電能質量治理方案
1電能質量概述
1.1電能質量的概念
國際電工委員會iec（1000-2-2/4）標準對電能質量定義：電能質量是指供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾使用者使用電力的物理特性。電能質量現象包括穩態和非穩態兩種，其中穩態電能質量現象包括電壓偏差、頻率偏差、諧波、三相不平衡度等；非穩態電能質量現象包括電壓暫公升、暫降、短時電壓中斷、電壓波動與閃變等。
1.2電能質量基本指標
衡量電能質量的主要指標有：
（1）電壓偏差：是電壓**（電壓跌落）和電壓上公升（電壓隆起）的總稱，其數學表示式為：電壓偏差=（實際電壓-系統標稱電壓）/系統標稱電壓*100%。
（2）頻率偏差：是系統頻率的實際值和標稱值（50hz）之差，對頻率質量的要求全網相同，不因使用者而異，各國對於該項偏差標準都有相關規定。
（3）電壓三相不平衡：表現為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規定的標準。
（4）諧波和間諧波：含有基波整數倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波。含有基波非整數倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小於基波頻率的分數次諧波也屬於間諧波。
（5）電壓波動和閃變：電壓波動是指在包絡線內的電壓的有規則變動，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍電壓範圍的一系列電壓隨機變化。閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。
1.3諧波抑制和無功補償技術的發展現狀
諧波抑制主要採用無源濾波裝置和有源電力濾波器，而無源濾波裝置有很大的侷限性，因此目前國內對有源電力濾波器的研究十分活躍，技術上已經相當成熟，但仍處於試驗階段，且成本較高。有關有源電力濾波器的研究主要集中在併聯型、混合型，也開始研究串聯型。研究最成熟的是併聯型，而且主要以理論研究和實驗研究為主。
理論上涉及到了功率理論的定義、各種諧波電流的檢測方法、有源電力濾波器的穩態和動態特性研究等。
無功補償技術的發展經歷了從同步調相機-開關投切固定電容器-靜止無功補償器(svc)-靜止無功發生器(svg)的過程。同步調相機是最早採用的一種無功補償裝置。它實質上是一種不帶機械負載的同步電動機。
由於同步調相機屬於旋轉裝置，損耗、雜訊都很大，並且執行維護複雜。隨著研究的進一步深入，靜止無功補償技術進入人們的視線中。靜止無功補償技術是指用靜止開關投切電容器或電抗器，通過吸收或發出無功電流提高電力系統的功率因數，穩定系統電壓。
早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器，其缺點是鐵心損耗較多，伴有振動和噪
聲。接著使用閘流體的靜止無功補償裝置得到了廣泛的重視，出現了svc裝置包括閘流體控制電抗器(tcr)和閘流體投切電容器(tsc)，以及這兩者的混合裝置，或者閘流體控制電抗器與固定電容器或機械投切電容器混合使用的裝置。隨著電力電子技術的進一步發展，出現了採用自換相變流電路的靜止無功補償裝置，這就是靜止無功發生器svg,與svc裝置相比，svg裝置只需要維持直流側電壓的較小容量的電容器，大大減小了裝置的體積和成本。
同時svg裝置的調節速度更快、執行範圍寬，而且在採取多重化、多電平或pwm技術等措施後可大大減少補償電流中的諧波含量。國內對靜止無功發生器的研究相比國外在此領域的研究起步較晚，但經過這些年的深入研究，國內不論在理論還是具體裝置方面都有了突破性的進展，如2023年3月清華大學和上海電力公司完成了50mva的鏈式多電平svg裝置，在上海黃渡西郊變電站成功執行。我國雖然在此領域取得了一定的成果，但相比發達國家來說研究水平還是有很大差距的，對靜止無功補償裝置的研究還有待提高。
1.4電能質量的未來發展趨勢
1.數位化電能質量控制技術的推廣，以dsp 為基礎的實時數字訊號處理技術在控制領域得到廣泛應用，其優點為：
（1）可提高系統穩定性、可靠性和靈活性；
（2）由程式控制，改變控制方法或演算法時不必改變控制電路；
（3）可重複性好，易除錯和批量生產；
（4）易實現併聯執行和智慧型化控制。隨著dsp 效能的不斷改善和**的下降，電能質量控制裝置將用dsp 來實現實時訊號處理從而取代模擬量控制。
2.如何建立更為完善的功率定義和理論以完善諧波檢測演算法，還要進一步研究；
3.補償裝置的多功能化；
4.降低裝置容量，提高補償效率。
2諧波2.1諧波的定義
正弦電壓施加**性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關係，仍為同頻率的正弦波。但當正弦電壓施加在非線性電路上時，電流就變為非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變為非正弦波。對於週期為t的非正弦波電壓可分解為傅利葉級數，在傅利葉級數中，頻率為1/t的分量稱為基波，頻率大於1整數倍基波頻率的分量稱為諧波。
2.2諧波產生的原因及危害
2.2.1諧波產生的原因
諧波產生的原因：公用電網中的諧波源主要是各種電力電子裝置、變壓器、發電機、電弧爐和螢光燈等。在電力電子裝置大量應用之前，最主要的諧波源是電力變壓器的勵磁電流，其次是發電機。
在電力電子裝置大量應用之後，它成為最主要的諧波源。
2.2.1諧波的危害
諧波電流對電力系統和其它系統危害主要有以下幾個方面：
（1）諧波對電網的汙染
理想的電網所提供的電壓應該是頻率固定，電壓幅值在允許的範圍之內，諧波對電網的汙染使電網供電質量惡化，使同一電網上的用電裝置受到嚴重影響，
設定危及用電裝置的正常執行。
（2）諧波引發各種電力電子裝置出現故障
諧波使系統中的元件產生附加的諧波損耗，除降低了發電，輸配電和其他用
