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[摘要]加强配电网电能质量问题的分析，并提出行之有效的治理措施以保证配电网电能质量已经成为刻不容缓的现实问题。本文在描述配电网电能质量问题的基础上，对配电网电能质量治理技术进行了深入探讨，具有一定的参考价值。
关键词：配电网；电能质量；治理技术；静止无功补偿器；静止同步补偿器
中图分类号：U665.12
电能质量描述的是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、标准电压和正弦波形向用户供电。但电气化铁路和冶金等电网中大功率非线性、冲击性和波动性特殊负荷的大量应用，使得配电网产生电压波动、三相不平衡、谐波和闪变等电能质量问题，极大地影响了配电网的安全和稳定运行。
1. 配电网电能质量问题的概述
一般说来，配电网电能质量包括以下四个方面的内容：（1）电压质量：是实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户所供应的电能是否合格，其包括了大多数电能质量问题，但不包括用电设备对电能质量的影响和污染，以及频率造成的电能质量问题；（2）电流质量：反映了与电压质量密切相关的电流的变化，是用户除对交流电源有恒定频率和正弦波形的要求以外，还要求电流波形与供电电压相位以确保高功率因素运行；（3）供电质量：其技术含义是指供电可靠性和电压质量，非技术含义是指服务质量，包括电价的透明度、合理性以及供电企业对用户投诉的处理速度；（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的用电方的权利和义务，也包括用户是否如数和按期缴纳电费等。
2. 配电网电能质量治理技术的分析
2.1 配电网电能质量治理技术的原理
配电网电能质量治理主要是针对电流质量和电压质量进行，由于理想电压源表现为内阻为零的特性，而理想电流源表现为内阻无穷大的特性，因此对电压扰动和电流扰动分别采用串联补偿及并联补偿的方式。
电压质量问题可以等效为系统侧的扰动电压源uSd，使用串联补偿可以产生一个抵消电压扰动的电压uSc，从而确保电力用户在理想状况下得到高品质的电压uS，这类串联补偿装置主要包括串联型电能质量调节装置（SPQR）、动态电压恢复器（DVR）等。电流质量问题可以等效为负荷侧的扰动电流源iLc，使用并联补偿可以產生一个抵消电流扰动的电流iL，从而确保用户在理想状况下注入系统的电流为三相基波正序有功电流iL，这类并联补偿装置包括有源滤波器（APF）、静止同步补偿器（STATCOM）、并联电容器和静止无功补偿器（SVC）等。本文将主要研究可以用于治理各种负荷多引起电能质量问题的并联型补偿装置，其又可以分为电流源型并联补偿装置和变阻抗型并联补偿装置。
2.2 静止同步补偿器和静止无功补偿器的对比
（1）无功功率特性的对比。静止无功补偿器主要是通过电抗的改变来调节其输出无功功率的，可等效为可控电抗器，其输出的无功功率与系统电压的平方成正比，因此在电力系统电压下降时，其输出的无功功率会以与系统电压下降平方的比例下降；静止同步补偿器输出的无功功率与系统电压成正比，其输出的无功电流与系统电压无关，因此当系统电压下降时，其可以调整变流器交流侧电压的幅值和相位，确保所提供的最大无功电流维持不变，仅受电力半导体器件的电流容量控制。因此，在系统电压下降时，静止同步补偿器输出无功的能力强于静止无功补偿器；在系统电压升高时，静止同步补偿器吸收无功的能力弱于静止无功补偿器。
（2）损耗的对比。图1为FC-TCR型静止同步补偿器和静止无功补偿器的损耗曲线，其中静止无功补偿器的损耗主要包括固定电容器或滤波网络的损耗、晶闸管控制电抗支路中电抗器的损耗、晶闸管损耗；静止同步补偿器的损耗主要包括并联损耗和串联损耗。一般说来，静止同步补偿器的功率损耗要比同容量的静止无功补偿器低2%以上。
