镇江电网电能质量治理措施初探

计划值提高0.072个百分点，农网综合电压合格率为99.681%，比去年计划值提高0.132个百分点。但是41个监测点中三相电压不平度均满足国标要求，母线电压长时间闪变有3个变电所不合格。

频率合格率：镇江地调的频率调整职责主要是协助江苏省电力调度完成频率调整，且监测点频率偏差均满足国标要求。

谐波现状：41个检测点中存在电能质量超标点9个，其3次谐波电压和5、7次谐波电流超标是主要问题。

3导致当前电能质量现状的原因

3.1牵引站负荷

镇江地区220kV牵引站3座，110kV牵引站2座，35kV铁路变1座，另外供南京境内220kV牵引站1座。牵引负荷总容量为903MVA，单条220kV线路最大负荷达到79.86MVA。电力牵引负荷是单相大功率整流负荷，通过铁路相关机构发表的文献资料提供的数据以及国家电网公司对高铁电能质量检测报告显示：CRH3型动车在启动、运行和经过分区空载投入时产生大量谐波和负序分量，其中偶次谐波电流较小，奇次谐波电流较大，以3次、5次、7次、9次、11次和13次谐波最为严重，其中11次谐波电流最大，谐波频谱范围相对集中，高次谐波对电能质量的影响非常大。

随着江苏高铁和地铁项目的飞速建设，牵引站数量必将逐步增加，其对电力系统电能质量的影响不容小觑。

3.2光伏电站

目前，镇江电网有10kV光伏电厂5座，虽然在并网前必须进行并网试验，使电能质量满足GB/T 50866-2013《光伏发电站接入电力系统技术规定》，即使在直流分量方面，光伏电站并网时向电网馈赠的直流分量不应超过其交流额定值的0.5%，但是其对电能质量总的影响也不容忽视。

3.3电弧炉

镇江电网有冶金企业9个，其中220kV钢铁厂1座，110kV钢铁厂6座，35kV钢铁厂2座。截止2013年底，已经有两家110kV钢铁厂因谐波含量超标而要求其进行技术改造。就钢铁厂而言，电弧炉、中频炉和精炼炉是主要的非线性负荷，其谐波频谱因电弧长度的不稳定性和随机性而显得非常复杂，且随时间发生明显变化。

3.4电力电子设备

居民用户和小型用户大量使用的电力电子设备，如：换流装置、整流装置、变频设备、晶闸管调压器、电力电子开关等，向公共电网反馈了大量谐波。虽然每个用户对电网电能质量的污染很小，但是数量庞大的居民用户对电网背景谐波的贡献相当可观，2014年底镇江电网谐波检测不合格的9个检测点，均属于此范畴。

3.5冲击性负荷

220kV质检变及其他大型用户的冲击性负荷或大用户的启停或供电线路事故跳闸等，使电网电压波形发生畸变，引起电压波动和闪变，或者变压器投切产生的励磁涌流，对电网造成了严重污染。

3.6无功补偿不足

随着负荷的波动和系统出力的变化，镇江电网系统电压按照江苏省电力公司逆调压的要求，负荷高峰时电压高于负荷低谷时电压，给系统电压调整带来一定的困难。无功补偿电容器及电抗器的安装容量往往略显不足，而负荷急剧变化时动态无功补偿容量配置不足的问题在特殊时期时有发生。

3.7电力设备非线性特性

除了电力电子设备，电力系统中传统的谐波源是发电机和变压器。在实际运行中，由于多种原因，导致发电机发出的三相交流电并不是理想正（余）弦波。主变压器的励磁回路的非线性是其产生谐波的主要原因，主变的非线性特性又与铁心结构、铁心饱和度以及变压器的接线组别有关。

3.8电力系统运行中产生的影响

因为雷击、电力设备短路、小电流接地系统间歇性接地、系统震荡、非全相运行等电力系统故障或异常，导致事故跳闸和电能质量破坏的事件经常发生，后果可能导致用户设备跳闸、供电中断、电压波动、产品质量降低甚至不合格等。

电力设备停送电操作，如操作过电压、工频过电压、主变停送电时产生的励磁涌流，方式变化引起系统阻抗变化等，引起系统电能质量波动。

虽然对大用户新上时做过谐波检测，而且都满足用电标准，但是随着时间的流逝，设备的老化，参数的变化，其产生的谐波也在发生变化，镇江宏达钢铁便是一个很好的例证。而且各个谐波源同时接入镇江电网，其叠加效应对公共电网的电能质量产生了巨大影响。

