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关于谐波污染治理与电能质量在线监测 华力特 秦志国 一、现状说明 近年来，随着经济的快速发展，一方面，各种非线性负荷如变频装置等在电网中所占的比重越来越大，对电网和其他电力用户产生了明显的影响；另一方面，高精密的设备越来越多，这些设备对供电质量的要求比传统设备更高。要解决这两方面的矛盾，需要供电和用电双方参考电能质量的相关指标和标准，做好电能质量的监测和治理工作。 有效的谐波治理，可以减少变压器、电缆、电机等设备的发热，增加其使用寿命，延长设备运行的无故障时间，降低维护、维修及更换设备的费用。 二、电能质量的主要指标 电能质量包括电压、电流和频率。电能质量主要有以下指标： 1、谐波 谐波是由电网中非线性负荷产生，对几乎所有的发电、输变电、配电和用电设备都有较大的危害，严重时会损坏电气设备，进而影响电网的正常运行。 2、三相电压不对称 三相电压不对称用来衡量三相电压的幅值和角差的不平衡，电压不对称对电器设备，尤其是旋转电机有很大的危害。 3、电压骤降和骤升 电压骤降指供电电压突然降到额定电压的（10%～90%），持续时间10ms~1min。有统计数据表明电压骤降是最严重的电能质量问题之一，有时其短暂性让人难以察觉。 电压骤升是指供电电压突然升高，也是一种短暂的电压波动。 4、电压中断 电压中断是指电压降到10%额定电压以下，持续时间小于3min称为短时电压中断，持续时间大于3min称为长时电压中断。 5、电压偏差 电压偏差是用来衡量实际电压的有效值和额定电压的有效值之间的差，分为过电压和欠电压两种。过电压一般指电压有效值大于额定电压的110%，持续时间大于1min的电压升高；欠电压一般指电压有效值小于额定电压的90%，持续时间大于1min的电压降低。 6、电压波动与闪变 电压波动与闪变用来衡量波动负荷引起的电压的快速变动及由此产生的人对灯闪的感觉。 7、暂态冲击与扰动 暂态冲击与扰动一般指电压/电流的快速变化，表现为电压/电流瞬间的不连续的次周波扰动。检测暂态冲击与扰动需要检测装置具有高速采样的能力，采样间隔越小，暂态检测与分析的准确度就越高。 下图为电流谐波波形示例。 三、治理方式 治理谐波污染的目的，首先是体现直接的经济效益，降低配电系统中谐波总体含量水平，提高功率因数，减少无功损耗；其次是体现间接的经济效益，即通过有针对性的谐波污染治理，减少甚至消除其对配电系统的不良影响，保证变压器、电缆、电机等的正常运行，延长其使用寿命。 谐波污染主要发生在低压系统，根据治理谐波污染的目的，针对所有低压系统，配置带有滤波功能的电容补偿装置，以吸收系统中主要的谐波分量；在污染严重的低压系统，配置不同滤波系数的组合滤波器；根据实际情况，对于重点负荷，配置有源滤波器，以达到最佳的治理效果。 谐波污染治理的结果，应满足或高于现行国家标准。预期指标为：系统中的谐波总分量THD≦5%，功率因数≧0.95。 目前主要采用以下方式： 1、 配电静止无功补偿器 在发生电压波动和闪变时，向电力系统注入具有适当幅值和相角的电流使系统电压立即恢复正常。 有源滤波器可以在电网的任意点接入。对目标网络进行测量分析后，可以有如下的补偿方案。 a) 一个特定负荷的补偿 b) 一组负荷的补偿 c) 集中补偿 2、 动态电压恢复器 采用动态电压恢复器可在毫秒级内将电压跌落补偿至正常值，是抑制动态电压干扰的有效补充装置。 3、 有源电力滤波器 有源电力滤波器的基本原理是利用电力电子技术动态地产生一个与谐波源相反的谐波，从而有效地消除其影响。 4、 综合电能质量补偿装置 综合电能质量补偿综合了上述2和3的功能，能同时补偿电压跌落、瞬时电压中断、谐波电流和谐波电压、电压闪变、系统不对称等电能质量问题。 四、电能质量监测、评估技术 对电能质量进行监测是获得电能质量信息的直接途径，电能质量的监测和评估需要解决以下问题： 持续时间短，如一些动态电压质量问题持续时间只有几个毫秒； 干扰发生的随机性强，如雷击、系统故障、一些非线性负荷的投切等； 电压、电流波形均发生畸变； 需要实时监测，因为敏感负荷、引起电能质量恶化的负荷数量、种类越来越多。 能捕捉瞬时干扰的波形，因为许多瞬时干扰很难用个别参量来完整描述。因此需要采用多种判据来启动测量装置，如幅值、波形畸变率、幅值上升率等。 对电压、电流能同时测量，以便获得潮流信息，另外，还需要测量各次谐波的幅值、相位； 需要有足够高的采样速率，以便能测得各次谐波的信息（如128次谐波）； 建立有效的分析系统，使之能反映各种电能质量问题的特征及其随时间的变化规律。 五、电能质量在线监测系统 鉴于以上分析，必须对电能质量问题进行有效的监测与分析，电能质量在线监测系统因此应运