电能质量相关领域发展现状

1.电能质量控制技术的研究意义

随着现代科学技术的发展 ，一方面，造成电能质量问题的因素不断增长， 如以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用，各种大型用电设备的启停等 ； 另一方面，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及 ，如高性能家用电器、办公设备、精密实验仪器、连续、精密生产过程的自动控制设备等。人们对电能质量及可靠性的要求越来越高。上述问题的矛盾愈来愈突出。这使得电能质量问题，对电网和配电系统造成的直接危害和可能对人类生活和生产造成的损失也越来越大。电能质量的好坏，直接关系到国民经济的总体效益。

在我国，虽然总体经济和技术水平还比较落后，但在部分经济发达地区电能质量问题的影响已比较突出，而且，由于各种原因 ，在供电可靠性和电网电压幅度的稳定水平等指标上， 我国的情况尤其落后。如何提高和保证电能质量，已成为国内外电工领域迫切需要解决的重要课题之一。

改善和提高电能质量的主要措施是采用电力电子技术，由于配用电系统量大面广，随着电力用户的工艺过程的不断进步，对供电可靠性和质量的要求越来越高。而电力市场的竞争日益激烈，这使得世界各国电力界对这项新技术更加重视，有关电能质量控制的研究具有巨大的经济和社会效益。它对于大大减少用电设备的故障，从而保证生产和生活的正常进行，对于减小电网内部因电能质量问题造成的损耗，从而提高电能的使用效率。对于供电企业树立强烈的竞争意识从而有力地促进电力市场的孕育与形成。对于开辟和带动电力电子产业的发展，从而推动整个电力产业的革新与进步都具有极其重要的意义。

2.电能质量控制技术及装置的研究现状 

从技术上看，影响电能质量的因素主要有三方面：一、自然现象如：雷击、暴风雨等；二、电力设备及装置的正常使用和自动保护。如大型电力设备的启停，自动开关的跳闸及重合等；三、用户终端的非线性负荷冲击性负荷的大量使用。 

电能质量的控制主要从两方面采取措施：一方面，提高发电供电配电系统的电能质量和可靠性；另一方面，提高用户终端设备容许干扰的能力。提高电能质量应该是用户电力部门公司电气设备制造商三方面共同的责任。 

电能质量控制是一个复杂的系统工程，主要涉及电力系统、电工理论、电力电子技术、自动控制理论等学科，包括电源畸变、不平衡的功率理论，电能质量的实时检测与控制等技术还与国家政策和管理机制有关。 

2.1 国外的研究现状 

国外有关电能质量控制的研究正掀起高潮，从所适用的功率理论的扩展，到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查监测，到用户终端电气环境的定义。各种电能质量问题分析方法的提出，以及用户电力技术(custom power)等，电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996年IEEE将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议ICHPS，更名为电力谐波与电能质量学术会议，ICHQP把电能质量提高到一个新的高度来认识。 

（1）理论方面积极开展电能质量指标的评价体系研究

如何评价电能质量的好坏，通常使用的几种定量评价电能质量的指标，如总谐波畸变率THD、功率因数等。但当波形为非周期信号，频率为分数次谐波频率时，上述评价指标就有不协调的问题，这涉及到如何处理畸变不平衡现象的功率定义问题，这方面国外已作了大量研究，并给出了一些建议，但至今尚未取得一致意见。 

（2） 针对上述的电能质量问题, 国外已提出并开发了许多改善和提高电能质量的装置

控制电能质量的装置包括有源电力滤波器(APF Active Power Filter)和无源滤波器(TF Tuned Filter)、电池贮能系统(BESS Battery Energy Storage System)、配电用静态同步补偿(DSTATCOM Distribution Static Synchronous  Compensator)、配电用串联电容器(DSC Distribution Series Capacitor)、动态电压恢复器(DVR Dynamic Voltage Restorer)、功率因数校正电容器(PFCC Power Factor Correction Capacitor)、避雷器(SA Surge Arrester)、超导磁能贮存系统(SMES Superconducting Magnetic Energy Storage System)、静态电子分接开关(SETC Static Electronic Tap Changer)、固态转移开关(SSTS Solid-State Transfer Switch)、固态断路器(SSCB Solid-State Circuit-Breaker)、静止无功补偿器(SVC Static Var Compensator)、晶闸管开关电容器(TSC Thyristor Switched Capacitor)、不间断电源(UPS Uninterruptible Power Supply)等，这些装置主要是采用电力电子技术，一些装置已相当成熟。其产品开始进入大量实用化阶段，如日本的有源电力滤波器使用很普遍。并联型有源电力滤波器最大容量达50MVA，采用的是GTOSCR器件用于抑制电弧炉引起的闪变。 

（3）统一电能质量调节器UPQC—Unified power quality conditioner或称电能质量调节器PQC

它可快速补偿供电电压中的突升、或突降波动和闪变、谐波电流和电压各相电压的不平衡，以及故障时的短时电压中断等，是一项具有综合功能的电能质量控制器。西门子公司已系列生产出的PQC装置SIPCON它是基于IGBT的PWM换流器，是并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器的组合，为众多此类研制品中较有代表性的产品。西门子的PQCSIPCON与系统联接有三种方式：并联时，主要防止非正常负荷对系统的影响（谐波、无功补偿负、荷不平衡和闪变）。串联时，则用于防止系统对负荷的影响（电压突升或突降、电压畸变或不平衡）。而当串并联接入时，则将具有双向补偿的功能。 

（4）用户电力技术（CusPow Customer Power）

它是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等高新技术，运用于中低压配电系统和用电系统中，以减小谐波畸变、消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断，从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。用户电力技术概念的提出，它有助于供电部门、电力公司提供高可靠性和高质量的电力、也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求，用户电力技术控制器包括上面介绍的动态电压恢复器(DVR)、 固态断路器(SSCB) 、统一电能质量调节器UPQC等。 

2.2 国内研究现状

为了保证我国的电能质量，自1990年以来, 我国相继发布了五项电能质量国家标准：GB12325-90电能质量 供电电压容许偏差；GB12326-90电能质量 电压容许波动和闪变； GB/T14549-93电能质量 公用电网谐波；GB/T15543-1995电能质量 三相电压容许不平衡度；GB/T15945-1995电能质量电力系统频率容许偏差； GB/T12325-2003 电能质量供电电压允许偏差；GB/T12325-2000 电能质量电压允许波动和闪变；GB/T19862-2005 电能质量监测设备通用要求。

目前国内在电能质量控制方面的研究，大多局限在谐波问题的范围内，也提出和开发了一些改善和提高电能质量的电能质量补偿装置，包括各种有源电力滤波器 APF，动态无功补偿装置SVC，无功功率发生器（SVG），电能质量综合补偿装置即统一电能质量调节器UPQC，以及动态电压恢复器DVR等。但这些设备与国外的差距是非常明显的。