電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究與工程應(yīng)用

孟維全

摘 要：隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求越來(lái)越大，這使得電力系統(tǒng)所承擔(dān)的符合也逐漸增強(qiáng)，從而很容易產(chǎn)生電壓波動(dòng)、跌落等嚴(yán)重威脅到電能質(zhì)量使用電網(wǎng)無(wú)法穩(wěn)定正常運(yùn)行的現(xiàn)象。如果無(wú)法對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行保障就可能導(dǎo)致發(fā)生大面積停電事故，甚至對(duì)用戶的用電器造成損壞，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此當(dāng)前如何對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行控制，是滿足人們正常用電和社會(huì)發(fā)展必須要解決地重要問(wèn)題。本文探討了影響電能質(zhì)量的因素，分析了電能質(zhì)量控制技術(shù)，研究了電能質(zhì)量控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量;質(zhì)量控制;技術(shù)研究;工程應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）06-0162-02

1影響電能質(zhì)量的因素

電能質(zhì)量又被叫做電源質(zhì)量和電力質(zhì)量，現(xiàn)在一般大多認(rèn)為電能質(zhì)量指的就是輸送給用戶的電壓的質(zhì)量。恒定的頻率和恒定幅值的正弦波形電壓就是一個(gè)合格的供電電壓的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.1用戶影響因素

在當(dāng)前電能質(zhì)量常常出現(xiàn)的問(wèn)題有：頻率偏移、長(zhǎng)期和短期電壓偏移、電磁暫態(tài)、三相不平衡、波形失真、電壓波動(dòng)和閃變等。由用戶導(dǎo)致的電能質(zhì)量問(wèn)題是電壓偏移、三相電壓不平衡以及電壓波動(dòng)和閃變和電壓波形畸變。電壓偏移是因?yàn)橛脩羰褂玫脑O(shè)備功率因數(shù)較低所可能產(chǎn)生的現(xiàn)象;三相電壓不平衡是因?yàn)橛脩粲秒妼?dǎo)致三相負(fù)荷不平衡導(dǎo)致的;電壓波動(dòng)和閃變往往是因?yàn)橛脩粲秒姷呢?fù)荷發(fā)生突然變化導(dǎo)致的;電壓波形畸變則是因?yàn)橛脩羰褂昧丝梢援a(chǎn)生電力諧波的設(shè)備導(dǎo)致的。在當(dāng)前最為常見(jiàn)且影響較大的因素就是電力諧波和低功率因數(shù)設(shè)備。

1.2企業(yè)自身技術(shù)原因

當(dāng)前隨著改革的不斷深入，電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也在逐漸加劇，一些電力企業(yè)往往為了短時(shí)間的利益爭(zhēng)奪更大的市場(chǎng)，常常只重視電力成本的降低而忽視了對(duì)電能質(zhì)量的把控。同時(shí)為了滿足一些企業(yè)的需求采取了開放式的電力管理方式，導(dǎo)致電力系統(tǒng)更加復(fù)雜混亂，嚴(yán)重影響了對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行控制工作的順利進(jìn)行。同時(shí)一些企業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)只重視過(guò)程不重視應(yīng)用，導(dǎo)致在引進(jìn)較為先進(jìn)的技術(shù)以后表面供電的自動(dòng)化水平、穩(wěn)定性提高了，但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)缺乏相應(yīng)的調(diào)試和技術(shù)人員，很容易出現(xiàn)電能質(zhì)量下降的問(wèn)題，且在面對(duì)問(wèn)題時(shí)無(wú)法有效快速地解決。

2電能質(zhì)量控制技術(shù)

