直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量的檢測(cè)與治理直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量的檢測(cè)與治理

摘要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，直流配電網(wǎng)逐漸成為解決城市電力普及和穩(wěn)定供電的重要手段，電能質(zhì)量的檢測(cè)與治理也變得越來(lái)越重要。本文對(duì)直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量的檢測(cè)與治理進(jìn)行了綜述，分析了其現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案與建議。首先，介紹了直流配電網(wǎng)的概念、發(fā)展及其在城市電力應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)；然后，對(duì)直流配電網(wǎng)中電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，主要包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、波形畸變和諧波等方面，分析了其存在的問(wèn)題和對(duì)電力設(shè)備的影響；接著，對(duì)電能質(zhì)量的檢測(cè)手段和方法進(jìn)行了探討，包括傳統(tǒng)的測(cè)量方法和新興的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)，闡述其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景；最后，針對(duì)直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，提出了一系列治理措施和建議，包括加強(qiáng)設(shè)備管理、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高維護(hù)技術(shù)水平等方面，以保障直流配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：直流配電網(wǎng)；電能質(zhì)量；檢測(cè)；治理；無(wú)創(chuàng)檢測(cè)

1.引言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，對(duì)穩(wěn)定可靠的電力供給的需求越來(lái)越迫切，已經(jīng)成為城市化進(jìn)程中的重要問(wèn)題之一。在傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)中，由于其電力質(zhì)量問(wèn)題的存在，如電壓驟降、諧波問(wèn)題等，難以滿足更為苛刻的電力供應(yīng)要求，直流配電網(wǎng)日益成為一種新型的電力供給形式，其提供了更為穩(wěn)定和高效的電能傳輸，并且在未來(lái)的發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，隨著直流配電網(wǎng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其電能質(zhì)量問(wèn)題也日益顯現(xiàn)，其中的電能質(zhì)量問(wèn)題則成為其發(fā)展的瓶頸之一。因此，直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)與治理顯得尤為重要。

2.直流配電網(wǎng)概述

隨著城市化進(jìn)程的加快，交流電網(wǎng)所遇到的技術(shù)瓶頸日益顯現(xiàn)。此時(shí)，直流配電網(wǎng)作為一種新型的電力供給方式，具有高效、可靠、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為解決城市電力普及和穩(wěn)定供電的新途徑。

2.1直流配電網(wǎng)的定義

直流配電網(wǎng)是指采用直流電作為傳輸媒介，以低頻變流器為控制接口，由若干個(gè)直流房間或電網(wǎng)互連而組成的電力系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)能源存儲(chǔ)、分布式電源接入、不間斷電源供應(yīng)、有源配電系統(tǒng)等功能，具有智能化、柔性化、高效化等特點(diǎn)，為電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2.2直流配電網(wǎng)的特點(diǎn)

直流配電網(wǎng)相對(duì)于傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)而言，具有以下四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）可靠性高。由于直流配電網(wǎng)采用低頻變流器對(duì)直流電進(jìn)行變換和控制，從而實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸和電力的有效分配和控制，其運(yùn)行過(guò)程中幾乎不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樯a(chǎn)、傳輸、配送等的不平衡導(dǎo)致的電網(wǎng)異常問(wèn)題。

（2）系統(tǒng)效率高。直流配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與調(diào)整，促進(jìn)了能源充分利用，并且由于不存在2√2U_EM的交流系統(tǒng)基礎(chǔ)壓差,直流變壓器的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)98%以上，電能傳輸過(guò)程中的損耗也較低。

（3）空間結(jié)構(gòu)更為靈活。直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)而言更加靈活，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，且可以更好的適應(yīng)不同環(huán)境和空間要求，方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理。

（4）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。直流配電網(wǎng)還具有寬工作電壓范圍和很好的承受2倍額定電流能力，較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜的工況環(huán)境下運(yùn)行，適用于城市電力供應(yīng)、輕軌交通、船舶等領(lǐng)域中。

