分析探討電能質(zhì)量的控制技術(shù)

前言

近年來(lái)配電系統(tǒng)電能質(zhì)量控制技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，其中最有代表最有影響的有，配電系統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(DSTATCOM)，有源電力濾波器(APF)，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的適時(shí)監(jiān)測(cè)(SCADA)，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)。

(一)配電系統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償(DSTATCOM)

用電系統(tǒng)中存在著很多的快速?zèng)_擊負(fù)荷電流，如中高頻電爐，大容量電機(jī)高感抗負(fù)荷突然啟動(dòng)，會(huì)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(wú)功補(bǔ)償器(SVC)來(lái)抑制電壓閃變，但SVC的響應(yīng)速度慢(幾十毫秒)，抑制閃變率難以達(dá)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(wú)功補(bǔ)償裝置(DSTATCOM)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，補(bǔ)償電流不依賴(lài)系統(tǒng)電壓，諧波抑制能力強(qiáng)，抑制電壓閃變效果好，有功損耗小等優(yōu)點(diǎn)，因此DSTATCOM裝置逐漸取代SVC裝置得到廣泛應(yīng)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(zhì)量的最主要原因。首先用準(zhǔn)確的均方根值測(cè)量?jī)x器儀表對(duì)電路及中性線定期測(cè)量，進(jìn)行諧波調(diào)查。加強(qiáng)對(duì)用戶輸電線路電能質(zhì)量的測(cè)量和檢查，定期對(duì)輸配電系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)比，特別是中低壓系統(tǒng)，找出諧波產(chǎn)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(wú)源濾波器和由電力電子設(shè)備組成的有源濾波器。無(wú)源濾波裝置由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器等無(wú)源元件組成，以對(duì)某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用。

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

電力系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題是近年來(lái)伴隨高新技術(shù)發(fā)展而暴露出來(lái)的問(wèn)題，研究電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的敏感性和應(yīng)激性可以為選擇合適的補(bǔ)償方式提供重要依據(jù)，同時(shí)也為電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定提供重要的參考。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)的SCADA系統(tǒng)是配電管理系統(tǒng)的研究方向。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不但包括功率、電壓、電流等測(cè)量數(shù)據(jù)，還包括分合閘、過(guò)流、速斷等操作及事故所產(chǎn)生的事件數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生事故而導(dǎo)致跳閘時(shí)，還要記錄現(xiàn)場(chǎng)的故障錄波數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，需要通信的數(shù)據(jù)量是一般工業(yè)控制中所無(wú)法比擬的。由于電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化非?？?，一次過(guò)流可能只維持十幾毫秒，數(shù)據(jù)稍縱即逝，所以對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(guān)鍵，是設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件的重點(diǎn)。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(gè)軟件中，雖然顯得直觀緊湊，但系統(tǒng)的升級(jí)改進(jìn)卻十分不便，一個(gè)微小的改動(dòng)都要對(duì)全部系統(tǒng)進(jìn)行重新整理，因此，采取模塊化結(jié)構(gòu)是一種比較好的選擇。

在一個(gè)大型電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件上采用通信站和監(jiān)控站分開(kāi)的獨(dú)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(dú)立工作，通信站專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)底層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并和上層監(jiān)控站進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。由于通信站的獨(dú)立，使上層監(jiān)控站的任務(wù)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(kuò)充為多個(gè)串口，進(jìn)一步提高底層通信速度。這樣，才能及時(shí)有效地提高電能輸送質(zhì)量。

(四)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)

DVR相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)在配電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)受控的電壓源，采用適當(dāng)?shù)目刂品椒梢允乖撾妷涸摧敵龅窒娏ο到y(tǒng)擾動(dòng)對(duì)負(fù)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(dāng)直流側(cè)能量通過(guò)從系統(tǒng)整流獲得時(shí)，在系統(tǒng)側(cè)即使發(fā)生單相故障，其它兩相仍可以提供電能來(lái)維持DVR的正常運(yùn)行，補(bǔ)償長(zhǎng)期的電壓跌落也成為可能。如果在直流側(cè)電容兩端并聯(lián)蓄電池，或采用大容量電容儲(chǔ)能，該裝置還可起到UPS的作用，即在系統(tǒng)側(cè)發(fā)生短期故障時(shí)可以向負(fù)荷提供一定時(shí)間的功率。采用合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，DVR可以綜合地治理配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題如跌落、浪涌和穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題?(如諧波、波動(dòng)、三相不平衡)，是一個(gè)多目標(biāo)的電壓質(zhì)量綜合治理裝置。

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

結(jié)語(yǔ)

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，電能質(zhì)量問(wèn)題日益引起人們的廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網(wǎng)分級(jí)調(diào)度、綜合服務(wù)等電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級(jí)化互動(dòng)管理將是未來(lái)電網(wǎng)質(zhì)量提高的發(fā)展趨勢(shì)。