近年来,全世界科技界普遍关注着被称为世界性的两大问题,即能源(节能、合理开发和应用)和环境(意识、改善和环境保护)。电力工业是一个生产最佳能源产品(电力的生产、输送、分配、转换同时进行)的大系统。如何符合用电负载需求进行有效的能量转换,确已成为当今电力系统日益关注的焦点。而原有的传统的电能形态,在电能的合理、经济使用上,受到了很大的约束和限制(甚至浪费)。
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,人们对电能质量及可靠性的要求越来越高。上述问题的矛盾越来越突出,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,电能质量直接关系到国民经济的总体效益。
对供电质量及可靠性的要求日益提高是和用户的工艺过程水平的发展相联系的,近代科技进步又促进生产过程的自动化和智能化,对电能质量提出了更高更新的要求。一个计算中心失去电源2s就可能破坏几十小时的数据处理结果而造成上百万元的经济损失。在大型机器制造厂,0.1s 的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏。当今自动化设备控制的连续精加工生产线,它们对配电系统中的干扰异常敏感,几分之一秒的不正常供电就可能在工厂内部造成混乱,其损失是难以估量的。这些用户对不合格电力的容许度可严格到只有1~2 周波。现代化的商贸中心、银行、医院也是如此。谐波的严重危害和所造成的损失经常被人们所提及,而无人值守变电站中计算机系统突然出现的死机现象,大多属于电能质量问题。
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。
近段时间提出的系统化综合补偿技术是解决电能质量问题的“治本”途径。对于稳态时的电压质量问题有许多成熟的措施加以解决; 但对于动态电能质量问题, 依靠传统的无功补偿和常规的滤波装置则不能有效地解决, 因为诸如电压跌落( sags)、浪涌( surge )、电压脉冲( impulse ) 与瞬时供电中断(outage) 这类电能质量问题持续的时间很短、变化很快, 并且有的电能质量问题还伴随着部分甚至全部的有功损失等情形。
(1)电力系统频率允许偏差;(2)供电电压允许偏差;(3)电压允许波动和闪变;(4)三相电压允许不平衡度;(5)公用电网谐波。
目前国内电能质量方面的工作主要集中在电压(幅值)、频率和谐波方面,而随着国民经济的发展和技术的进步,一方面电网中各种非线性负荷及用户不断增长,增加了影响电能质量的不利来源;另一方面各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备使用也越来越多,对电能质量的要求更高,这两个方面的矛盾日益突出。为了确保有效控制电能质量,现实中不仅包括以上五个方面,更增添了新的内容:如电压凹陷、电压中断、电压瞬变、过电压、欠电压、间谐波等。从苏州、南京等地一批IT高新技术企业向供电公司提出供电电能质量和供电可靠性的要求,就鲜明的反映了电能质量的现实发展趋势。
近些年来,在我国广西、湖南、南京等地,因谐波超标而引发的电力系统的灾难性大停电事故和大型设备重大事故,损失都要用千万为单位来计算!
据美国官方统计:近20年来,全球范围内因电能质量引起的重大电力事故已达20多起,每年因电能质量扰动和电气环境污染引起的经济损失高达300亿美元!
1993年2月12日,北京地区由于220KV线路相差高频保护跳闸,引起大面积停电事故,造成了严重的经济损失和社会影响。通过现场测试及对事故分析,最后确定是该地区三个电气化铁道牵引站引起谐波严重超标引起。
2000年4月10日,晋东南电网因运行方式的需要,220kV霍长线停电检修,220kV长治变由漳泽电厂通过220kV漳长I回单独供电,向地区网输送140MW,系统运行正常;20时18分,太焦电铁三座牵引站产生的谐波和负序电流经110kV系统注入220kV系统,引起该线路送漳泽电厂出线211开关的JGX—11A型晶体管相差高频保护误动作,造成晋东南电网瓦解和大面积停电事故,巴公电厂周波降为45.7Hz,与电网解列44分钟,晋东南11个变电站停电,电气铁道停电20多分钟,电网和用户均受到较大的损失。
京郑电气化铁路(下称电铁)在北京地区设有3座110 kV牵引变电站,即衙门口站、丰台站和琉璃河站。电铁机车是单相大功率整流负荷,在投运时产生的谐波和负序分量将注入电力系统,影响全网,波及其他用户。据不完全统计,自电铁投运以来,在电网结构薄弱的地区,电铁谐波与负序电流已引发过200 MW发电机跳闸,山西、河南、贵州等电网大面积停电或系统解列,电网产生局部谐振、发电机转子损坏、继电保护非正常频繁启动、用户电动机和电容器大量烧坏,小火电厂不能就近并网等一系列危害,使社会、电力部门和用户蒙受了巨大的经济损失。