電裝置的效率以外，在三相四線制的電路中，由於大量的零序諧波電流，特別是3次諧波電流流過中線，會引起中線過熱，有引發火災的危險。另外，異常的，過大的中線電流的增加，會導致電網中線對地線的電壓突增，將危及資料處理系統的安全。諧波對於旋轉電機來說，除了增加損耗和引起發熱外，還會產生機械振動，雜訊和諧波過電壓，這對電動機的壽命造成嚴重的影響。
諧波電流流入變壓
器，會增加變壓器的銅損和鐵損，引起變壓器發熱。諧波還會使變壓器的雜訊變
大。諧波電流流經電力電纜，令電纜發生過熱，長期的過熱執行將導致電纜的絕
緣老化，甚至產生漏電和短路現象。
（3）諧波引起諧振
為了補償無功功率和濾除諧波，常常需要併聯電容器，或者設定電容器和電
感器組成的濾波器。由於諧波頻率高於工頻頻率，會使系統的感抗增加，容抗減
少，有可能產生lc諧振。諧振放大了諧波電流，是電容器或電感器燒毀。
（4）諧波造成繼電器誤動作，並影響電力測量。
電力系統中的諧波將會使某些繼電器和漏電保護開關產生誤動作。諧波對電
壓表，電流錶和功率表等計量儀表的測量結果帶來直接影響。
（5）諧波干擾通訊系統
電力系統傳輸功率可達mw級，而通訊系統的功率小到mw級，兩者如此大的功率級差，導致電力系統中相對小的不平衡音訊諧波分量，一旦耦合到通訊線路上，可能在通訊系統中產生很大的雜訊。雜訊將降低通話的清晰度，甚至引起訊號的丟失。
2.3諧波的治理方法
減小諧波影響的措施可以從兩方面入手：一是從諧波源出發，減少諧波的產
生；二是安裝濾波裝置。諧波抑制的措施主要包括一下幾個方面：
（1） 串聯電抗器
串聯電抗器對平滑諧波電流具有一定的作用，並且電路簡單，製造成本低，往往應用在整流器之前，例如：變頻器，調光器等。但由於其阻抗較高，損耗較大，因此其抑制諧波的作用受到限制。
（2）高功率因數變流器
電力電子裝置是電力系統最嚴重，最突出的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所佔的比例最大。因此，抑制整流裝置所產生的諧波是諧波治理的重要措施。
（3）無源濾波器
無源濾波器主要由電抗器、電容器構成，體積比較龐大，它是由電容器和電抗器串聯而成，並調諧在某個特定諧波頻率。濾波器對其所調諧的諧波來說是乙個低阻抗的「陷阱」。理論上濾波器在其調諧頻率處阻抗為零，因此可吸收要濾除的諧波。
目前國內的諧波治理以無源濾波器為主，其特點是技術實現相對簡單，具有一定消諧效果，缺點是被動式濾波，一旦用電環境發生變化，無源濾波裝置無法隨之調整，濾波效果也就無法保證。
（4）有源濾波器
有源濾波器主要由電力電子元件構成，體積比較小，它使用的是電力電子技術來監控非線性負載，動態地糾正。發現乙個諧波自動注入乙個補償電流使波形恢復。通過注入和抵消過程，恢復正弦波。
使失真減少到不足5％的總諧波失真（thd）。其特點是可主動消諧，裝置體積小，消諧效果非常理想，但是技術要求比較高。
2.4apf產品功能
有源濾波器具有以下一些特點：
（1）實現動態補償，可對頻率和大小均變化的諧波及變化的無功功率進行補償，對補償物件的變化有極快的響應速度；
（2）有源濾波裝置是乙個高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會產生影響，因此此類裝置適合系列化、規模化生產；
（3）當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大，不存在與電網阻抗發生諧波的危險，同時還能抑制串並聯諧振；
（4）補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要的儲能元件不大；
（5）用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整流倍次的諧波電流；
（6）當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載，並且能正常發揮作用，不需要與系統斷開；
（7）裝置可以僅輸出所需補償的高次諧波電流，不輸出基波無功功率。
3無功3.1無功的定義
無功功率比較抽象，它是用於電路內電場與磁場的交換，並用來在電氣裝置中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣裝置，要建立磁場，就要消耗無功功率。
比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮流器也需消耗一部分有功功率)來發光外，還需80乏左右的無功功率供鎮流器的線圈建立交變磁場用。由於它不對外做功，才被稱之為「無功」。無功功率的符號用q表示，單位為乏(var)或千乏(kvar)。
無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。
因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。
在正常情況下，用電裝置不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電裝置就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那麼，這些用電裝置就不能維持在額定情況下工作，用電裝置的端電壓就要下降，從而影響用電裝置的正常執行。
3.2無功的危害
無功功率對電力系統的影響主要表現在以下幾個方面：
（1）降低了發電機出力，使發電裝置效率降低，發電成本提高；
（2）降低了輸變電設施的供電能力；
（3）使電網損耗增加(網路電能損失與功率因數平方成反比)；
（4）增加了輸電網路電壓損失，造成使用者端供電電壓的不足；
（5）無功功率的變化可造成電壓的劇烈波動，影響供電質量，並對系統中的用電裝置產生不良影響。
3.3無功補償方法
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