配电网电能质量问题与改善措施

配电网电能质量问题与改善措施摘要：目前，随着配电网建设规模的不断扩大，电能供给量已得到很大的改善，但电能质量上还存在不少问题，变电站负载率不平行、电源电路的支路点缺乏可靠性等等，使电能质量受到了影响。因而，为保证人们生活水平的用电质量，对配电网电能质量应加以深入分析研究，采取有效的治理技术措施和合理的发展规划，以提高电能质量的稳定安全。关键词：配电网；电能质量；问题；措施刖言合格的电能质量不仅能够输送电力使设备正常运行，还能够保证其额定电压和额定频率有正弦波形，以及应具有瞬变能力，如冲击脉冲、衰减振荡、瞬时间断和谐波等。但在实际供给用户端的公用电网交流电能质量上，还存在电压、电流或频率方面的偏差，甚至使用户的电气设备出现故障。因此，对配电网电能质量问题的治理刻不容缓，应系统、综合地采取措施，提高人们的生活用电质量和社会经济发展。1配电网电能存在的质量问题1.1电压偏差在电压质量方面，取决于实际电压与理想电压之间的偏差大小，这一数据也代表了向电力用户所提供的电能是否符合相关标准，所涉及范围虽涵盖了绝大多数电能质量的问题，但对于用电设备造成的污染及频率引发的质量问题却未被纳入其中，要想保证电力设备正常运行，需确保电压为额定电压，一旦电压端出现问题，不仅会对设备本身的使用寿命，还会对其运行参数产生较大影响。1.2公用电网谐波在当前电网建设中，非线性负荷进一步增加，这就使得大批量的谐波电流注入电网循环中，在此情况下，电压的正弦波受到影响发生畸变，进而使得电能质量受到负面影响，而这种不良影响也会随着电网系统传导至供电设备、用户用电设备以及继电保护系统等。谐波还会造成电网中的感性负荷引发过电压，而容性负载又会形成过电流，这也是导致用电计量失准的重要因素。如使继电保护误动，引起故障；干扰电子设备，使计算机误动作，电子设备无触发；通信回路、弱电回路产生杂音，都会造成故障。1.3电压波动和闪变在不论是在高电压还是在低电压的运行过程中，必然会对相关设备产生较大不良影响，对于照明设备而言，若电压过低则会无法满足光照度要求，且在电压进一步降低过程中，电动机有可能由于过负荷状态增加而存在被烧毁的风险，同时电动机的启动也会相应受到影响。而且若长期处于高电压运行的状态，则会影响电机的绝缘系统。电压过低会加剧电网线路及相关电气设备受损情况，且较低的电压还会触发低电压保护系统，进而出现空气开关跳闸，使得电路无法正常运行。相应地，若电压过高，则会触发电压保护装置，也会增加电压线圈被烧毁的风险。由此可见，无论是电压过高还是电压过低，都会对电能质量产生影响，进而使用户的用电设备无法正常运行。常见的包括电视、冰箱无法启动，或电压崩溃、电网瓦解等，都会对严重影响电网运行安全。1.4电网频率较低电网频率会使得一些用电设备出现被烧毁的情况。如频率的降低会使得电动机的转速受到影响而降低，由此使得某些设备产品出现不合乎标准的现象。此外，低频率的运行模式也会严重影响系统本身的稳定性，进而对其安全性产生较大影响。若频率过高同样不利于电网安全，高频运行状态会使得相关电气设备的转速增快，而电压的大幅升高也会使得其由于超出原设定计划而影响通信或音像信号的质量。2提高配电网电能质量的方法2.1无功功率补偿无功补偿主要依赖于相关设备所产生的无功功率，由此提升系统本身的功率因数以达到提升电压质量、降低能耗的目的。无功补偿设备的配置，应按照"分级补偿、就地平衡、合理布局〃的原则。（1） 首先要保证整体与局部的平衡，即既要确保全网总的无功平衡，还应确保各分站以及分线的无功平衡。（2） 其次要使得电力部门与电力用户之间的电力补偿相互结合，在配网循环中，用户侧消耗的无功功率达50%〜60%。剩余部分则会在配网循坏中被消耗，所以为了达到减少无功功率在运输中的消耗就应当尽可能实现就地补偿，这就要求从电力部门与电力用户两方共同进行补偿。（3） 此外还要坚持分散补偿与集中补偿同时进行。在这一过程中还要坚持以分散补偿为主要补偿形式。即在配网中的分散的负荷区如配电变压器或者配电线路及用户的用电设备中实现无功补偿。而集中补偿作为辅助补偿形式，主要是对变电所中的大容量变电设备进行无功补偿。（4） 坚持降损与调压结合进行，在这一过程以降损为主，调压为辅。