淺析電能質量的控制技術

前言

　　近年來配電系統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，配電系統靜止無功補償裝置(DSTATCOM)，有源電力濾波器(APF)，電力系統數據的適時監測(SCADA)，動態電壓調節器(DVR)。

　　(一)配電系統靜止無功補償(DSTATCOM)

　　用電系統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，引起配電系統電流及電壓的不平衡，傳統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控制的與電力系統并聯的電壓源變流器即配電系統靜止無功補償裝置(DSTATCOM)具有動態響應速度快，補償電流不依賴系統電壓，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，定期對輸配電系統進行檢測、對比，特別是中低壓系統，找出諧波產生和發展的規律。諧波污染的抑制和防治措施根據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)電力系統數據的適時監測(SCADA)

　　電力系統中，動態電能質量問題是近年來伴隨高新技術發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，同時也為電能質量標準的制定提供重要的參考。對現場動態數據進行質量監測的SCADA系統是配電管理系統的研究方向。現場數據不但包括功率、電壓、電流等測量數據，還包括分合閘、過流、速斷等操作及事故所產生的事件數據。當發生事故而導致跳閘時，還要記錄現場的故障錄波數據，可見，需要通信的數據量是一般工業控制中所無法比擬的。由于電力系統現場數據的變化非常快，一次過流可能只維持十幾毫秒，數據稍縱即逝，所以對數據的實時性、通信速度的要求是非常高的。

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

　　在一個大型電力監控系統設計中，硬件上采用通信站和監控站分開的獨立方式，軟件上將底層通信軟件從監控軟件中分離出去，在通信站中獨立工作，通信站專門負責底層現場實時數據的采集，并和上層監控站進行雙向數據通信。由于通信站的獨立，使上層監控站的任務大大減輕，不但提高了底層的通信速率，還加快了監控界面的數據刷新速度。如果下層儀表數量很多，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)動態電壓調節器(DVR)

　　DVR相當于一個串聯在配電系統中動態受控的電壓源，采用適當的控制方法可以使該電壓源輸出抵消電力系統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整流獲得時，在系統側即使發生單相故障，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，即在系統側發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中的動態電壓質量問題如跌落、浪涌和穩態電壓質量問題?(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，配電系統電能質量控制技術還有不間斷電源(UPS)，統一電能質量控制器(UPQC)，固態切換開關(SSTS)，分布式發電系統(DG)等。