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电能质量治理

日期: 2017-11-10
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          IEC(1000-2-2/4)标准将“电能质量”定义为“供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性”。IEEE Std.1100-1999将“电能质量定义为“满足电子装置的运行条件,并能够以一种与主布线系统及其它相关装置相协调的方式驱动、保护电子装置’。国内有的学者简明地表示为“电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差”。不论如何表达,“电能质量.的概念中应包括电能供应中所要考虑的一切方而,这些方面可以分成如下三类:

 

         (1) 电压和频率的偏差:过电压、欠电压、频率偏差。

 

         (2) 电压和电流的波形:电压跌落、电压突升、电压波动和闪变、谐波、三相不对称。

 

         (3) 供电连续性:瞬时断电,暂时断电,持续断电。每一项的定义,按照IEEE Std .1159-1995。我国在参考I ECEMC-61000系列标准和IEEE Std标准后,已经颁布的电能质量系列国家标准有《供电电压允许偏差》、《电压允许波动和闪变》、《公用电网谐波》、《三相电压允许不平衡度》和《电力系统频率允许偏差》等五项标准。

 

HDGC3531 手持式三相电能质量分析装置

 

干扰原因及对策

 

影响电能质量的原因各种各样,大体可以分为:

 

        (1) 内因。系统本身接有电弧炉、整流器、单相负荷、大功率电动机等干扰性负荷。这些负荷对电网产生负面影响,如谐波、无功冲击、负序等,而且这些负而影响可能通过公共连接点(PCC)波及其它终端用户。因此,系统中***安装相关装置,以及时缓解这些问题,而且还应根据电能质量评估体系,利用经济杠杆约束此类用户对电能质量的影响。

 

        (2) 外因。雷电、外力破坏、树枝影响、配电设备故障、电容器投切、线路切换等都可能千扰系统,造成断电或电压变动,甚至影响到相邻线路,导致有害影响蔓延。现在采取的措施,一是减少故障发生的次数和改变排除故障的方式,目前配电系统中的线路主保护是电流保护,该保护最大的缺陷是线路中相当大部分区域上的故障不能无时延地予以切除,此外即使无时延保护,从检测出故障到断路器开断故障,最快也需要3-6个周波若是性故障,多次重合闸则导致电压的不断波动.二是降低装置对电能质量问题的敏感性,主要是用户侧在敏感负荷或关键负荷处安装补偿装置,这种方法对单个负荷可有直接和明显的效果,但是受限于补偿装置的容量和价格,应用范围也受到限制。

 

HDGC3580 电能质量监测仪

 

        目前在电能质量检测与控制中,有两个重要环节需要深入探讨:(1) 实时准确地检测。检测值可能是要滤除的谐波、要补偿的无功或要平衡的不对称值等。己经出现的检测方法很多,大多数的检测方法在信号平稳时,能准确地检测出干扰值。而这里的目实时检测一主要是指当信号被干扰时,检测电路的实时跟踪速度,目前大多数的常规检测方法很少能傲到这一点,而实时性对于持续时间较短的电压跌落、突升、闪变、谐波等尤为重要。以谐波检测方法为例,为提高实时性,前人提出了不同的方法,有的是常规方法的改进,更多的是新理论的灵活应用。但这些检测方法在改进的同时也带来了新的问题,如要选择合适的数学函数、变换结果的相位与幅值会出现偏差等,所以它们的有效性还有待进一步研究。

 

       (2) 求得补偿信号的参考值后,要快速准确地驱动变流器,产生补偿信号。目前出现的控制方法有:滞环比较控制、空间矢量控制、无差拍控制等.这些方法各有优点,可根据实际情况灵活选用。无论是检测还是控制,存在的主要问题都是如何减小以至消除时滞,使补偿偏差***小。

        电能质量控制器(或有源滤波器)的结构一般是:靠近源侧(或负荷侧)连接一并联逆变器,靠近负荷侧(或源侧)连接一串联逆变器,两逆变器通过公共的直流电容结合在一起。串联部分的功能为补偿各种干扰,并联部分的功能为有源滤波、动态补偿无功、为直流电容提供能量等。当在直流侧并联能量储存装置时,还能使负载不受瞬时停电的十扰.整个电路的三个主要组成部分为检测电路、控制电路PWM形成及驱动电路。在上例基础上进行改变,例如只取并联侧或只取串联侧;使用三相整流桥或三相PWM整流桥:储能部分采用蓄电池、超导、飞轮或超级电容器,以供应短时有功电力;不同的补偿目标采用不同的控制方法等,就可以制造出不同的设备,实现不同的功能。现在,配电系统中应用的主要补偿设备大致可以分为两类:

 

      (1) 综合功能补偿装置

 

       这类装置功能比较齐全,可完成电压控制、动态滤波、缓解闪变、低损耗控制无功、供应有功电力等多项功能,如电能质量控制中心QCC(Quality Control Center)、静止同步补偿器SATACOM(STATic synchronous COMpensator)、统一电能质量调节器PQC等。己有试验装置投入实际运行,取得了比较显著的效果,例如清华大学与河南省电力公司研制的士2 OMvarSTATCOM已于1999年4月投入现场试运行:西门子己系列生产出基于IGB丁的PWM换流器的PQC装置。

 

        (2) 单一功能补偿装置

 

        这类装置的设计主要针对某一特定电能质量问题,如电压控制、谐波滤除等,功能单一,因此与综合功能补偿装置相比,控制也较为简单。对某一电能质量问题突出的用户,此类装置较为实用。如固态断路器(SSB一Solid-State Breaker)和固态转换开关(SSTS一Solid-State TransferSwitch)、动态电压恢复器(DVR一Dynamic Voltage Restorer)、有源滤波器】(APF-Active Power Filter)等。

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