论文部分内容阅读
摘 要：在电力系统中低压用户占了较大的比例，而低压用户对电能的质量比较敏感，但是在电网中存在非对称性、非线性和波动性的一些列的问题，降低了电能的质量，这部分对低压用户和电网电气设备造成严重的损害。针对这方面的问题，作者对低压配电网电能质量做了研究，分析了存在谐波的危害，并分析了滨海地区的无功补偿措施和方案。
关键词：电能质量 配电網 谐波
0. 背景
在当代，电能是一种清洁的、经济实用的二次能源，具有方便转化和容易控制的优点，在人民生活中起到了基础的作用，对世界经济的发展也有重大的作用。随着社会对环境保护意识的提高，增加了节能减排的要求，对用户电能质量控制的可以有效的提高电能的利用率，减少因为停电造成的事故和重大的经济损失。
1. 电能质量的含义
在电力系统中的电能质量是指的是在经过电网的输送后，传递到用户端的交流电的质量，在理想的状态下电能应该是具有恒定不变的正弦波形、频率、标准电压，但是实际上由于各种各样的原因，很难实现这样的理想状态，因此通常对电能质量的理解分为以下几个方面：
1.1电流质量
电流的质量间接的反映了与电压质量密切相关的电流质量的变化量，当交流电源一恒定的正弦波形、频率的运行条件满足用户的要求时，可以保证用户电气设备的正常运行，也能有效的降低电力线路的损耗提高供电质量，但是这样的改善不包括由电压引起的电能质量的问题。
1.2电压质量
电压的质量反映的是理想电压与实际电压的差值，也是一个可以作为供电企业对用电客户供电质量合格的判断方法之一，能够对大部分的电能质量的进行评判，但是这个同样不能包括由于用电设备对电网造成的波动和影响的判断。
1.3用电质量
用电质量这个与用户紧密相联，包括了用户与供电企业的双方的相互的责任权利和义务，包括电力企业是否能提供合格稳定的电能也包括用户是否能在规定的时间内缴纳电费，保护电力设备客户端的完好。
1.4供电质量
供电质量这个较多的偏重于供电企业，通常指的是供电企业依靠自己的技术和力量为用户提供可靠稳定的合格的电能，也包括对用户附加的服务，而现代随着用户对电能质量要求越来越高，对电能质量有了新的要求不光是像以前那样要求保证额定的频率、电压、正弦波形的稳定，还需要对电压的瞬变现象进行控制，控制电压瞬时间断、电压下跌、冲击脉冲等一系列的电压电流问题，从而保证对用户供电的可靠性。
电能质量现象及起因简介
电能质量现象 起因
连续型 公用电网谐波 非线性电气元件和非线性负荷
电压波动和闪变 间歇性负荷或冲突性
三相电压不平衡 电力系统元件参数不对称或负荷不平衡
电压偏差 调压手段、无功功率不平衡
频率偏差 有功功率不平衡
事件型 电压暂降 系统故障、重负荷或大型电机启动
短时间电压中断 备用电源自动投切装置自动重合闸动作
长时间电压中断 线路或设备永久性故障、系统检修、供需不平衡
过电压 系统参数不合适、电力系统投切操作或雷击
2. 低压用户用电存在的电能质量问题
针对低压用户来说，电能质量中最严重的问题是谐波污染，当用户的用电负荷里含有一些非线性用电设备的时候，如各种各种办公设备、视频显示设备，家用电器等，通过对这些设备的电能质量特性的分析以后就会发现这些设备接入电网后会对电网产生以下电能质量问题：
（1）产生大量的零序三次谐波电流，使低压供电母线三次谐波电压严重超过国标允许范围，影响低压设备的安全正常运行；
（2）中性线上的三次谐波电流过高，使中性线发热，增大线损；
（3）各种低压用电设备的三次谐波电流含有率往往高达50%以上，致使电流有效值远远大于基波电流有效值，其视在功率远大于基波视在功率，功率因数也远远小于基波功率因数，导致低压电网谐波电压超标和线损增加。
3. 低压用户谐波分析
谐波对于电能质量的影响通常我们使用谐波畸变率来分析在电力系统中含有谐波的数量，一个单次的谐波的含量通常采用以下的公式来分析，下面的式子表示在一次谐波的幅值除以基波幅值的百分数，即：第次谐波电压含有率的公式为：
这时，我们考虑电压谐波畸变率来表示其对电压波形的畸变程度，采用下面的式子：
