1. 1電能質(zhì)量的基本概念

目前, 世界各國對電能質(zhì)量的定義都不相同。從不同的角度來看, 對電能質(zhì)量會有不同的理解。

從供電角度看：電能質(zhì)量是指供電的參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)及供電的可靠性；

從用電設(shè)備生產(chǎn)商的角度看：電能質(zhì)量是指提供設(shè)備所要求的電能特性；

從用戶角度看：電能質(zhì)量問題是指一切會引起用電設(shè)備運行故障的供電電壓、電流及頻率的異常擾動。通常, 電能質(zhì)量問題主要反映為電壓質(zhì)量問題。

1. 2電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生電能質(zhì)量問題的原因主要有以下幾個。

(1)非線性負(fù)載。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。如電弧燈、熒光燈的使用會引起電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變, 大功率整流或變頻裝置的使用不僅會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染, 同時也會使得功率因數(shù)降低。

(2) 電力系統(tǒng)的非線性特性。同步發(fā)電機(jī)是公用電網(wǎng)的電源, 但在實際運行中, 它的感應(yīng)電動勢不是理想的正弦波, 因而它的輸出電壓中含有一定的諧波。電力變壓器勵磁回路的非線性特性也會使它產(chǎn)生諧波電流。

(3) 電力系統(tǒng)故障。電力系統(tǒng)運行的內(nèi)外故障也會造成電能質(zhì)量問題, 如短路故障、雷擊、誤操作、電網(wǎng)故障時發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)電路中的電力電子設(shè)備的啟動等。

1. 3電能質(zhì)量擾動分類

電能質(zhì)量擾動可分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩類。

穩(wěn)態(tài)擾動主要類型:

(1) 過電壓:持續(xù)時間大于1m in, 電壓幅值為1. 1～ 1. 2 (標(biāo)幺值) ,系統(tǒng)頻率仍為額定值。

(2) 欠電壓 :持續(xù)時間大于1m in, 電壓幅值為0. 8～ 0. 9 (標(biāo)幺值) ,系統(tǒng)頻率仍為額定值。

(3) 電壓不平 : 電壓的Z大偏差與三相電壓的平均值的比值超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。

(4) 諧波 : 頻率為基波整數(shù)倍的正弦電壓或電流稱為諧波, 諧波是由于電力系統(tǒng)和電力負(fù)荷的非線性特性造成的。

暫態(tài)擾動主要類型:

(1) 電壓暫升:持續(xù)時間為0. 5 周期～ 1m in, 電壓幅值為1. 1～ 1. 8 (標(biāo)幺值) , 系統(tǒng)頻率仍為額定值。

(2) 電壓暫降:持續(xù)時間為0. 5 周期～ 1m in, 電壓幅值為0. 1～ 0. 9 (標(biāo)幺值) , 系統(tǒng)頻率仍為額定值。

(3) 電壓波動與閃變 : 電壓波動是在包絡(luò)線內(nèi)的電壓的有規(guī)則變動, 或是電壓幅值通常不超出0. 9～ 1.1 (標(biāo)幺值) 范圍的一系列電壓隨機(jī)變化。閃變問題則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。

(4) 電壓中斷:在一定時間內(nèi), 一相或多相失去電壓(低于0. 8 (標(biāo)幺值) ) 稱為斷電。按持續(xù)時間長短, 分為瞬時斷電(0. 5 周期～ 3s)、暫時斷電(3 s～ 60 s) 和持續(xù)斷電(大于60 s)。

(5) 電壓切痕:電壓切痕是一種持續(xù)時間小于0. 5 周期的周期性電壓擾動。電壓切痕主要由于電力電子裝置的電流從一相轉(zhuǎn)換到另一相時產(chǎn)生的。

2電能質(zhì)量的主要問題

相關(guān)資料顯示, 在電能質(zhì)量問題的投訴中, 90%以上是由電壓暫降引起的。由此可見,電能質(zhì)量的首要問題是電壓暫降問題。

電壓暫降是指供電電壓有效值短暫降低, 隨后恢復(fù)正常的供電現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 高科技設(shè)備獲得了廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備對電壓變化很敏感, 短時的供電中斷或電壓有效值下降往往會造成設(shè)備不正常運行, 發(fā)生停機(jī)等事故。電壓暫降就是針對這一問題而提出的。

引起電壓暫降的主要原因是電網(wǎng)或用電設(shè)備發(fā)生雷擊、外力短路故障, 一些用電設(shè)備(如電動機(jī)) 啟動或突然加負(fù)荷也會造成電網(wǎng)電壓瞬時下降。與長時間供電中斷事故相比, 電壓暫降有發(fā)生頻率高、事故原因不易覺察的特點, 處理起來比較困難。電壓暫降會引起敏感控制器不必要的動作(引起跳閘) , 造成包括計算機(jī)系統(tǒng)失靈、自動化裝置停頓或誤動、變頻調(diào)速器停頓等; 引起接觸器脫扣或低壓保護(hù)啟動, 造成電動機(jī)、電梯等停頓; 引起高溫光源(碘鎢燈) 熄滅, 造成公共場所失去照明。

3解決電壓暫降問題的對策

3. 1動態(tài)電壓恢復(fù)器

動態(tài)電壓恢復(fù)器通過串聯(lián)變壓器在饋線上以電壓疊加的方式向電力系統(tǒng)注入補(bǔ)償電壓, 用于消除系統(tǒng)電壓變化(尤其是電壓暫降) 對負(fù)荷的不利影響。動態(tài)電壓恢復(fù)器使用IGBT 或IGCT 等大功率可關(guān)斷器件。系統(tǒng)正常供電時, 它處于低耗備用狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)突然變化時,動態(tài)電壓恢復(fù)器 能快速反應(yīng), 通過串聯(lián)變壓器向系統(tǒng)注入3 個與系統(tǒng)同頻的單相交流電壓分量以抵消系統(tǒng)電壓的改變, 其瞬時值為正常電壓瞬時值與故障電壓瞬時值之差。動態(tài)電壓恢復(fù)器 的響應(yīng)速度在幾毫秒之內(nèi)。根據(jù)電壓相位的不同,動態(tài)電壓恢復(fù)器 控制分為同相電壓補(bǔ)償控制和Z小能量補(bǔ)償控制。由于出現(xiàn)電壓暫降時, 相電壓的相位也會出現(xiàn)很大的變化, 這給補(bǔ)償參考信號的檢測、計算造成了困難。因此, 快速可靠的補(bǔ)償電壓參考信號檢測技術(shù)是動態(tài)電壓恢復(fù)器 的關(guān)鍵。決定動態(tài)電壓恢復(fù)器 容量的是補(bǔ)償電壓Z大值和負(fù)載電流值。當(dāng)Z大補(bǔ)償電壓是負(fù)載額定電壓的30% 時, 大約可消除95% 以上的電壓擾動。

3. 2統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器

統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的主電路由一串聯(lián)逆變器和一并聯(lián)逆變器組成, 兩者通過電容耦合, 

并聯(lián)逆變器采用PWM 電流控制技術(shù), 進(jìn)行非線性負(fù)載諧波電流及無功補(bǔ)償, 并起調(diào)節(jié)電容直流電壓作用。串聯(lián)逆變器采用PWM 電壓控制技術(shù), 通過控制其輸出電壓達(dá)到抑制電源電壓諧波, 減少電源電壓波動對敏感負(fù)荷的影響。因此, 該裝置綜合了串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償器的優(yōu)點, 是一種綜合電能質(zhì)量補(bǔ)償器, 能解決絕大多數(shù)的暫態(tài)電能質(zhì)量問題。