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

一般地說,電能質(zhì)量的定義是:導(dǎo)致用戶設(shè)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(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝置的廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)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(fù)荷對電能質(zhì)量也會造成很大破壞;而電能作為商品,人們會對電能質(zhì)量提出更高的要求,電能質(zhì)量已逐漸成為全社會共同關(guān)注的問題。所以有必要對其相關(guān)指標(biāo)與改善措施作討論和分析。

一、輸變電過程中可能出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,輸變電過程中電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生主要有以下幾個原因。

(一)電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題

電力系統(tǒng)元件的非線性問題主要包括:發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波;變壓器產(chǎn)生的諧波;直流輸電產(chǎn)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(lián)電容器補(bǔ)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(tǒng)最大的諧波源。

(二)非線性負(fù)荷

大功率整流或變頻裝置也會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流,對電能質(zhì)量造成嚴(yán)重影響,同時也使功率因數(shù)降低。在工業(yè)和生活用電負(fù)載中,非線性負(fù)載占很大比例,這是電力系統(tǒng)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(fù)載,它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴(yán)重非線性引起的。居民生活用電負(fù)荷中,熒光燈的伏安特性是嚴(yán)重非線性的,也會引起嚴(yán)重的諧波電流,其中3次諧波的含量最高。

(三)電力系統(tǒng)故障

電力系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)外故障也會造成電能質(zhì)量問題,如各種短路故障、自然現(xiàn)象災(zāi)害、人為誤操作、電網(wǎng)故障時發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中的電力電子設(shè)備的啟動等,都會造成各種電能質(zhì)量問題。

二、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

綜合新頒布的電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分5大類13個指標(biāo)。

(1)頻率偏差:包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)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(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時間(10ms~1min)內(nèi)下降到90%的額定值以下,然后又恢復(fù)到正常水平,會使用戶的次品率增大或生產(chǎn)停頓);短時斷電(又稱電壓中斷),是由于系統(tǒng)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(chǎn)停頓,甚至混亂);長時斷電;暫時工頻過電壓;瞬態(tài)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(fù)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(shù)倍,但其危害等同于整數(shù)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(zhì)量問題的控制策略與技術(shù)

(一)做好電能質(zhì)量問題的控制的基礎(chǔ)性工作可以大大降低電能質(zhì)量的問題

首先要掌握供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài),對電能質(zhì)量開展實(shí)時監(jiān)測,以掌握其動態(tài);其次是分析診斷其變化,即在詳細(xì)分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用仿真軟件對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的固有諧振特性進(jìn)行計算與分析,排除虛假的諧波干擾;再次是開展系統(tǒng)的合理設(shè)計和改造。變電站的設(shè)計和投運(yùn)以及新的電力用戶投運(yùn)之前都要進(jìn)行諧波源負(fù)荷及電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢,線路網(wǎng)絡(luò)改造和建設(shè)也要結(jié)合運(yùn)行負(fù)荷的特點(diǎn)和措施,以降低線損,降低設(shè)備損失事故。最后是開展濾波裝置或無功補(bǔ)償裝置的研制、調(diào)試和現(xiàn)場測試,以了解治理后的效果,并總結(jié)經(jīng)驗。

二)可以用SVC裝置保持系統(tǒng)電壓的恒定

近些年來發(fā)展起來的SVC裝置是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置,已成功地運(yùn)用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償,它可使所需無功功率作隨機(jī)調(diào)整,從而保持在非線性、沖擊性負(fù)荷連接點(diǎn)的系統(tǒng)電壓水平的恒定。

Qi=QD+QL-Qc(1)

式(1)中Qi、QD、QL、Qc分別為:系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的無功功率、負(fù)荷所需的無功功率、可調(diào)(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補(bǔ)償裝置發(fā)出的無功功率,單位均為kvar。

當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)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(fù)荷無功功率作隨機(jī)調(diào)整,此時電壓水平能保持恒定不變。