b)每个用户一般不得超过1.3％。(5)电力系统频率允许偏差值：(a)正常允许为±0.2Hz,根据系统容量的不同可放宽到±O.5Hz；(b)用户侧冲出引起的频率变动—般不得超过±0.2Hz。2222、电能质量的自动调节及测控(1)电能自动调节技术介绍：(a)利用电子测控技术进行的交流输配电，如：可控串联补偿技术、统一潮流控制技术、静止式无功补偿技术、晶闸管控制串并联切投电容技术等，通过控制电网运行参数来调节控制电力系统的潮流，令其输送的容量更加接近供电线路的极限热稳定度，从而提高输电线路的可控性和增强其电能的输送能。(b)利用模拟逻辑调控技术，是应用经典控制理论的“频域法”和现代控制理论的“时域法”来设计控制器。模拟逻辑控制技术无需对电网建立精确的数学模型，它是通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式进行优化调节。(c)用户侧测控调节技术，主要利用电子技术与计算机技术和自动调节技术的有机组合、多应用于电网的中低压配电线路中，如：有源滤器设备(APF)、动态电压恢复设备(DVR)、配网用静止式无功补偿设备(D-STATCOM)、自动切换开关设备等，它能加强配网的持续供电可靠性，实现无功功率的就地补偿，减少谐波分量的畸变，可改善配网末端的电能质量。(2)电能质量的测控方式介绍：(a)变电站传统在用的电能参量测控多以模拟信号方式进行，测量不同的电能参量值时，必须使用不同的检测仪表，如：测量交流电压、电流有效值的电磁感应式电压、电流表，测量交流三相功率的磁感应式有功、无功表，测量频率的交流频率表等。此类仪表通用性差，准确度较低，其测量值只能人工现场读取，无法实现量值的远程实时测量。(b)随着微处理技术的推广，新一代的测控设备及数字式多功能仪表已被广泛应用，基于微处理技术的智能化电能质量在线测控设备多采用嵌人式系统和数字信号处理技术相结合的方式，其具有实时在线测控、智能化、网络化、实用性好及投入成本较低的特点。利用双CPU的嵌入式系统与嵌入式设备组合，就能保证电网运行的高效在线测控，便于现场测量分析和长期运行维护。(3)谐波污染的防治介绍：(a)对新报装接网的谐波源用户，必须严格把好审批关，其谐波源设备必须配套相应的谐波抑制装置，并经专业技术部门测试合格后谐波源设备方能投运。(b)加大“谐波”负荷的监测力度，有计划、有针对性地开展“谐波”电流、电压的现场检测工作，并依据国标GB／T14549《电能质量公用电网谐波》的定值进行评定，对谐波超标的用户，按照谁污染，谁整治的原则，发出整改通知，限其在规定时间(三个月内)加装谐波抑制装置，从源头上限制其注人公用电网的谐波污染超标。(c)将大容量的整流变压器的接线改为Y／△的方式，可消除以3为倍数的谐波分量，使注入公用电网的谐波只有5、7、11、13、17、19等奇次分量，这在一定程度上可减少“谐波”的危害幅度。(d)在谐波源区域，采取就地抑制的方式进行整治，在谐波负荷的母线上加装三相交流滤波装置来吸收高次谐波电流。在无功补偿的电容器回路中加装串联式的电抗器，与原有的电容器组成三相交流谐波抑制装置。其原理是人为地造成一串并联的谐波回路，把它设计在某一高次谐波频率状态下呈现很大的阻抗值，当低于设计值的谐波电流出现时，又呈现很小的阻抗，这就达到了消除谐波的目的。(e)在大型的电焊设备和电弧炉、闸流控制的轧钢和大型冲压设备侧，宜加装能吸收动态谐波电流的静止式无功补偿装置，这可提高公用电网抗谐波电流的冲击能力。(f)适当增设换流装置的相数，可有效消除幅值较大的低频项分量，从而大幅度降低“谐波”电流的有效值。(g)对大工业以上用户，按其用电性质，适当加装“谐波”自动监控器，一旦其谐波达到临界点就自动强迫退出电容补偿装置，以防止将谐波电流成倍放大并注入电网。(h)住宅区的计量装置应采用集中式的安装方式，尽量使其远离谐波源的干扰。(i）建立谐波源用户相关档案，加强日常的重点巡查和监控力度。(4)电能质量在线测控系统介绍：目前较多采用的有以下几种自动化测控系统；(a)用于实时监测电网运行状况的调度自动化测控管理系统。(b)用于发电厂或变电站端电能质量及供售电情况的在线远程遥测系统。(c)用于大客户端电能质量及供用电情况远程实时测控的负荷终端管理系统。(d)用于电网下各台区电能质量及供用电情况实时远程测控的配变终端管理系统。(e)用于商住小区电能质量及供用电情况实时远程测控的低压电力集抄管理系统。3333、结束语根据上述可知：实现电网系统电能质量的自动调节及谐波含量的在线实时测控，是电力部门一直关注的课题，如何实现对多个区域电能和谐波污染的同步实时测控，实现三相电能质量的自动调节与谐波污染的有效防范，就对应用测控技术提出了更高的要求，我们必须结合辖区电网的结构和运行方式，选择最优化的自动调节方式及在线测控技术，才能最终实现电网的智能化管理，为客户持续提供稳定可靠的电能。对电力系统中电能质量及谐波测控技术的探讨作者：霍嘉文作者单位：刊名：城市建设理论研究（电子版）英文刊名：ChengShiJiansheLiLunYanJiu年，卷(期)：2011(27)本文链接：