（3）谐波特性的对比。静止无功补偿器中的TCR部分主要通过晶闸管的开通，主要控制角不为零，流过电抗器电流就不是正弦波，就会有大量的谐波注入电网，必须采取相应的措施来消除或减弱这些谐波；静止同步补偿器的输出电压不是正弦波，存在较大的奇数次谐波，可以采用桥式变流电路的多重化技术、多电平技术或链式结构以消除较低次的谐波，一般不需要安装滤波器。
（4）响应时间的对比。静止无功补偿器中的TCR部分不可关断晶闸管，一旦晶闸管导通，必须等电流过零才会自然关断，因此其控制系统发出指令到晶闸管相应最大的延时为10ms，加上TCR本身的过渡，整个装置的相应时间为50～60ms；静止同步补偿器为可控电流源加串联电阻和电感支路构成，其相应时间为20～30ms。
（5）控制方式的对比。从控制策略的角度看，静止同步补偿器和静止无功补偿器是完全一样的，但静止无功补偿器是通过改变晶闸管的触发角来改变装置的等效电纳，而静止同步补偿器则是通过对装置输出电压的幅值和相位的快速调节来控制输出无功电流。
（6）谐振特性的对比。静止无功补偿器相当于电抗，接入系统后可能会改变原系统的阻抗特性，如在系统中某些节点安装静止无功补偿器，除研究静止无功补偿器投入后对提高系统安稳作用外，还要研究系统在静止无功补偿器接入前后阻抗特性的变化，防止静止无功补偿器接入后由于改变系统阻抗特性导致出现谐振。静止同步补偿器可以等效为可控的电流源，接入系统后不会改变系统的阻抗特性，因此不存在谐振问题。
（7）占地面积和成本的对比。静止无功补偿器均采用电容器和电抗器作为无功补偿器件，因此需要较大容量的电容器和电抗器，其占地面积较大；静止同步补偿器接入电网的连接电抗，其作用是滤除电流中可能存在的较高次谐波，另外起到将变流器和电网这2个交流电压源连接起来的作用，占地面积小。静止无功补偿器采用一般的晶闸管，静止同步补偿器采用门极可关断晶闹管或其他可关断器件，因此同容量的静止同步补偿器成本高于静止无功补偿器。
3. 小结
对配电网电能质量进行治理至关重要，它是保证配电网安全、经济运行的必要条件，是配电网运行水平高低的重要标志，是电力企业用电管理水平考核的重要指标、是提高国民经济总体效益、用电效益和改善电气环境的技术保证。配电网电能质量治理比较复杂，涉及的影响因素较多，这就要求电力企业根据配电网的实际情况，以及企业的需求和资金的雄厚程度，选择合适的治理技术，切实提高配电网的电能质量。
关键词：配电网；电能质量；治理技术；静止无功补偿器；静止同步补偿器
中图分类号：U665.12
电能质量描述的是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、标准电压和正弦波形向用户供电。但电气化铁路和冶金等电网中大功率非线性、冲击性和波动性特殊负荷的大量应用，使得配电网产生电压波动、三相不平衡、谐波和闪变等电能质量问题，极大地影响了配电网的安全和稳定运行。
1. 配电网电能质量问题的概述
一般说来，配电网电能质量包括以下四个方面的内容：（1）电压质量：是实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户所供应的电能是否合格，其包括了大多数电能质量问题，但不包括用电设备对电能质量的影响和污染，以及频率造成的电能质量问题；（2）电流质量：反映了与电压质量密切相关的电流的变化，是用户除对交流电源有恒定频率和正弦波形的要求以外，还要求电流波形与供电电压相位以确保高功率因素运行；（3）供电质量：其技术含义是指供电可靠性和电压质量，非技术含义是指服务质量，包括电价的透明度、合理性以及供电企业对用户投诉的处理速度；（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的用电方的权利和义务，也包括用户是否如数和按期缴纳电费等。
2. 配电网电能质量治理技术的分析
2.1 配电网电能质量治理技术的原理
配电网电能质量治理主要是针对电流质量和电压质量进行，由于理想电压源表现为内阻为零的特性，而理想电流源表现为内阻无穷大的特性，因此对电压扰动和电流扰动分别采用串联补偿及并联补偿的方式。
