配电网动态电能质量问题及对策研究:电能质量
[摘要]对动态电能质量问题进行较深入的研究分析,并在此基础上对动态电能质量问题的应对措施进行探讨。 [关键词]配电网动态电能质量应对措施 中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110033-01
当今社会,电能是一种最为广泛使用的能源,其应用程度早已成为一个国家发展水平的重要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展,对电能的需求量日益增加,虽然电能供求关系的矛盾已逐步得到解决,但有关电能质量的问题却日益突出。
如何立足我国国情,研究提高电能质量的科学有效的方法,是一个必须深入研究的重要课题。
一、电能质量概念及其分类
(一)电能质量概念
我国的电能质量包括四个方面的相关术语和概念:
1.电压质量:即用实际电压与额定电压间的偏差,反映供电企业向用户供给的电力是否合格;2.电流质量:即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求,并使电流波形与供电电压同相位,以保证系统以高功率因数运行,这个定义有助于电网电能质量的改善,并降低网损;3.电质量:技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量--包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等;4.用电质量:包括电流质量和非技术含义,如用户是否按时、如数缴纳电费等,它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。
(二)电能质量问题的分类
电力系统中各种扰动引起的电能质量问题按产生和持续的时间长短可以分为稳态电能质量问题和动态(暂态)电能质量问题。
稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征,且持续时间通常在一分钟以上,其表现为过电压、欠电压、电压不平衡和谐波等。
动态电能质量通常是以暂态持续时间为特征,包括脉冲暂态和振荡暂态两大类,主要表现形式为:
1.电压突升、跌落,且持续时间为0.5个周期至1min,其有效值分别为标称电压的110%-180%或10%-90%;2.电压瞬变,持续时间很短且电压值发生快速的变化;3.电压闪变,电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化。
二、电能质量问题产生的原因及危害
(一)电能质量问题产生的危害
电能质量问题会对电力系统、供电部门和电力用户带来严重的危害,主要表现在以下几个方面:
1.谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。大量3次谐波流过中线会使线路过热,甚至引起火灾。2.谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等,使变压器局部严重过热,使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。3.引起电网谐振。这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统,特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁,容易使电容器和电抗器烧毁。4.导致继电保护和自动装置误动作,造成不必要的供电中断和生产损失。5.谐波会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给供电部门或电力用户带来经济损失。6.谐波会对临近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
(二)电能质量问题产生的原因
各动态电压质量问题对系统造成的危害中,电压跌落和瞬时供电中断被认为是影响用电设备安全运行最严重的电压质量问题。研究结果表明,电子类用电设备、自动化程度高的设备以及工序复杂的生产过程对电压跌落比较敏感,并且版本越新的电子产品对供电质量越敏感。
产生电压跌落和供电中断的主要原因为超高压电网故障自然造成大范围配电网的电压波动;雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电;系统故障。另外,保护动作后重合闸引起的电压跌落也是造成瞬时供电中断的主要原因,电压跌落次数将成倍增加,并且在规定时间间隔连续跳闸。
三、电能质量问题的应对措施
(一)加强管理,强化相关电力部门的行业规范
提高电能质量首先要从制度上下功夫,建立一套科学有效的管理制度:
1.掌握供电网络运行状态,对电能质量开展实时监测,以掌握其动态;2.分析诊断其变化,即在详细分析电能质量数据的基础上,利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析,排除虚假的谐波干扰;3.开展系统的合理设计和改造,变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询,线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施,以降低线损,降低设备损失事故;4.开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试,以了解治理后的效果,并总结经验。
(二)加强系统化综合补偿技术的研发和推广应用
对于动态电能质量问题,依靠传统的无功补偿和常规的滤波装置并不能有效地解决,因为诸如电压跌落、浪涌、电压脉冲与瞬时供电中断这类电能质量问题持续的时间很短、变化很快,并且有的电能质量问题还伴随着部分甚至全部的有功损失等情形。
作为FACTS(基于电力电子技术的灵活交流输电系统)技术与配电系统应用的延伸――DFACTS技术已成为改善电能质量的有力工具。目前DFACTS装置主要有:动态电压恢复器(DVR)、配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。
DFACTS技术的核心器件IGCT,它比GTO具有更快的开关频率,并且关断容量已达到一定规模,因此DFACTS装置具有更快的响应特性。
DVR是抑制动态电压干扰的有效补偿装置,它主要由储能单元、DC/AC逆变器模块、连接变压器等部分组成,在消除电压跌落,提高大型综合性敏感工业负荷的供电质量方面有显著的效果。
STATCOM的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定,在电压低时仍能提供较强的无功支撑,并且可从感性到容性全范围内连续调节,使得其无功输出相当于同容量SVC的1.4～2倍;STATCOM还可以抑制电压闪变,大大提高系统动态稳定水平。
SSTS一般与D-STATCOM配合使用,主要用于双回线路的切换,克服传统的机械开关反应慢的弊端,保证对重要用户可靠供电。
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