浅谈电能质量综合治理 周锡明1 郑海明1 斯旭丹2 朱清1 江国庆2 1.天通控股股份有限公司 浙江海宁314400 2.杭州佳辰电力科技有限公司 浙江杭州310000 [摘 要]随着我国经济的日益增长，各行各业对电力需求越来越大，对电能质量指标的要求也越来越高企业对自身配电系统进行综合电能质量治理，可以从各方面降低用电成本，提高企业效益，获得经济收益[关键词] 电能质量综合治理配电系统效益 损耗1 引言随着我国经济的日益增长，各行各业对电力需求越来越大，对电能质量指标的要求也越来越高但电网投资与国民经济的发展并没有同步增长，许多企业对于电能质量治理并不重视企业配电系统存在供电电能质量差、功率因数低、谐波超标严重等电能质量问题因此导致的设备运行故障、低电压问题、电网力调罚款等一系列问题，对企业造成的经济损失十分可观，严重时还可能导致用电事故，对负载设备造成破坏，危及人身安全企业对自身配电系统进行综合电能质量治理，不仅可以优化自身用电质量，挖掘电网潜力，确保电力系统安全可靠运行，还可以有效降低变压器损耗、线路损耗，避免利率罚款，获得电力局利调奖励，以较小的投资，确保设备稳定安全运行，从各方面降低用电成本，提高企业效益。
2 电能质量主要指标电能质量即电力系统中电能的质量，电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量电能质量的主要指标包括电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、公用电网谐波、公用电网间谐波以及功率因数等，其中企业用电系统功率因数较低、谐波含量超标、电网三相电压不平衡等问题普遍存在，危及企业用电安全，影响负载设备稳定运行，造成企业经济损失，需要企业引起足够的重视2.1 谐波谐波产生的原因是非线性负荷接入电网，谐波含量增加，将导致电气设备寿命缩短、网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增大，同时可能引起继电保护和自动装置误动以及通信受干扰等一系列问题，使电力系统整体运行状况不断恶化谐波导致的问题主要包括：增加了变压器的铜损耗，增加了网损；电缆产生集肤效应；输电线路发热严重（特别是中性线）；对电动机产生力矩干扰，影响电动机正常启停，严重是会对电机造成运行故障；造成中继电保护误动作，仪表测量不准确等；与电容器发生谐振，危及电网安全根据《GB/T14549-1993 电能质量公用电网谐波》定义，对周期性交流量进行傅里叶级数分解，得到频率与工频相等的分量为基波，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量为谐波。
一般电网供电电压为工频正弦波型，我们可以用下式表示：但在实际电力系统中，因为非线性负载的大量使用，往往会产生大量的谐波注入电网，使供电电压畸变为了表示谐波的畸变程度，我们一般使用谐波次数（h）、谐波含有率(HR)和总谐波畸变率表示（THD）表示，电流谐波含有率和总畸变率如下式2、3所示（电压算法与电流相同）第h次的谐波电流含有率THIhTHIh= ×100%谐波电流含量IhIh =电流总谐波畸变率THDi= ×100%在不考虑高次谐波的集肤效应下，电网中谐波的损耗我们均采用电流的方均根值进行计算,我们可以用下式表示=计算一定时间段内，电流通过某元器件产生的损耗可以用下式表示R=（ + )R= R（1+ ）由上述分析可知，谐波电流会导致元器件除基波损耗外，增加谐波损耗，构成电网中电能的损失，谐波损耗的大小和电流总谐波畸变率有关在实际配电系统中，系统谐波产生集肤效应，导致导线、变压器绕组以及电机等的谐波电阻增大，不仅增大了谐波损耗，还会使电网中元器件的铁损加大，造成的损耗也不容忽视在考虑高次谐波的集肤效应下，由高频谐波导致的集肤效应下，元件的电阻可以估算为基波电阻R1的 倍，即式中，k为谐波次数谐波的损耗可以用下式表示× =由上式可以看出，谐波的损耗率和总谐波畸变率和谐波次数有关，谐波畸变程度越高，谐波损耗越大，造成的电能损失也越大。
2.2功率因数功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值用户电器设备在一定电压和功率下，该值越高效益越好，发电设备越能充分利用，常用cosΦ表示功率因数较低会导致变压器出力降低；输电线路、变压器铜损、铁损增加；增加了配电系统中电压的损失等水电财字[1983]215号《功率因素调整电费办法》”对功率因数的标准值及其适用范围做了明确规定，企业用电功率因数高于标准的会有电费奖励，低于该标准的会有力调罚款，功率因数的高低与企业用电成本有直接的关系设备有功输出功率可以表示为下式P=S cosΦ式中P为有功功率；S为视在功率由上述公式可以明显看出，当视在功率一定时，提高高功率因数可以有效的增加设备有功输出同理，当有功功率一定时，提高功率因数可以有效的降低视在功率即在企业配电系统中，变压器容量一定时，提高功率因数可以增加更多生产设备，为企业带来更多效益当企业用电负荷一定时，可以减小变压器容量，减少企业投资成本2.3有功损耗对线路末端电压的影响在供电线路中，因为线路损耗产生电压降落，使供电线路末端用户电压偏低，极大的影响了用户生产和生活降线路电压损耗，可以有效的提高供电线路的安全性和稳定性线路电压降计算表公式为下式式中P为有功功率；Q为无功功率；U为额定电压由上式可以明显看出，对于一段输电线路，线路长度、导体材质与截面都是无法改变的，但是线路的负荷包括了谐波和功率因数较低导致的电能损耗。
