维普资讯 http://www.cqvip.com 现代商贸工业 第１９卷第３期 Ｍｏｄｅｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２００７年３月 提高电网供电质量的策略研究 马云龙 （贵州省睛隆县供电局，贵州睛隆５６１４００） 摘 要：对如何解决电网污染进行了研究如何进行动态无功优化补偿和降低线损进行了分析，有源滤波方面，对有源 滤波嚣的实时谐波检测技术、仿真平台、有源滤波器的主电路拓扑结构、有源滤波器ＰＷＭ控制技术以及混合有源滤波器 进行了初步的探讨和分析，得出以有源滤波器为基础的混合有源滤波器可以很好的解决电网的谐渡污染问题的结论。 关键词：电网；供电质量；有源滤波 １ 引言 联，为谐波提供一个低阻抗通路，同时也提供负载所需要的 １．１影响电网供电质量的原因 无功功率。无源滤波具有简单、方便的优点，但它也存在突 随着现代照明、通信设施、开关电源等的快速普及，使 出缺点：只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条 电网中非线性负载量剧增，曾有统计表明，几十年前，电网 件下会产生谐振而使谐波放大；只能补偿蚓定的无功功率， 中非线性负载与线性负载量之比为１：９，而现在，非线性负 对变化的无功负载不能进行精确补偿；其滤波特性受系统 载与线性负载量之比则为８：２。非线性负载主要有：１．具有 参数影响较大，并且其滤波特性有时很难与凋压要求相协 铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；２．以具有 调等。针对传统无源滤波技术的上述缺点，本文在动态无 强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电 功优化补偿、有源滤波以及混合有源滤波方面进行了研究 灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；３．以电力电子元件为基础 和探讨。 开关电源设备。 ２动态无功优化补偿和降低线损研究 以上这些非线性电气设备（或称之为非线性负荷）的显 在配网线路中装设补偿电容器，实质上就是通过改变 著的特点是它们从电网吸收非正弦电流，也就是说，即使电 电网无功功率的分布，即降低线路中的电流，降低电压损 源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们具有 耗，以提高功率因数，改善电压质量，从而达到降低线损的 其电流不随着电压同步变化的非线性的电压一电流特性， 目的。但往往由于电容器投切手段落后，不能根据无功需 使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由 求的变化及时调整电容补偿容量，导致经常发生欠补或过 基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使 补偿现象。通过配网自动化系统的“遥信、遥测、遥控”功能 电网电压严重失真，同时还会产生大量的无功功率。 可较好地实现无功动态补偿。 １．２电网污染的危害 配网主站系统从１ＯｋＶ线路采集电压和电流数据并进 这些设备运行所产生的大量的谐波和无功功率会对电 行逻辑计算，按照节点电压、无功所处的分区位置（见图１） 网的运行产生很大的影响：消耗无功，增加线路损耗，使电 来控制电容器组投切，确保电压和功率因数在设定范围之 能的生产，传输和利用效率降低；引起设备过载，电器设备 内，实现就地无功平衡和线路电压稳定。 过热，降低设备绝缘等级；降低负载工作性能，例如使电机 产生附加力矩和噪声；设备故障，引起电力系统局部发生串 Ｉ ＩＪ１ 联谐振或者并联谐振，危害电网安全稳定运行；谐波发生放 １ Ｉ ３ Ｉ ３ Ｉ ． 大，造成电容器过热，膨胀甚至产生破裂；电能计量失准，导 Ｉ ・Ｕ丑 ４ Ｉ ０ Ｉ ５ Ｉ ． 致继电保护和自动化控制装置误动作；对通信和电子设备 Ｉ ＵＬ 产生电磁干扰。 ６ Ｉ ７ Ｉ ８ ｆ １．３电网污染的解决方法 ｌ、 １ Ｕ一 因此电力系统谐波抑制及无功补偿问题变得日益迫 １１ 电 Ｉ： Ｑａ 切，目前滤波和补偿是治理电网污染行之有效的方法。