2.1電網(wǎng)電壓偏移控制方法

電網(wǎng)電壓偏移常常是發(fā)電機(jī)自身輸出無(wú)功功率的能力不夠引起的，在對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的電壓偏移問(wèn)題進(jìn)行解決時(shí)應(yīng)該首先對(duì)發(fā)電機(jī)自身的無(wú)功功率進(jìn)行提升，從而滿足相應(yīng)的使用需求。同時(shí)在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，高壓線路輸電到變壓器的過(guò)程大多面臨著功耗損失較大的難題。為了改善因?yàn)閾p耗導(dǎo)致的功率不足問(wèn)題還通常會(huì)使用其他調(diào)壓手段，如使用無(wú)功功率補(bǔ)償器等。無(wú)功功率補(bǔ)償器采取的補(bǔ)償措施可以有效地將電網(wǎng)的功率因數(shù)進(jìn)行提升，從而對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中造成的損耗進(jìn)行彌補(bǔ)，將輸電和配電的效率進(jìn)行提高。分區(qū)、分層、分變電所是無(wú)功功率補(bǔ)償器在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)的運(yùn)行原則，從而對(duì)無(wú)功功率的平衡性進(jìn)行保障。除了要滿足正常使用期間的無(wú)功功率使用以外，還需要設(shè)置相應(yīng)的無(wú)功備用功率，滿足突發(fā)事件的需要，這部分備用功率通常以并聯(lián)的形式和電力系統(tǒng)相接，進(jìn)而在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，及時(shí)的投入使用，為無(wú)功設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供條件[2]。

2.2電網(wǎng)頻率偏移控制方法

電力系統(tǒng)中，頻率的偏移往往會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷發(fā)生變化，從而對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)造成威脅。這種現(xiàn)象一般被稱為負(fù)荷的頻率特性。所以在電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中通常要保持頻率的穩(wěn)定，將頻率控制在要求的頻率范圍內(nèi)，在這樣的正常穩(wěn)定情況下，負(fù)荷和頻率的關(guān)系與線性關(guān)系類似?？梢坏╊l率發(fā)生變化的話這樣的線性關(guān)系就會(huì)受到影響無(wú)法保持，原本依靠系統(tǒng)頻率效應(yīng)所產(chǎn)生的減輕能量不平衡效果就會(huì)被破壞，從而導(dǎo)致有功負(fù)荷開始波動(dòng)，這時(shí)往往頻率和有功負(fù)荷的關(guān)系往往成正相關(guān)，有功負(fù)荷隨著頻率的增大而增大，隨著有功頻率的減小而減小。通常面對(duì)電網(wǎng)頻率偏移的控制方法是：對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，一旦頻率發(fā)生變化，由發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出根據(jù)情況而定的相應(yīng)的指令并傳達(dá)到發(fā)電機(jī)組，對(duì)發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)或水輪機(jī)的進(jìn)氣水平進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)組的出力。整個(gè)過(guò)程就是發(fā)電機(jī)組根據(jù)電壓頻率的變化頻率來(lái)調(diào)整自身的輸出功率從而保證電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。頻率越大發(fā)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率越低，頻率越小，發(fā)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率就越低。同時(shí)根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)情況的不同，其被分為三種分別是隨機(jī)分量、脈動(dòng)分量、持續(xù)分量。而對(duì)不同種類的負(fù)荷變動(dòng)情況采取的調(diào)整方式往往也存在一定的不同，隨機(jī)分量大多使用的是一次調(diào)頻;而脈動(dòng)分量使用的是二次調(diào)頻;持續(xù)分量則是三次調(diào)頻，從而最終達(dá)到新的平衡。調(diào)頻系統(tǒng)本質(zhì)上是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整使各個(gè)發(fā)電機(jī)組都可以平穩(wěn)的運(yùn)行，保證電壓的穩(wěn)定。通常為了保證可以滿足用戶的需求發(fā)電機(jī)組大多會(huì)預(yù)留一定的輸出功率，來(lái)滿足實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的需要[3]。