这一补偿原则主要是针对电网线路复杂、符合分散且功率因数相对较低的电路，由于该类线路本身的线损率较大，所以对其进行补偿可以显著提升线路本身的供电能力。（5） 坚持高压补偿与低压补偿辅助进行。同时也要做到以低压补偿为主，高压补偿为辅。2.2无源滤波装置无源滤波装置的主要构件包括电容器、电抗器以及电阻器等。其主要是对某一次或者该次以上的谐波形成低阻抗通路，以此抑制高次谐波。基于SVC的调节范围由感性区延伸至容性区，因此应当使滤波器与进行动态控制的电抗器实现并联，由此在改善功率因数、实现无功补偿的同时，消除高次谐波。2.3有源滤波器由于无源滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至出现谐振现象，进而促使人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。有源滤波装置的运行原理是利用功率可控的半导体设备向电网中输注和谐波源幅值相等、相位相反的电流，以此中和电源中的总谐波电流，使其为零，最终实现实施补偿谐波电流的目的。较之于无源滤波器，该装置不仅可以补偿各次的谐波，还能做到补偿无功、抑制闪变，因此其性价比更优。此外，由于滤波本身不会受到系统抗阻的影响，这也就避免了出现谐振的情况。与此同时，该装置本身适应性较好，因此可以自主完成对谐波的跟踪补偿。3电能质量的改善措施3.1配电网发展规划（1）优化电网结构。电网的建设工程是一项系统性较强的工程，对于电网结构而言，各时期的电网结构也不尽相同，其发展势必然经过由小变大、由弱变强以及从低到高的发展历程。所以在进行电网结构的优化过程中，应当注意以下几个方面。首先，由负荷中心入手，在规划过程中，应将区域中的主要供电源点布置于负荷中心，该种设计模式更利于次级电网的相关建设及对整个网络结构的优化完善，进而电网系统的安全性也得到保证。其次，建设过程中应秉承逐层、分区建设。当前，为了提升管理效率，所以在对电网运行时也要按照分层、分区的管理模式。在这过程中，端系统为核心，外部电源则会被连接至受端系统中，由此实现这一区域的平衡的同时，又可以使得线路和各区域实现联通。在受端系统中，由等级较高的线路构成区域系统，枢纽变电站为中心，再由次级线路实现各区域电源与负荷之间的连通，由此便构成一个个较为独立的供电区，它们虽然在结构上相互独立，但内部联系使其能够相互支援。这样的结构模式更利于保证电网的安全性与电能质量。最后，在配电网建设时应坚持先布点后增容原则，充分利用现有条件增加布点以优化电网结构。（2）加强无功规划。目前电网规划中存在的一个较为普遍的问题是有无功之间的发展不协调。主要表现为无功功率不足，这也是引发电网功率因数较低，电压质量不高以及线损率较高的重要原因。为了避免上述问题，应当在合理规划有功电力建设的同时也合理规划无功补偿，优化无功电源排布，以此提升电网安全性的同时兼顾经济性。3.2配电网谐波治理在经济快速发展的时代背景下，电网建设相关要求也更加严格，加之一些容量大、具有冲击性的负荷设备的接入，使得电网系统中的谐波及次谐波分量进一步增大，而由谐波污染引发的质量问题也更加凸显。若不进行及时有效的治理，则会带来更加严重的经济损失，由此可见，强化用户侧的谐波污染管控迫在眉睫。当前，谐波治理措施还不是很完善，在政策上虽然已制定相应的技术措施，对治理劣质电能质量规定"谁污染，谁治理”，不过，由于没有激励的机制，用户对谐波污染的处理方面只关注投入的成本，由此而产生的电能质量影响基本不会考虑，对治理的成效不够理想，进而加大了电网整体污染程度。对于谐波的治理可以采取以下方法：第一，改善谐波设备的电能质量，如给变频器加电抗器和出口滤波装置、整流电路增加整流脉数减小谐波干扰，采用新型矿热炉设备和中频设备等；第二，对电网谐波进行滤波，可以采用电容、电感滤波和有源电子滤波APF的方式进行滤波，不过两种滤波是不同的，电容滤波是以分流方式滤除谐波，即给谐波开一个旁路通道，而APF却是抵消式滤波的方式，即与原有谐波产生一个大小相等、方向相反的谐波源，抵消原有谐波。从滤波效果上，APF高于电容、电感式滤波。随着电力电子器件IGBT价格的降低，APF会越来越得到广泛的应用，最终会实现整体提高电能的质量。4总结综上所述，对电能质量的治理是确保配电网安全、经济运行的关键所在，也是提高配电网运行水平