3.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量

直流配電網(wǎng)所面臨的主要問(wèn)題之一是電能質(zhì)量問(wèn)題。電能質(zhì)量的指標(biāo)主要包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、波形畸變和諧波等方面。直流配電網(wǎng)所具有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)電能質(zhì)量問(wèn)題的挑戰(zhàn)。例如，變頻器及直流母線上電容的使用會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.1電壓質(zhì)量

直流配電網(wǎng)中電壓質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為電壓波動(dòng)和電壓跌落，這些問(wèn)題都會(huì)對(duì)直流負(fù)載的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生不利影響。其中，電壓跌落是指電源電壓在短時(shí)間內(nèi)驟降，易引起故障甚至機(jī)器損壞；而電壓波動(dòng)是指在短時(shí)間內(nèi)電源電壓變化的幅值±U/10（U是電源電壓的有效值）。電壓波動(dòng)也被稱為電源電壓起伏，可進(jìn)一步細(xì)分為正序、負(fù)序和零序波動(dòng)。直流配電網(wǎng)中電壓質(zhì)量問(wèn)題的解決方案包括加強(qiáng)變電站電壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化、引入無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)、提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。

3.2電流質(zhì)量

直流配電網(wǎng)中電流質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為電流異常和電流諧波問(wèn)題。其中，電流異常是指電流出現(xiàn)波形歪曲、不對(duì)稱、斷面不平衡等問(wèn)題，會(huì)加劇負(fù)載設(shè)備的熱損耗，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備壽命降低；而電流諧波是指在電流波形中加入不對(duì)稱諧波，會(huì)導(dǎo)致諧波失真，進(jìn)而影響負(fù)載的運(yùn)行和電力設(shè)備的正常工作。解決這些問(wèn)題的方法包括優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用特殊的濾波器；也可以采用綜合措施，如采用濾波器并組合分散電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的扭矩平衡。

3.3波形畸變和諧波

直流配電網(wǎng)中的諧波問(wèn)題，主要是由于非線性元件對(duì)電網(wǎng)波形解耦和電壓電流波形失真而引起的。隨著人們對(duì)直流配電網(wǎng)的依賴越來(lái)越大，諧波問(wèn)題也日益顯現(xiàn)，會(huì)對(duì)電子設(shè)備的操作所必需的特殊電源波形造成影響，如低壓大容量負(fù)載的相關(guān)性，導(dǎo)致其失效。解決諧波問(wèn)題的方法包括改善設(shè)備的質(zhì)量，減少干擾源的數(shù)量，引入諧波濾波器等措施。

4.主要的檢測(cè)手段和方法

在直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測(cè)中，需要采用一定的手段和方法來(lái)獲取電能質(zhì)量信息。除了常規(guī)的測(cè)量?jī)x器外，還有比較新興的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)。

4.1傳統(tǒng)的測(cè)量方法

傳統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測(cè)方法主要包括電能質(zhì)量分析儀、數(shù)字相序鑒別儀、功率質(zhì)量分析儀等。其中功率質(zhì)量分析儀具有高精度、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)﹄娏蛻籼峁└哔|(zhì)量的電能服務(wù)，使其可使用可靠、高質(zhì)量的電能。該方法在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中已經(jīng)具有非常成熟的技術(shù)和設(shè)備，很好地解決了電能質(zhì)量的檢測(cè)與控制問(wèn)題。

4.2新興的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)

在直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)中，無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展較快，促進(jìn)了此領(lǐng)域的研究。比如以機(jī)器視覺(jué)為基礎(chǔ)，依靠圖像處理、模式識(shí)別、信息處理及其相關(guān)其他技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行在線檢測(cè)；同時(shí)，聲音檢測(cè)技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也能夠做到在線檢測(cè)或遠(yuǎn)程監(jiān)視。這些新技術(shù)為電能質(zhì)量的非接觸式在線檢測(cè)提供了一種新的選擇。

5.直流配電網(wǎng)的有效治理

在應(yīng)對(duì)直流配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，如何加強(qiáng)其管理治理也是至關(guān)重要的。落實(shí)有效的管理措施，實(shí)施多種方式的事前監(jiān)測(cè)，可提高直流配電網(wǎng)的安全運(yùn)行及電能質(zhì)量指標(biāo)。