2.3電力諧波問(wèn)題的解決方法

電力諧波問(wèn)題在近年來(lái)也較為常見(jiàn)，通過(guò)這些年不斷地研究，已經(jīng)出現(xiàn)了很多針對(duì)電力諧波問(wèn)題的設(shè)備，這使得電力諧波問(wèn)題其已經(jīng)變得較容易監(jiān)控和解決。隨著社會(huì)技術(shù)的不斷發(fā)展越來(lái)越多的會(huì)產(chǎn)生電力諧波的設(shè)備被使用，如電弧爐、電焊機(jī)、變頻器、不間斷電源等。解決諧波問(wèn)題最完美的解決方法是對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行不斷地研究改進(jìn)，從而減少諧波的產(chǎn)生，但從廠商的角度看這并不劃算，且受限于相關(guān)的結(jié)構(gòu)，不僅其成本可能升高，還有可能導(dǎo)致產(chǎn)品的穩(wěn)定性下降。當(dāng)前最為常見(jiàn)的針對(duì)電力諧波問(wèn)題的治理方法是使用LC無(wú)源電力濾波器來(lái)進(jìn)行治理，但治理的效果較為一般可能會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩和諧波放大等問(wèn)題;而近年來(lái)隨著有源電力濾波器的發(fā)明和使用，電力諧波問(wèn)題已經(jīng)可以較為輕松地被解決，且用有源電力濾波器進(jìn)行諧波處理，不僅僅效果更好還更加節(jié)能。

2.4三相電力不平衡問(wèn)題的解決措施

為了從根本上解決三相電力不平衡，只對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行改善是不夠的，還需要對(duì)用戶接入情況和方案進(jìn)行分析和改建。在對(duì)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行改善時(shí)要避免線路之間產(chǎn)生交叉跨越的情況，且盡可能地使用三相四線的制接線方式，除此以外為了改善電流無(wú)功不平衡的現(xiàn)象好需要加設(shè)不平衡電流無(wú)功補(bǔ)償裝置、電能質(zhì)量矯正裝置等來(lái)滿足對(duì)不平衡現(xiàn)象的控制。而對(duì)用戶接入情況和方式的改善，則是對(duì)用戶的使用情況進(jìn)行調(diào)查，從而根據(jù)其使用情況進(jìn)行調(diào)整，從而將單相負(fù)荷用戶平均分配到三相上，從而進(jìn)一步對(duì)不平衡的情況進(jìn)行改善。

3電能質(zhì)量控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1在橡膠行業(yè)相關(guān)工程中的應(yīng)用

橡膠產(chǎn)業(yè)中負(fù)載較大的設(shè)備有密煉機(jī)、擠出機(jī)、復(fù)合機(jī)等設(shè)備。在這些設(shè)備中密煉機(jī)的用電量占到所有設(shè)備整體的30%，且密煉機(jī)具備功率因數(shù)較低、諧波含量高的、負(fù)荷電流會(huì)發(fā)生周期性快速變化的特點(diǎn)，這很容易導(dǎo)致電能質(zhì)量的不穩(wěn)定，想要確保橡膠行業(yè)工程中的電能質(zhì)量的合格與穩(wěn)定，主要地就是對(duì)密煉機(jī)造成的不良影響進(jìn)行解決。當(dāng)前對(duì)該問(wèn)題最常用的方法是無(wú)功和諧波綜合治理方案，在這個(gè)治理方案中主要目的是對(duì)無(wú)功問(wèn)題進(jìn)行治理的同時(shí)削弱諧波問(wèn)題的影響，使用的裝置一般為動(dòng)態(tài)消諧無(wú)功補(bǔ)償裝置。在對(duì)相關(guān)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行選擇時(shí)，要遵循是三個(gè)原則：（1）實(shí)時(shí)性原則，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)消諧無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)該可以對(duì)密煉機(jī)自身的負(fù)荷和無(wú)功功率的變化實(shí)時(shí)的追蹤，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償，保障電能質(zhì)量;（2）抑制性達(dá)標(biāo)原則，選擇的設(shè)備應(yīng)該可以有效地對(duì)負(fù)荷諧波電流等不良因素對(duì)設(shè)備的影響進(jìn)行較強(qiáng)的抑制，進(jìn)而在減小影響的同時(shí)防止共振和諧波放大等其他不良現(xiàn)象的產(chǎn)生;（3）削減性原則，設(shè)備除了要對(duì)諧波造成影響進(jìn)行抑制和彌補(bǔ)以外，最根本是對(duì)系統(tǒng)中的諧波電流進(jìn)行濾除，進(jìn)而直接降低諧波和諧波無(wú)功功率的危害性。

