论文部分内容阅读
摘要：随电力工业诞生而存在的一个传统问题。现代用电负荷结构发生了质的变化。电力电子技术的广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用点特性引起的电能质量的恶化。计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。
关键词：分析,监测,质量,电压,电能,电网,
Abstract: along with the birth of electric power industry is a traditional problem. Qualitative changes have taken place in modern power load structure. The wide application of power electronic technology, electrical appliances, the development of steelmaking arc, etc., due to the use point characteristics of nonlinear, impact and unbalance caused by the deterioration of power quality. The popularization of computer and the development of IT industry, micro-electronic control technology application led to demands for power quality is getting higher and higher.
Key words: analysis, monitoring, quality, voltage, power, power grid,
中图分类号： U665.12 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1衡量电能质量的主要指标由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。
(1) 电压偏差（voltage deviation）：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。
(2) 频率偏差（friquency deviation）：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。
(3) 电压三相不平衡（unbalance）：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。
(4) 谐波和间谐波（harmonics & inter-hamonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。
(5) 电压波动和闪变（fluctuation & flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。
2电能质量问题的产生
2.1电能质量问题的定义和分类电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。
2.2电能质量问题产生原因分析随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。
2.2.1电力系统元件存在的非线性问题电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波；输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
2.2.2非线性负荷在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。
2.2.3电力系统故障电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3.1几种电能质量控制策略
（1）PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。
（2）空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP進行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。
（3）模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。
（4）非线性鲁棒控制：超导储能装置 (SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型，既可应用反馈线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进行控制，也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。
3.2FACTS技术FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪80年代末期由美国电力研究院（EPRI）提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。
目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。
3.3用户电力（Custom Power）技术用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。
用户电力技术概念的提出，有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力，也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。目前主要的DFACTS装置有：有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D－STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。
5结束语
为了保护电网的安全运行和用户的安全用电，针对目前电网电能质量严重超标且正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行的问题，对典型变电站电能质量进行了实测和综合分析，并采取了有效的防范措施，取得了成效，从而限制了污染电网的强干扰源（如谐波源），确保电力系统的安全、可靠、经济运行，保护电力用户的合法权益。
［参考文献］：
［1］蔡述涛,张尧,荆朝霞. 地区电网黑启动方案的制定［J］.电力系统自动化,2005,29(12).
［2］谌军,曾勇刚,杨晋柏,等. 南方电网黑启动方案［J］.电力系统自动化,2006,30(9).
关键词：分析,监测,质量,电压,电能,电网,
Abstract: along with the birth of electric power industry is a traditional problem. Qualitative changes have taken place in modern power load structure. The wide application of power electronic technology, electrical appliances, the development of steelmaking arc, etc., due to the use point characteristics of nonlinear, impact and unbalance caused by the deterioration of power quality. The popularization of computer and the development of IT industry, micro-electronic control technology application led to demands for power quality is getting higher and higher.
Key words: analysis, monitoring, quality, voltage, power, power grid,
中图分类号： U665.12 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1衡量电能质量的主要指标由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。
(1) 电压偏差（voltage deviation）：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。
(2) 频率偏差（friquency deviation）：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。
(3) 电压三相不平衡（unbalance）：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。
(4) 谐波和间谐波（harmonics & inter-hamonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。
(5) 电压波动和闪变（fluctuation & flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。
2电能质量问题的产生
2.1电能质量问题的定义和分类电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。
2.2电能质量问题产生原因分析随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。
2.2.1电力系统元件存在的非线性问题电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波；输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
2.2.2非线性负荷在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。
2.2.3电力系统故障电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3.1几种电能质量控制策略
（1）PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。
（2）空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP進行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。
（3）模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。
（4）非线性鲁棒控制：超导储能装置 (SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型，既可应用反馈线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进行控制，也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。
3.2FACTS技术FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪80年代末期由美国电力研究院（EPRI）提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。
目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。
3.3用户电力（Custom Power）技术用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。
用户电力技术概念的提出，有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力，也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。目前主要的DFACTS装置有：有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D－STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。
5结束语
为了保护电网的安全运行和用户的安全用电，针对目前电网电能质量严重超标且正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行的问题，对典型变电站电能质量进行了实测和综合分析，并采取了有效的防范措施，取得了成效，从而限制了污染电网的强干扰源（如谐波源），确保电力系统的安全、可靠、经济运行，保护电力用户的合法权益。
［参考文献］：
［1］蔡述涛,张尧,荆朝霞. 地区电网黑启动方案的制定［J］.电力系统自动化,2005,29(12).
［2］谌军,曾勇刚,杨晋柏,等. 南方电网黑启动方案［J］.电力系统自动化,2006,30(9).