其中为第次谐波的电压幅值；这时的为第次谐波的电压含有率，当产生次谐波电压的时候的幅值与基波电压幅值的百分比。
而对电流的畸变率可以来分析电流波形的畸变程度，采用下面的式子：
在上面的式子中，为第次谐波的电流幅值；为第次谐波电流含有率，为这个次谐波电流幅值与基波电流幅值的百分比。
当电网中的电网谐波的增加以后，会对电器设备产生影响造成发热量大大的加，降低寿命，同时伴随着电能损耗量的加大，主要有以下几个方面：
（1）电能质量对电力变压器的影响。
当产生的谐波电流在变压器绕组会产生一定的附加损耗，这种损耗比较大，会引起汽轮发电机的外壳、外层的硅钢片和安装在其上的紧固件发热，同时对电网中的一些重要设备，造成局部过热，加速变压器等设备的老化，造成使用寿命过短。
（2）电能质量对输电线路的影响。
当电网中的谐波较大的时候，会使系统中的功率损耗变大，如果在系统中发生系统谐振或谐波大的情况下，谐波造成的网损占有较大比例。基波电流中含有的谐波电流不多。导线的集肤效使得谐波电阻的增多，这样额外的产生较多附加损耗。
（3）电能质量对继电保护和自动装置的影响。
谐波会在负序量上造成扰动，在电力系统中的采用负序滤波器作为启动元件的保护装置和保护设备和装置。
4. 滨海地区无功补偿的调整方案
滨海地区供电公司的无功补偿根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置。分层无功平衡的主要针对220千伏及以上电压等级的线路，而分区就地平衡的主要针对110千伏及以下线路的配电系统。通过采用分散就地补偿与变电所集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，可以达到调压的需求。无功补偿装置安装以后可以有效的解决电网中谐波过大的问题，减少无功电能流过变压器。对于电缆线路的配置则需要参考进出线的长度，在110千伏及以上电压等级的变电所配置感性无功补偿装置。
5. 结论
随着人民生活水平的提高，和社会发展的需要，对电能质量的要求越来越高，通过对电能质量的控制，不仅可以降低网损也可以有效的提高接入电网中的各种电气设备的使用寿命，对促进经济发展，和国家节能减排政策的实施有重要的意义和实际的价值。
关键词：电能质量 配电網 谐波
0. 背景
在当代，电能是一种清洁的、经济实用的二次能源，具有方便转化和容易控制的优点，在人民生活中起到了基础的作用，对世界经济的发展也有重大的作用。随着社会对环境保护意识的提高，增加了节能减排的要求，对用户电能质量控制的可以有效的提高电能的利用率，减少因为停电造成的事故和重大的经济损失。
1. 电能质量的含义
在电力系统中的电能质量是指的是在经过电网的输送后，传递到用户端的交流电的质量，在理想的状态下电能应该是具有恒定不变的正弦波形、频率、标准电压，但是实际上由于各种各样的原因，很难实现这样的理想状态，因此通常对电能质量的理解分为以下几个方面：
1.1电流质量
电流的质量间接的反映了与电压质量密切相关的电流质量的变化量，当交流电源一恒定的正弦波形、频率的运行条件满足用户的要求时，可以保证用户电气设备的正常运行，也能有效的降低电力线路的损耗提高供电质量，但是这样的改善不包括由电压引起的电能质量的问题。
1.2电压质量
电压的质量反映的是理想电压与实际电压的差值，也是一个可以作为供电企业对用电客户供电质量合格的判断方法之一，能够对大部分的电能质量的进行评判，但是这个同样不能包括由于用电设备对电网造成的波动和影响的判断。
1.3用电质量
用电质量这个与用户紧密相联，包括了用户与供电企业的双方的相互的责任权利和义务，包括电力企业是否能提供合格稳定的电能也包括用户是否能在规定的时间内缴纳电费，保护电力设备客户端的完好。
1.4供电质量
供电质量这个较多的偏重于供电企业，通常指的是供电企业依靠自己的技术和力量为用户提供可靠稳定的合格的电能，也包括对用户附加的服务，而现代随着用户对电能质量要求越来越高，对电能质量有了新的要求不光是像以前那样要求保证额定的频率、电压、正弦波形的稳定，还需要对电压的瞬变现象进行控制，控制电压瞬时间断、电压下跌、冲击脉冲等一系列的电压电流问题，从而保证对用户供电的可靠性。
