淺析電能質量的控制技術

前言

　　近年來配電系統(tǒng)電能質量控制技術得到了長足進步，其中最有代表最有影響的有，配電系統(tǒng)靜止無功補償裝置(DSTATCOM)，有源電力濾波器(APF)，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的適時監(jiān)測(SCADA)，動態(tài)電壓調節(jié)器(DVR)。

　　(一)配電系統(tǒng)靜止無功補償(DSTATCOM)

　　用電系統(tǒng)中存在著很多的快速沖擊負荷電流，如中高頻電爐，大容量電機高感抗負荷突然啟動，會造成電壓閃變，引起配電系統(tǒng)電流及電壓的不平衡，傳統(tǒng)采用靜止無功補償器(SVC)來抑制電壓閃變，但SVC的響應速度慢(幾十毫秒)，抑制閃變率難以達到50%以上，與其相比，采用PWM控制的與電力系統(tǒng)并聯(lián)的電壓源變流器即配電系統(tǒng)靜止無功補償裝置(DSTATCOM)具有動態(tài)響應速度快，補償電流不依賴系統(tǒng)電壓，諧波抑制能力強，抑制電壓閃變效果好，有功損耗小等優(yōu)點，因此DSTATCOM裝置逐漸取代SVC裝置得到廣泛應用。

　　(二)有源電力濾波器(APF)

　　在電力系統(tǒng)中，不受控制的諧波電壓和諧波電流是影響電能質量的最主要原因。首先用準確的均方根值測量儀器儀表對電路及中性線定期測量，進行諧波調查。加強對用戶輸電線路電能質量的測量和檢查，定期對輸配電系統(tǒng)進行檢測、對比，特別是中低壓系統(tǒng)，找出諧波產生和發(fā)展的規(guī)律。諧波污染的抑制和防治措施根據(jù)裝置工作原理不同又分為無源濾波器和由電力電子設備組成的有源濾波器。無源濾波裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用。

(三)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的適時監(jiān)測(SCADA)

　　電力系統(tǒng)中，動態(tài)電能質量問題是近年來伴隨高新技術發(fā)展而暴露出來的問題，研究電力用戶對電能質量的敏感性和應激性可以為選擇合適的補償方式提供重要依據(jù)，同時也為電能質量標準的制定提供重要的參考。對現(xiàn)場動態(tài)數(shù)據(jù)進行質量監(jiān)測的SCADA系統(tǒng)是配電管理系統(tǒng)的研究方向。現(xiàn)場數(shù)據(jù)不但包括功率、電壓、電流等測量數(shù)據(jù)，還包括分合閘、過流、速斷等操作及事故所產生的事件數(shù)據(jù)。當發(fā)生事故而導致跳閘時，還要記錄現(xiàn)場的故障錄波數(shù)據(jù)，可見，需要通信的數(shù)據(jù)量是一般工業(yè)控制中所無法比擬的。由于電力系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化非?？?，一次過流可能只維持十幾毫秒，數(shù)據(jù)稍縱即逝，所以對數(shù)據(jù)的實時性、通信速度的要求是非常高的。

　　監(jiān)控系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)可靠、高效的通信是系統(tǒng)可靠性的關鍵，是設計監(jiān)控軟件的重點。一些現(xiàn)有的軟件將數(shù)據(jù)通信、處理和監(jiān)控都做在一個軟件中，雖然顯得直觀緊湊，但系統(tǒng)的升級改進卻十分不便，一個微小的改動都要對全部系統(tǒng)進行重新整理，因此，采取模塊化結構是一種比較好的選擇。

　　在一個大型電力監(jiān)控系統(tǒng)設計中，硬件上采用通信站和監(jiān)控站分開的獨立方式，軟件上將底層通信軟件從監(jiān)控軟件中分離出去，在通信站中獨立工作，通信站專門負責底層現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集，并和上層監(jiān)控站進行雙向數(shù)據(jù)通信。由于通信站的獨立，使上層監(jiān)控站的任務大大減輕，不但提高了底層的通信速率，還加快了監(jiān)控界面的數(shù)據(jù)刷新速度。如果下層儀表數(shù)量很多，可以在通信站上采用多路雙口RAM智能通信卡，并擴充為多個串口，進一步提高底層通信速度。這樣，才能及時有效地提高電能輸送質量。

　　(四)動態(tài)電壓調節(jié)器(DVR)

　　DVR相當于一個串聯(lián)在配電系統(tǒng)中動態(tài)受控的電壓源，采用適當?shù)目刂品椒梢允乖撾妷涸摧敵龅窒娏ο到y(tǒng)擾動對負荷電壓造成的不良影響，如電壓跌落、電壓不平衡及諧波等。當直流側能量通過從系統(tǒng)整流獲得時，在系統(tǒng)側即使發(fā)生單相故障，其它兩相仍可以提供電能來維持DVR的正常運行，補償長期的電壓跌落也成為可能。如果在直流側電容兩端并聯(lián)蓄電池，或采用大容量電容儲能，該裝置還可起到UPS的作用，即在系統(tǒng)側發(fā)生短期故障時可以向負荷提供一定時間的功率。采用合適的拓撲結構，DVR可以綜合地治理配電系統(tǒng)中的動態(tài)電壓質量問題如跌落、浪涌和穩(wěn)態(tài)電壓質量問題?(如諧波、波動、三相不平衡)，是一個多目標的電壓質量綜合治理裝置。

　　另外，配電系統(tǒng)電能質量控制技術還有不間斷電源(UPS)，統(tǒng)一電能質量控制器(UPQC)，固態(tài)切換開關(SSTS)，分布式發(fā)電系統(tǒng)(DG)等。