4改善电能质量可行的方法

电能质量在空间和时间上均处于动态变化中，其最终解决需要电力部门、设备制造厂家和电力用户三方积极密切合作。作为电网运行指挥中心的电力调度部门，可采用的方法有哪些呢？

在传统的电力电容器和电力电抗器以及加强设备检修管理和调度运行管理之外，为了提高镇江电网的电能质量，我们考虑一些新型装置的可行性。

4.1无源滤波器

针对镇江电网目前存在的谐波问题，主要以3次谐波电压和5、7次谐波电流为主，可以选择合适的无源滤波器来滤除特定次数谐波。

该LC无源滤波器技术已经相当成熟，丹阳龙江钢铁已有成熟的应用：

2011年，丹阳龙江钢铁厂因向PCC点注入3次、4次、5次、6次谐波电流超标，故采用LC无源滤波装置对其进行滤波及无功补偿，效果非常显著，补偿前后对比数据请见表1。

该方法费用相对较低，但它的缺点是：只能抑制固定频率的谐波，也可能造成系统特定次数谐波的谐振。

表1 110kVPCC点补偿前后数据对比

谐波次数电流国标（A）滤波器投入前电流（A）滤波器投入后电流（A）吸收率（%）

320.888 29.602 5.659 80.883

416.604 13.341 7.541 43.475

521.840 29.045 4.070 85.987

611.069 13.801 2.440 82.320

4.2有源电力滤波器

理想有源电力滤波器是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。

图1 并联型有源电力滤波器原理图

4.3静止无功补偿器

SVC是为了解决由电弧炉和冲击性负荷引起的电压波动和闪变而开发出来的，是一种并联连接的静止无功发生器或吸收器，可调节其输出的容性或感性电流，以便保持和控制电力系统的一些特定参数，以改善电能质量。SVC装置在国外已经得到普遍应用。

4.4静止同步补偿器

STATCOM以变换器技术为基础，等效为一个可调的电压源或电流源，通过控制电压或电流的幅值和相位来达到改变向电网输送无功功率大小的目的。STATCOM一个突出的特点是能提供动态电压支撑，提高系统静态稳定性和功率极限。

4.5建立电能质量检测系统

我们可以通过建立变电站电能质量在线监测系统，启用预警机制，让调度员可以实时全面掌握镇江电网的电能质量现状，并对电能质量进行预测，从而采取相应的措施，或随着电网建设的变化制定相应的具体治理措施。

5提高电能质量的建议

从镇江电网的实际出发，考虑镇江电网为辐射状馈供网络的实际情况，电能质量采用“分层分区治理”的原则，同时兼顾治理方案的经济性、合理性和可行性。

从镇江电网长远发展的角度，以D5000系统新上为契机，建立镇江电网电能质量在线监测系统，实时检测电网电能质量，并发出预警。

在枢纽变电站的110kV及以下电压等级母线，选择安装合适的LC无源滤波器和有源电力滤波器，既满足了当前滤除3次谐波电压和5次、7次谐波电流的需求，也满足了未来一定时间内随着网络和用户负荷变化而出现的潜在威胁。

在电弧炉和冲击性负荷集中的区域，可以安装动态无功发生器（SVC+STATCOM），对系统电压和无功功率进行动态补偿，满足系统无功功率的突然变化的需要。

加强非线性负荷的管理。在非线性负荷接入电网供电前，按规定检测其对公共电网产生的影响。如果不符合标准时，要求采取有效的治理措施。

成立专项课题，对镇江电网全网进行系统建模分析，并通过电能质量实时监测系统对镇江电网模型进行实施矫正，然后进行基波及各次谐波潮流计算分析和频率扫描，找出系统中可能存在的谐振点和谐振频率，以及理论上的补偿点和补偿容量，用理论指导实践给出预防和治理措施。

6结语

改善电能质量可以降低系统损耗、提高电能品质，然而电能质量的改善不是一朝一夕的事，需要我们不断进行深入研究和探讨，用理论指导实践，在实践中检验方法和措施，逐步完善管理措施和技术措施。

参考文献：

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