包含技術含義和非技術含義兩個方面:技術含義有電壓質量和供電可靠性。非技術含義是指服務質量(qualityofservice),包括供電企業對用戶投訴的反應速度和電力價格等;用電質量(qualityofconsumptionI)包括電流質量和非技術含義,如用戶是否按時、如數繳納電費等。

一般地說,電能質量的定義是:導致用戶設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。隨著基于計算機系統的控制設備與電子裝置的廣泛應用,電力系統中用電負荷結構發生改變,尤其是變配電過程中對電能也會造成沖擊和破壞;另外,筆者所在的江西新余是江西省的重要鋼鐵基地,變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷對電能質量也會造成很大破壞;而電能作為商品,人們會對電能質量提出更高的要求,電能質量已逐漸成為全社會共同關注的問題。所以有必要對其相關指標與改善措施作討論和分析。

一、輸變電過程中可能出現的電能質量問題

隨著電力系統規模的不斷擴大,輸變電過程中電能質量問題的產生主要有以下幾個原因。

(一)電力系統元件存在的非線性問題

電力系統元件的非線性問題主要包括:發電機產生的諧波;變壓器產生的諧波;直流輸電產生的諧波;輸電線路(特別是超高壓輸電線路)對諧波的放大作用。此外,還有變電站并聯電容器補償裝置等因素對諧波的影響。其中,直流輸電是目前電力系統最大的諧波源。

(二)非線性負荷

大功率整流或變頻裝置也會產生嚴重的諧波電流,對電能質量造成嚴重影響,同時也使功率因數降低。在工業和生活用電負載中,非線性負載占很大比例,這是電力系統諧波問題的主要來源。電弧爐(包括交流電弧爐和直流電弧爐)是主要的非線性負載,它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴重非線性引起的。居民生活用電負荷中,熒光燈的伏安特性是嚴重非線性的,也會引起嚴重的諧波電流,其中3次諧波的含量最高。

(三)電力系統故障

電力系統運行的內外故障也會造成電能質量問題,如各種短路故障、自然現象災害、人為誤操作、電網故障時發電機及勵磁系統的工作狀態的改變、故障保護裝置中的電力電子設備的啟動等,都會造成各種電能質量問題。

二、電能質量標準

綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發達國家的相關標準,中低壓電能質量標準分5大類13個指標。

(1)頻率偏差:包括在互聯電網和孤立電網中的兩種。

(2)電壓幅值:慢速電壓變化(即電壓偏差);快速電壓變化(電壓波動和閃變);電壓暫降(是由于系統故障或干擾造成用戶電壓短時間(10ms~1min)內下降到90%的額定值以下,然后又恢復到正常水平,會使用戶的次品率增大或生產停頓);短時斷電(又稱電壓中斷),是由于系統故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min,電壓中斷使用戶生產停頓,甚至混亂);長時斷電;暫時工頻過電壓;瞬態過電壓。

(3)電壓不平衡。

(4)電壓波形:諧波電壓;間諧波電壓(由較大的波動或沖擊性非線性負荷引起,如大功率的交—交變頻,間諧波的頻率不是工頻的整數倍,但其危害等同于整數次諧波)。

(5)信號電壓(在電力傳輸線上的高頻信號,用于通信和控制)。

三、輸變電過程中電能質量問題的控制策略與技術

(一)做好電能質量問題的控制的基礎性工作可以大大降低電能質量的問題

首先要掌握供電網絡運行狀態,對電能質量開展實時監測,以掌握其動態;其次是分析診斷其變化,即在詳細分析電能質量數據的基礎上,利用仿真軟件對電網結構的固有諧振特性進行計算與分析,排除虛假的諧波干擾;再次是開展系統的合理設計和改造。變電站的設計和投運以及新的電力用戶投運之前都要進行諧波源負荷及電能質量要求等方面的技術咨詢,線路網絡改造和建設也要結合運行負荷的特點和措施,以降低線損,降低設備損失事故。最后是開展濾波裝置或無功補償裝置的研制、調試和現場測試,以了解治理后的效果,并總結經驗。

二)可以用SVC裝置保持系統電壓的恒定

近些年來發展起來的SVC裝置是一種快速調節無功功率的裝置,已成功地運用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償,它可使所需無功功率作隨機調整,從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的系統電壓水平的恒定。

Qi=QD+QL-Qc(1)

式(1)中Qi、QD、QL、Qc分別為:系統公共連接點的無功功率、負荷所需的無功功率、可調(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補償裝置發出的無功功率,單位均為kvar。

當負荷產生沖擊無功△QD時,將引起

△Qi=△QD+△QL+△Qc(2)

其中△Qc=0,欲保持△QC不變,即△Qi=0,則△QD=-△QL,即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負荷無功功率作隨機調整,此時電壓水平能保持恒定不變。