本站原创【摘 要 】电压是电能质量的重要指标,电压质量对电力系统的安全与经济运行,对确保用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有重要的影响.
【关 键 词 】电能质量；电压质量；电压波动；电压跌落
优质供电是国民经济发展和人民生活的重要保证,供电电能质量是评价电力产品品质优劣的重要指标.随着电力电子装置的广泛应用,变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染,而电能作为商品,人们对电能质量提出更高的要求.电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题,有关电能质量的问题已经成为电工领域的课题,有必要对其改善措施作讨论和分析.
1.电压质量问题
1.1短时间电压变动
这一类型包括电压暂降（也称为骤降或凹陷）和短时间电压中断等现象.若按持续时间长短来划分,进一步还可将其分成瞬时、暂时和短时3种类型.造成短时间电压变动的主要原因是系统故障、大容量（大电流）负荷启动或与电网松散连接的间歇性负荷运作.根据所在系统条件和故障位置的不同,可能引起暂时过电压或电压跌落,甚至使电压完全损失.无论故障发生在远离关心点或者靠近关心点,在保护装置动作清除故障之前,都会对电压产生短时冲击影响,造成短时间电压变动.
1.2长时间电压变动
长时间电压变动是指,在工频条件下电压均方根值偏离额定值,并且持续时间超过1min的电压变动现象.在ANSIC84.1技术规范中给出了电力系统期望的稳态电压容限值,并且当超过容限值持续1min以上,则认为是长时间电压变动.长时间电压变动可能是过电压也可能是欠电压.通常,过电压或欠电压并非是系统故障造成的,而是由于负荷变动或系统的开关操作引起的.一般取电压均方根值对时间的变化曲线作为长时间电压变动的典型图形.
1.2.1过电压.过电压是指工频下交流电压均方根值升高,超过额定值的10%,并且持续时间大于1min.过电压的出现通常是负荷投切的结果（例如,切断某一大容量负荷或向电容器组增能时）.由于系统的电压调节能力比较弱,或者难以进行电压控制,系统的正常运行操作就可能造成过电压问题.变压器分接头的不正确调整也可能导致系统过电压.
1.2.2欠电压.欠电压是指工频下交流电压均方根值降低,小于额定值的90%,并且持续时间大于1min.可以说引起欠电压的事件与过电压时正好相反.某一负荷的投入或某一电容器组的断开都可能引起欠电压,直到系统电压调节装置再把电压拉回到容限范围之内.过负荷时也会出现欠电压现象.
1.2.3持续中断.当供电电压下降为0,且持续时间超过1min,这一长时间的电压变动现象称为持续中断.若电压中断超过1min,往往是永久性的,这要求人为介入对系统进行检修以恢复正常供电.
1.2.4电压不平衡.电压不平衡,为与三相电压（或电流）的平均值的最大偏差,并且用该偏差与平均值的百分比表示.电压不平衡也可利用对称分量法来定义,即用负序或零序分量与正序分量的百分比加以衡量.电压不平衡（小于2%）的起因主要是负荷不平衡（如单相运行）所致,或者是三相电容器组的某一相熔断器熔断造成的.电压严重不平衡（大于5%）很有可能是由于单相负荷过重引起的.
2.电压质量问题产生的原因
电压质量问题产生的原因主要有以下原因：
2.1非线性负载
在工业和生活用电负载中,非线性负载占很大比例,这是电力系统谐波问题的主要来源,电弧炉是主要的非线性负载,它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的,电弧长度的不稳定性和随机性,使得其电流谐波频谱非常复杂,而且随时间会有明显的变化荧光灯的伏安特性是严重非线性的,因此也会引起严重的谐波电流,其中3次谐波的含量最高的3次谐波还有可能引起谐振,使谐波放大,使电压波形也发生严重畸变,大功率整流或变频装置在现代工业中的应用极为广泛,这种基于电力电子的设备会产生严重的谐波电流,对电网造成严重污染,同时也使功率因数降低[1].
2.2电力系统设备的非线性特性
在电力电子装置大量使用以前,电力系统中主要的谐波源是发电机和电力变压器,发电机是公用电网的电源.在实际运行中,由于多种原因,发电机的感应电动势不是理想的正弦波,因此其输出电压中也就包含一定的谐波,变压器谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的产生谐波电流的大小与变压器的铁心结构,铁心饱和程度以及变压器的连接方式都有关系.
2.3电力系统故障
电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题,如短路故障,雷击,误操作,电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变,故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题.
3.电压质量问题的解决方法
随着对电能质量问题的日益重视,电能质量问题的治理方法近年来也得到了很快的发展电力电子,计算机和控制技术的飞速发展对电能质量问题的解决起到了重要的推动作用,使得电能质量的补偿控制从传统的技术发展到现在一系列基于电力电子装置的用户电力技术[2].
3.1传统方法
3.1.1调节有载调压变压器的分接头,可保持电压稳定,保证电压质量,但不能改变系统无功需求平衡状态,同时也可能影响变压器运行的可靠性[3][4].
3.1.2局部并联电容器组,可补偿系统无功功率,解决电压偏低的情况,但对轻载电压偏高的电能质量问题却无能为力.
3.2基于用户电力技术的解决方法
电力电子技术的应用给解决电能质量问题开拓了广阔的前景,用户电力技术将电力电子,计算机和控制等高新技术运用于中低压配用电系统,形成了一系列的电能质量补偿控制设备,可完美地解决谐波畸变,电压波动和闪变,电压不对称等问题,从而大大提高了电网的电能质量.
用于改善电网电能质量的用户电力技术主要用到以下装置[5][6]：
（1）静止调相机（STATCOM）,用以调节电压和系统功率因数,用于动态非线性负载,如电弧炉等；（2）固态电子转换开关（SSTS）,用于双回线路的切换,克服传统的机械开关反应慢的弊端,保证对重要用户可靠供电；（3）动态电压恢复器（DVR）,补偿电源电压波动和闪变等,用于敏感负荷,如半导体生产厂家；（4）不间断稳压电源（UPS）,用于重要负荷,如银行,医院等.
用户电力技术家族中的各种现代电能质量补偿控制设备的特点是可以快速,动态地补偿配电网中各种电能质量问题,对电力系统运行的影响小.它们的协调配置可将配电系统改造成无电压波动,无不对称以及无谐波的柔性化网络,满足电力负荷对电能质量日益提高的需求.