输变电过程中电能质量的影响因素与控制方法

包含技术含义和非技术含义两个方面:技术含义有电压质量和供电可靠性。非技术含义是指服务质量(qualityofservice),包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等;用电质量(qualityofconsumptionI)包括电流质量和非技术含义,如用户是否按时、如数缴纳电费等。

一般地说,电能质量的定义是:导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用,电力系统中用电负荷结构发生改变,尤其是变配电过程中对电能也会造成冲击和破坏;另外,笔者所在的江西新余是江西省的重要钢铁基地,变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷对电能质量也会造成很大破坏;而电能作为商品,人们会对电能质量提出更高的要求,电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题。所以有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。

一、输变电过程中可能出现的电能质量问题

随着电力系统规模的不断扩大,输变电过程中电能质量问题的产生主要有以下几个原因。

(一)电力系统元件存在的非线性问题

电力系统元件的非线性问题主要包括:发电机产生的谐波;变压器产生的谐波;直流输电产生的谐波;输电线路(特别是超高压输电线路)对谐波的放大作用。此外,还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中,直流输电是目前电力系统最大的谐波源。

(二)非线性负荷

大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流,对电能质量造成严重影响,同时也使功率因数降低。在工业和生活用电负载中,非线性负载占很大比例,这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉(包括交流电弧炉和直流电弧炉)是主要的非线性负载,它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活用电负荷中,荧光灯的伏安特性是严重非线性的,也会引起严重的谐波电流,其中3次谐波的含量最高。

(三)电力系统故障

电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题,如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等,都会造成各种电能质量问题。

二、电能质量标准

综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准,中低压电能质量标准分5大类13个指标。

(1)频率偏差:包括在互联电网和孤立电网中的两种。

(2)电压幅值:慢速电压变化(即电压偏差);快速电压变化(电压波动和闪变);电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms~1min)内下降到90%的额定值以下,然后又恢复到正常水平,会使用户的次品率增大或生产停顿);短时断电(又称电压中断),是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min,电压中断使用户生产停顿,甚至混乱);长时断电;暂时工频过电压;瞬态过电压。

(3)电压不平衡。

(4)电压波形:谐波电压;间谐波电压(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起,如大功率的交—交变频,间谐波的频率不是工频的整数倍,但其危害等同于整数次谐波)。

(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号,用于通信和控制)。

三、输变电过程中电能质量问题的控制策略与技术

(一)做好电能质量问题的控制的基础性工作可以大大降低电能质量的问题

首先要掌握供电网络运行状态,对电能质量开展实时监测,以掌握其动态;其次是分析诊断其变化,即在详细分析电能质量数据的基础上,利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析,排除虚假的谐波干扰;再次是开展系统的合理设计和改造。变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询,线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施,以降低线损,降低设备损失事故。最后是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试,以了解治理后的效果,并总结经验。

二)可以用SVC装置保持系统电压的恒定

近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置,已成功地运用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿,它可使所需无功功率作随机调整,从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。

Qi=QD+QL-Qc(1)

式(1)中Qi、QD、QL、Qc分别为:系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率,单位均为kvar。

当负荷产生冲击无功△QD时,将引起

△Qi=△QD+△QL+△Qc(2)

其中△Qc=0,欲保持△QC不变,即△Qi=0,则△QD=-△QL,即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整,此时电压水平能保持恒定不变。