综述电力系统中电能质量及谐波测控技术

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)。

(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：220kv的允许值参照110kV执行，THD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。

2、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。

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