3.2在化工行業(yè)相關(guān)工程中的應(yīng)用

化工行業(yè)中生產(chǎn)的產(chǎn)品種類繁雜，且大多數(shù)對(duì)電能的質(zhì)量要求都有較高的要求。而在化工行業(yè)的生產(chǎn)中，有些產(chǎn)品的生產(chǎn)需要使用充放電機(jī)進(jìn)行高低壓配電工作，而充放電機(jī)自身在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波導(dǎo)致電能的質(zhì)量無(wú)法得到穩(wěn)定，進(jìn)而嚴(yán)重影響到生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。當(dāng)前針對(duì)這樣的問(wèn)題通常采取相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)拇胧?，該方式相?duì)就地補(bǔ)償雖然效果降低了，但是維護(hù)的方便性大大提升，成本也較為低廉，更加合適。在進(jìn)行集中補(bǔ)償時(shí)要根據(jù)抑制共振后諧波的電流總量進(jìn)行設(shè)備的選取，一般選擇用有源濾波器對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)使用無(wú)功補(bǔ)償電容器對(duì)無(wú)功功率部分進(jìn)行補(bǔ)償。電能質(zhì)量改善后，不僅可以使設(shè)備的穩(wěn)定性得到提高，還可以提升電力設(shè)備的利用率，降低電力損耗[4]。

3.3在半導(dǎo)體封裝工程中的應(yīng)用

半導(dǎo)體封裝行業(yè)在我國(guó)的起步較晚，但近幾年逐漸成為了一個(gè)新興的熱門行業(yè)。半導(dǎo)體封裝行業(yè)使用的加工設(shè)備大多十分精密，這使得其對(duì)電能質(zhì)量的要求也十分的高。當(dāng)前由于半導(dǎo)體封裝行業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中需要使用會(huì)大量產(chǎn)生諧波的變頻調(diào)速器等非線性設(shè)備，電網(wǎng)的電能質(zhì)量往往會(huì)受到其污染，進(jìn)而發(fā)生波動(dòng)，最終使得電網(wǎng)中的電能質(zhì)量不僅僅無(wú)法為半導(dǎo)體封裝工作的順利進(jìn)行提供保障，甚至無(wú)法滿足其他電網(wǎng)用戶的使用需求。半導(dǎo)體封裝行業(yè)作為新興產(chǎn)業(yè)，在對(duì)其的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行改善時(shí)，應(yīng)該首先對(duì)其配電系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和分析，根據(jù)不同的變壓器設(shè)置不同諧波治理方案進(jìn)行推測(cè)，最終得到最為合適的解決方案。不同的變壓器承擔(dān)的責(zé)任往往不同所需要的治理設(shè)備自然也不同，如承擔(dān)大功率變頻設(shè)備的變壓器電流諧波的含量往往可以高于30%，功率因數(shù)可以達(dá)到98%，所以通常選擇有源電力濾波器進(jìn)行治理。一般在變壓器配電系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的系統(tǒng)功率因數(shù)高、剩余的無(wú)功補(bǔ)償量小，且存在一定的諧波則大多都采用有源電力濾波器進(jìn)行治理;而系統(tǒng)功率因數(shù)在90%左右的通常使用無(wú)源電力濾波器進(jìn)行治理。除此之外在采取相應(yīng)的措施后，還要及時(shí)的對(duì)實(shí)際的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而保證相關(guān)設(shè)備可以切實(shí)的發(fā)揮作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，電氣設(shè)備的安裝和使用范圍一定會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，從而給電能質(zhì)量的控制帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。同時(shí)為了滿足未來(lái)對(duì)電能質(zhì)量控制的需求，電能質(zhì)量控制技術(shù)也一定會(huì)通過(guò)如今快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)變得更加智能化，從而實(shí)現(xiàn)較大程度上的自動(dòng)化管理，在未來(lái)相關(guān)從業(yè)者應(yīng)更加注重這方面的研究，進(jìn)而提升電能質(zhì)量控制的穩(wěn)定和高效。

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