5.1加強(qiáng)設(shè)備管理

為了更好地保障直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量的穩(wěn)定，應(yīng)采取一些措施加強(qiáng)設(shè)備管理。這其中包括：加強(qiáng)常規(guī)維護(hù)，及時(shí)清理設(shè)備灰塵，保持設(shè)備干凈、快捷調(diào)整直流變壓器或變頻器；加強(qiáng)設(shè)備檢測(cè)和檢驗(yàn)，定期對(duì)直流負(fù)載和直流變流器等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)等。

5.2優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了消除電能質(zhì)量問(wèn)題的影響，還應(yīng)對(duì)直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出優(yōu)化的措施，例如在直流輸電線路上設(shè)置降噪器來(lái)減少電磁干擾，優(yōu)化控制策略來(lái)減少諧波擾動(dòng)等。

5.3強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)和交流

直流配電網(wǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)體系，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，因此需要加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和交流。對(duì)于直流配電網(wǎng)的管理人員、工程師以及操作人員，應(yīng)開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)和交流活動(dòng)，提升他們的技術(shù)水平和解決問(wèn)題的能力。

5.4完善監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系

直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系應(yīng)完善，包括建立穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)、建立完善的評(píng)估方法和指標(biāo)、建立數(shù)據(jù)分析和處理手段等。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的及時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確評(píng)估，從而采取相應(yīng)的控制措施。

6.結(jié)論

隨著直流配電網(wǎng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，電能質(zhì)量問(wèn)題也逐漸凸顯。本文從電能質(zhì)量問(wèn)題的形成原因、直流配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題以及有效治理措施等方面進(jìn)行了分析和探討。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采取一系列措施，加強(qiáng)對(duì)直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量的管理與治理，保障其穩(wěn)定運(yùn)行和優(yōu)異的電能質(zhì)量指標(biāo)7.推薦閱讀

1.王飛、薛祚江、陳翔等.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題分析及改進(jìn)措施[J].電力建設(shè),2019,40(18):1-6.

2.朱永久、齊洪濤、周勇等.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量及其控制技術(shù)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2018,30(19):1-9.

3.劉崢、王發(fā)強(qiáng)、劉鵬等.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化技術(shù)研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2017,32(14):1-14.

4.金龍奇、劉斐、王春輝等.直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量管理方法綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,40(10):2983-2993.

5.韓東、韓永濤、楊志學(xué)等.直流配電網(wǎng)中諧波抑制技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2015,39(2):368-374直流配電網(wǎng)作為新興的電力配電方式，其電能質(zhì)量問(wèn)題備受關(guān)注。典型的電能質(zhì)量問(wèn)題包括電壓波動(dòng)、電壓閃變、諧波畸變、不對(duì)稱負(fù)載等。因此，如何保證直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，是目前研究的熱點(diǎn)之一。

在電能質(zhì)量問(wèn)題方面，我國(guó)相關(guān)學(xué)者提出了多種改進(jìn)措施。首先，可以通過(guò)裝置電力電子設(shè)備（如有源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等）來(lái)優(yōu)化電力質(zhì)量。其次，也可以改進(jìn)開(kāi)關(guān)元件的質(zhì)量，并在設(shè)計(jì)時(shí)考慮相鄰開(kāi)關(guān)之間的互相干擾。此外，還可以通過(guò)負(fù)載控制、通信控制等多種手段來(lái)優(yōu)化電能質(zhì)量。這些措施的實(shí)施需要充分考慮成本與效果之間的平衡。

對(duì)于直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量控制技術(shù)，學(xué)者提出了多種方案。其中，最常用的是PWM調(diào)節(jié)技術(shù)。PWM調(diào)節(jié)技術(shù)，可以通過(guò)控制比例系數(shù)來(lái)控制電源的輸出電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電能質(zhì)量的目的。此外，還有電壓控制技術(shù)、電流控制技術(shù)、主動(dòng)干擾抑制技術(shù)等，都有著不同的適用場(chǎng)景與優(yōu)劣勢(shì)。

總之，直流配電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題是目前直流配電研究中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，需要提出更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值