电压质量问题可以等效为系统侧的扰动电压源uSd，使用串联补偿可以产生一个抵消电压扰动的电压uSc，从而确保电力用户在理想状况下得到高品质的电压uS，这类串联补偿装置主要包括串联型电能质量调节装置（SPQR）、动态电压恢复器（DVR）等。电流质量问题可以等效为负荷侧的扰动电流源iLc，使用并联补偿可以產生一个抵消电流扰动的电流iL，从而确保用户在理想状况下注入系统的电流为三相基波正序有功电流iL，这类并联补偿装置包括有源滤波器（APF）、静止同步补偿器（STATCOM）、并联电容器和静止无功补偿器（SVC）等。本文将主要研究可以用于治理各种负荷多引起电能质量问题的并联型补偿装置，其又可以分为电流源型并联补偿装置和变阻抗型并联补偿装置。
2.2 静止同步补偿器和静止无功补偿器的对比
（1）无功功率特性的对比。静止无功补偿器主要是通过电抗的改变来调节其输出无功功率的，可等效为可控电抗器，其输出的无功功率与系统电压的平方成正比，因此在电力系统电压下降时，其输出的无功功率会以与系统电压下降平方的比例下降；静止同步补偿器输出的无功功率与系统电压成正比，其输出的无功电流与系统电压无关，因此当系统电压下降时，其可以调整变流器交流侧电压的幅值和相位，确保所提供的最大无功电流维持不变，仅受电力半导体器件的电流容量控制。因此，在系统电压下降时，静止同步补偿器输出无功的能力强于静止无功补偿器；在系统电压升高时，静止同步补偿器吸收无功的能力弱于静止无功补偿器。
（2）损耗的对比。图1为FC-TCR型静止同步补偿器和静止无功补偿器的损耗曲线，其中静止无功补偿器的损耗主要包括固定电容器或滤波网络的损耗、晶闸管控制电抗支路中电抗器的损耗、晶闸管损耗；静止同步补偿器的损耗主要包括并联损耗和串联损耗。一般说来，静止同步补偿器的功率损耗要比同容量的静止无功补偿器低2%以上。
（3）谐波特性的对比。静止无功补偿器中的TCR部分主要通过晶闸管的开通，主要控制角不为零，流过电抗器电流就不是正弦波，就会有大量的谐波注入电网，必须采取相应的措施来消除或减弱这些谐波；静止同步补偿器的输出电压不是正弦波，存在较大的奇数次谐波，可以采用桥式变流电路的多重化技术、多电平技术或链式结构以消除较低次的谐波，一般不需要安装滤波器。
（4）响应时间的对比。静止无功补偿器中的TCR部分不可关断晶闸管，一旦晶闸管导通，必须等电流过零才会自然关断，因此其控制系统发出指令到晶闸管相应最大的延时为10ms，加上TCR本身的过渡，整个装置的相应时间为50～60ms；静止同步补偿器为可控电流源加串联电阻和电感支路构成，其相应时间为20～30ms。
（5）控制方式的对比。从控制策略的角度看，静止同步补偿器和静止无功补偿器是完全一样的，但静止无功补偿器是通过改变晶闸管的触发角来改变装置的等效电纳，而静止同步补偿器则是通过对装置输出电压的幅值和相位的快速调节来控制输出无功电流。
（6）谐振特性的对比。静止无功补偿器相当于电抗，接入系统后可能会改变原系统的阻抗特性，如在系统中某些节点安装静止无功补偿器，除研究静止无功补偿器投入后对提高系统安稳作用外，还要研究系统在静止无功补偿器接入前后阻抗特性的变化，防止静止无功补偿器接入后由于改变系统阻抗特性导致出现谐振。静止同步补偿器可以等效为可控的电流源，接入系统后不会改变系统的阻抗特性，因此不存在谐振问题。
（7）占地面积和成本的对比。静止无功补偿器均采用电容器和电抗器作为无功补偿器件，因此需要较大容量的电容器和电抗器，其占地面积较大；静止同步补偿器接入电网的连接电抗，其作用是滤除电流中可能存在的较高次谐波，另外起到将变流器和电网这2个交流电压源连接起来的作用，占地面积小。静止无功补偿器采用一般的晶闸管，静止同步补偿器采用门极可关断晶闹管或其他可关断器件，因此同容量的静止同步补偿器成本高于静止无功补偿器。
3. 小结
对配电网电能质量进行治理至关重要，它是保证配电网安全、经济运行的必要条件，是配电网运行水平高低的重要标志，是电力企业用电管理水平考核的重要指标、是提高国民经济总体效益、用电效益和改善电气环境的技术保证。配电网电能质量治理比较复杂，涉及的影响因素较多，这就要求电力企业根据配电网的实际情况，以及企业的需求和资金的雄厚程度，选择合适的治理技术，切实提高配电网的电能质量。