电能质量现象及起因简介
电能质量现象 起因
连续型 公用电网谐波 非线性电气元件和非线性负荷
电压波动和闪变 间歇性负荷或冲突性
三相电压不平衡 电力系统元件参数不对称或负荷不平衡
电压偏差 调压手段、无功功率不平衡
频率偏差 有功功率不平衡
事件型 电压暂降 系统故障、重负荷或大型电机启动
短时间电压中断 备用电源自动投切装置自动重合闸动作
长时间电压中断 线路或设备永久性故障、系统检修、供需不平衡
过电压 系统参数不合适、电力系统投切操作或雷击
2. 低压用户用电存在的电能质量问题
针对低压用户来说，电能质量中最严重的问题是谐波污染，当用户的用电负荷里含有一些非线性用电设备的时候，如各种各种办公设备、视频显示设备，家用电器等，通过对这些设备的电能质量特性的分析以后就会发现这些设备接入电网后会对电网产生以下电能质量问题：
（1）产生大量的零序三次谐波电流，使低压供电母线三次谐波电压严重超过国标允许范围，影响低压设备的安全正常运行；
（2）中性线上的三次谐波电流过高，使中性线发热，增大线损；
（3）各种低压用电设备的三次谐波电流含有率往往高达50%以上，致使电流有效值远远大于基波电流有效值，其视在功率远大于基波视在功率，功率因数也远远小于基波功率因数，导致低压电网谐波电压超标和线损增加。
3. 低压用户谐波分析
谐波对于电能质量的影响通常我们使用谐波畸变率来分析在电力系统中含有谐波的数量，一个单次的谐波的含量通常采用以下的公式来分析，下面的式子表示在一次谐波的幅值除以基波幅值的百分数，即：第次谐波电压含有率的公式为：
这时，我们考虑电压谐波畸变率来表示其对电压波形的畸变程度，采用下面的式子：
其中为第次谐波的电压幅值；这时的为第次谐波的电压含有率，当产生次谐波电压的时候的幅值与基波电压幅值的百分比。
而对电流的畸变率可以来分析电流波形的畸变程度，采用下面的式子：
在上面的式子中，为第次谐波的电流幅值；为第次谐波电流含有率，为这个次谐波电流幅值与基波电流幅值的百分比。
当电网中的电网谐波的增加以后，会对电器设备产生影响造成发热量大大的加，降低寿命，同时伴随着电能损耗量的加大，主要有以下几个方面：
（1）电能质量对电力变压器的影响。
当产生的谐波电流在变压器绕组会产生一定的附加损耗，这种损耗比较大，会引起汽轮发电机的外壳、外层的硅钢片和安装在其上的紧固件发热，同时对电网中的一些重要设备，造成局部过热，加速变压器等设备的老化，造成使用寿命过短。
（2）电能质量对输电线路的影响。
当电网中的谐波较大的时候，会使系统中的功率损耗变大，如果在系统中发生系统谐振或谐波大的情况下，谐波造成的网损占有较大比例。基波电流中含有的谐波电流不多。导线的集肤效使得谐波电阻的增多，这样额外的产生较多附加损耗。
（3）电能质量对继电保护和自动装置的影响。
谐波会在负序量上造成扰动，在电力系统中的采用负序滤波器作为启动元件的保护装置和保护设备和装置。
4. 滨海地区无功补偿的调整方案
滨海地区供电公司的无功补偿根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置。分层无功平衡的主要针对220千伏及以上电压等级的线路，而分区就地平衡的主要针对110千伏及以下线路的配电系统。通过采用分散就地补偿与变电所集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，可以达到调压的需求。无功补偿装置安装以后可以有效的解决电网中谐波过大的问题，减少无功电能流过变压器。对于电缆线路的配置则需要参考进出线的长度，在110千伏及以上电压等级的变电所配置感性无功补偿装置。
5. 结论
随着人民生活水平的提高，和社会发展的需要，对电能质量的要求越来越高，通过对电能质量的控制，不仅可以降低网损也可以有效的提高接入电网中的各种电气设备的使用寿命，对促进经济发展，和国家节能减排政策的实施有重要的意义和实际的价值。