因此，滤除谐波和提高功率因数有助于降低线路电压损耗，提高供电线路末端用户的供电电压，有效的增强了供电线路的安全稳定运行3 综合电能质量治理方案实际应用通过本文第二章对各电能质量指标危害及造成的损失进行了分析，目前我国对上述电能质量指标都有相应的治理设备及方案：谐波治理方法：通过滤波器对电网谐波进行滤除，目前常用的谐波治理方案主要为无源滤波器和有源滤波器；功率因数治理方法：目前为了克服无功损耗，提高功率因数，主要采用无功补偿装置来解决无功补偿装置主要分为静态补偿装置和动态补偿装置后者又可以分为动态可投切无功补偿装置和静止式动态无功补偿装置;在实际应用中，我们发现企业配电系统较为复杂，一般同时存在两种或两种以上的电能质量问题这种情况下，单纯的某种治理方法并不能有效的解决企业用电问题，需要通过多种设备综合治理的方式，下面我们通过综合电能质量治理一次实际应用来简述治理电能质量问题给企业带来的实际收益3.1项目背景简析某厂主营业务为LED材料、电子元件、机械设备的生产，经营生产、科研所需的原辅材料、机械设备、仪器仪表、零配件等厂区负载主要为低压窑炉负载及大量的低压变频设备等非线性负载，大量窑炉负载导致低压配电系统功率因数低，加大了变压器损耗，降低了变压器使用率，并造成了供电局电费罚款；而窑炉为斩波控制以及大量低压变频设备均为非线性负载，产生了大量的谐波，污染了企业用电环境，造成设备故障率增加，严重时会导致设备跳闸，引起厂区局部停电。
下图为单个变压器的电能参数： 电能质量统计报表（功率）参数最大值平均值95%概率大值总有功(MW)2.520.630.64总无功(MVar)3.140.790.81总视在(MVA)4.031.011.03功率因数0.630.630.63基波有功(MW)2.520.630.64基波无功(MVar)3.070.770.79基波视在(MVA)3.971.001.02基波功率因数0.640.630.64电能质量统计报表（电压）参数最大值平均值95%概率大值总电压(kV)0.220.220.22基波电压(kV)0.220.220.22电压总畸变率(%)7.366.697.21(2次)谐波电压(%)0.110.040.09(3次)谐波电压(%)0.700.330.55(4次)谐波电压(%)0.130.050.11(5次)谐波电压(%)6.455.806.32(6次)谐波电压(%)0.180.090.15(7次)谐波电压(%)1.531.221.46(8次)谐波电压(%)0.070.040.07(9次)谐波电压(%)0.260.140.22(10次)谐波电压(%)0.070.040.06(11次)谐波电压(%)2.782.452.73(12次)谐波电压(%)0.120.080.11(13次)谐波电压(%)0.930.810.91(14次)谐波电压(%)0.090.060.08(15次)谐波电压(%)0.170.110.16(16次)谐波电压(%)0.070.040.07(17次)谐波电压(%)1.181.031.15(18次)谐波电压(%)0.150.110.14(19次)谐波电压(%)0.360.250.34(20次)谐波电压(%)0.080.050.07(21次)谐波电压(%)0.150.110.14(22次)谐波电压(%)0.100.060.10(23次)谐波电压(%)0.570.510.54(24次)谐波电压(%)0.140.110.13(25次)谐波电压(%)0.550.500.53电能质量统计报表（电流）参数最大值平均值95%概率大值总电流(A)1606.761570.991599.18基波电流(A)1544.051506.031535.67负序电流(A)7.884.116.12零序电流(A)5.804.094.86总谐波电流(A)454.20447.06452.30(2次)谐波电流(A)25.966.0010.64(3次)谐波电流(A)14.063.728.19(4次)谐波电流(A)9.514.138.67(5次)谐波电流(A)428.93421.80427.19(6次)谐波电流(A)17.734.217.28(7次)谐波电流(A)96.7588.0094.88(8次)谐波电流(A)6.002.092.81(9次)谐波电流(A)6.203.034.61(10次)谐波电流(A)3.801.122.00(11次)谐波电流(A)119.51111.04118.89(12次)谐波电流(A)5.003.404.55(13次)谐波电流(A)26.9323.4026.14(14次)谐波电流(A)5.681.742.49(15次)谐波电流(A)5.093.444.66(16次)谐波电流(A)1.910.971.62(17次)谐波电流(A)30.7827.4330.13(18次)谐波电流(A)3.762.603.40(19次)谐波电流(A)8.676.098.27(20次)谐波电流(A)2。