一、電能的概念及主要指標(biāo)

(一)電能質(zhì)量的概念

對于電能的定義國際電氣電子工程師協(xié)會定義為：合格的電能能給敏感用電器供給的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)均適合該設(shè)備正常工作。

國際電工委員會則提出了電磁兼容(EMC)術(shù)語，明確說明了設(shè)備之間的相互作用及影響，且制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，電能質(zhì)量在電磁標(biāo)準(zhǔn)的定位是：合格的電能質(zhì)量在正常工作情況下不影響或干擾用戶使用電力情況的物理特性。

(二)衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)

衡量電能質(zhì)量的標(biāo)注包括：電壓偏差、頻率偏差、電壓三相不平衡、諧波和間諧波、電壓的波動和電壓的閃變。

1.電壓偏差(voltagedeviation)：電壓偏差指的是供電電壓不穩(wěn)定，存在電壓上升或下跌情況。

2.頻率偏差(friquencydeviation)：所有電網(wǎng)對電網(wǎng)頻率要求相同，不會因不同的電能用戶而改變，頻率偏差每個國家都有相應(yīng)的規(guī)定。

3.電壓三相不平衡(unbalance)：三相電壓的值超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4.諧波和間諧波(harmonics&inter-ha-monics)：頻率是基波整數(shù)倍表現(xiàn)為正弦的電流或電壓稱之為諧波。非整數(shù)倍的則統(tǒng)稱為間諧波。

5.電壓波動和閃變(fluctuation&flicker)：

電網(wǎng)內(nèi)電壓有規(guī)則的變動稱為電壓波動，或是變化幅度倍數(shù)在0.9-1.1之間的隨機(jī)變化。閃變則是指電壓的不穩(wěn)定對燈泡照明的視覺影響。

二、電能質(zhì)量的特點

電力生產(chǎn)企業(yè)并不能完全控制電能質(zhì)量，有些電能質(zhì)量的變化是有電力用戶引起的(比如，諧波、電壓波動和閃變等)，或是自然災(zāi)害及非控制因素引起的。

在不同的時間內(nèi)供用電的電能指標(biāo)通常是不相同的，既是電能質(zhì)量在空間和時間上是處在不停的變化之中的。

三、引起電能質(zhì)量的原因

(一)電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題

電力供電系統(tǒng)中元件的非線性問題有：發(fā)電機(jī)正常工作中產(chǎn)生的諧波;電網(wǎng)中各變壓設(shè)備產(chǎn)生的諧波;直流輸電產(chǎn)生的諧波;經(jīng)過高壓后的輸電線路對諧波的放大作用。另外，并聯(lián)電容器在變電站中的設(shè)置等因素也都會造成諧波的出現(xiàn)。這些因素中直流輸電因素是現(xiàn)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要因素。

(二)非線性負(fù)荷

非線性負(fù)載在工業(yè)和生活用電中展的比例很大，這是電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要根源。非線性的主要負(fù)載是電弧爐，電弧爐起弧的時延及電弧的嚴(yán)重非線性產(chǎn)生了諧波。居民的日常生活和生產(chǎn)的負(fù)荷中，使用的熒光燈的伏安特性也是非線性的，也會有嚴(yán)重的諧波電流產(chǎn)生，其中含量最高的是3次諧波。此外，使用大功率的整流和變頻裝置也會有嚴(yán)重的諧波電流產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全。

(三)電力系統(tǒng)故障

電能質(zhì)量也會受到電力系統(tǒng)運(yùn)行時的內(nèi)外故障影響，例如，各種自然災(zāi)害、人為的非正常操作、各種線路短路、電網(wǎng)出現(xiàn)故障時發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變等都會對電能的質(zhì)量造成很大的影響。

四、電能質(zhì)量對電網(wǎng)安全的影響

電能質(zhì)量問題對電力系統(tǒng)安全的影響可以從一次和二次系統(tǒng)分別加以分析。對于一次系統(tǒng)，電能質(zhì)量問題會惡化系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行工況，直接威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行;譬如，諧波可能引起諧振，諧振高電壓加在電容器兩端，因為高次諧波對電容器的阻抗很小，所以電容器容易因過負(fù)荷而擊穿。負(fù)序和諧波對發(fā)電機(jī)不僅有熱效應(yīng)，產(chǎn)生局部發(fā)熱，而且會使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動，并伴有噪音，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對于二次系統(tǒng)，當(dāng)電能質(zhì)量問題威脅到系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行時，二次系統(tǒng)的保護(hù)部分會自動使系統(tǒng)設(shè)備退出運(yùn)行，從而會引發(fā)一些不可預(yù)料的結(jié)果;另一方面，電能質(zhì)量問題可能會使保護(hù)裝置發(fā)生誤動、拒動等問題，從而對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果。

五、改善電能質(zhì)量的措施

改善電能質(zhì)量的措施有：一是，調(diào)整負(fù)荷，降低負(fù)荷的敏感程度，如果遇到要求負(fù)荷電能質(zhì)量特別高的電力用戶僅依靠電力企業(yè)采取的措施不能在短期內(nèi)滿足要求時，電力企業(yè)必須和電力用戶共同采取必要措施，使負(fù)荷減少敏感程度及降低電能質(zhì)量不良程度。二是，改進(jìn)電網(wǎng)，電力企業(yè)安裝抑制或消除電力擾動的必要設(shè)備。

經(jīng)常見到的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置功能相對單一，例如，有源濾波器APF、動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等，全面實現(xiàn)電力用戶電能質(zhì)量的設(shè)備是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其組成主要是一個電容把一個并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器耦合在一起。并聯(lián)逆變器進(jìn)行非線性負(fù)載諧波電流及無功補(bǔ)償使用的是PWM電流控制技術(shù)，起到調(diào)節(jié)電容直流電壓的作用。而串聯(lián)逆變器使用的是PWM電壓控制技術(shù)，其主要是對輸出的電壓進(jìn)行控制以達(dá)到抑制諧波、降低負(fù)荷的敏感程度。

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器由于其是有一個串聯(lián)和并聯(lián)的逆變器組成的，因此其具有兩者的結(jié)構(gòu)特征，對網(wǎng)絡(luò)中電流和電壓的波形可同時調(diào)節(jié)，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的應(yīng)用極大的解決了電網(wǎng)中電能質(zhì)量問題的出現(xiàn)。