滤 图１ 线路节点电压、无功分区图 波就是在污染源附近防止谐波电流的产生，补偿就是对已 经被污染的电网进行补偿，改善功率因数、滤除系统谐波、 ２．１ 配网自动化主站系统对电容器无功补偿的运算 减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不 （１）当配网主站系统采集节点的无功功率，即过补偿 平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。传统的谐波抑 时，则： 制和无功补偿多采用无源滤波技术，即使用由电力电容器 ①工作区域在１区（Ｕ＞ＵＨ），切电容器。 等无源器件构成无源滤波器，它与需补偿的非线性负载并 ②工作区域在４区（ＵＩ ＜Ｕ＜ＵＨ），若电容器在切除位 置，不动作；若电容器在投入位置，且ｑｃ＞Ｑ１，Ｃ，继续运 一】８】一 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代商贸工业 第１９卷第３期 行，否之切电容器。 Ｍｏｄｅｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２００７年３月 电力有源滤波器一般由ＰＷＭ变换器构成。根据变换 器直流侧储能元件的不同，可分为电压型ＡＰＦ和电流型 直流侧电压维持不变。电流型ＡＰＦ在工作时需对直流侧 电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变。电压型ＡＰＦ ③工作区域在６区（Ｕ＜Ｕｒ ），投电容器。 ｉｎＱ１＞ＱＨ，即欠补偿时，则： ①工作区域在３区（Ｕ＞ＵＨ），切电容器。 （２）当配网主站系统采集节点的无功功率Ｑ１＝３ ＵＩｓ— ＡＰＦ。电压型ＡＰＦ在工作时需对直流侧电容电压控制，使 ②工作区域在５区（ＵＩ ＜Ｕ＜ＵＨ），若电容器在投入位 的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数ＡＰＦ 置，继续运行；若电容器在切除位置，且Ｑｃ＞Ｑ１，，不允许 采用的主电路结构。但是电流型ＡＰＦ由于开关器件不会 投入，否之投电容器。 发生直通短路现象，随着超导储能磁体研究的进展，也将促 进多功能电流型ＡＰＦ投入实用。 ③工作区域在８区，投电容器。 （３）当配网主站系统采集节点的无功功率ＱＩ ＜Ｑ１＝ ３．１实时谐波检测 ３ ＵＩｓｉｎＱ１＜ＱＨ，则： ①工作区域在０区（ＵＩ ＜Ｕ＜ＵＨ），电容器不动作。 ②工作区域在２区（Ｕ＞ＵＨ），切电容器。 ③工作区域在７区（Ｕ％ＵＩ ），投电容器。 以上无功和有功的采样，均以２０ｓ为一采样周期，避免 引起频繁动作。其中，取Ｔ周期内的平均值。 ２．２ 电容器投切的闭琐条件 （１）电压极限闭锁：Ｕ≥１２ｋＶ或Ｕ≤８ｋＶ，配电主站系 统闭锁住投切电容器的操作。 （２）在动作时间间隔５ｍｉｎ内，发出相反的操作指令时， 闭锁住电容器的投切。 （３）电容器出现故障突变电流时，闭锁住电容器的投 切。 （４）超过每日设定的投切最大次数，闭锁住电容器的投 切。 （５）柱上开关拒动时，闭锁住电容器的投切并报警。 （６）当电容器采样装置报出异常时闭锁操作指令并报 警。 （７）柱上开关处于停运或检修状态时闭锁相应远方操 作指令。 １０ｋＶ线路补偿是靠配网主站系统从ＩＯＫＶ线路采的 电压信号和电流信号，通过逻辑计算，由计算机来确定电容 组的投切，确保电压和功率因数在设定范围之内，实现就地 无功平衡和线路电压稳定。 ３ 有源滤波 二十世纪７Ｏ年代国外提出了用ＰＷＭ变换器构成电 力有源滤波器（ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒ，简称ＡＰＦ）。与无源滤波 器相叱，ＡＰＦ具有可控和快速响应特性，并且能跟踪补偿各 次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影 响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，因而 已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。有源滤波的 原理是实时检测电网谐波，利用可关断电力电子器件产生 与负荷电流中的谐波分量大小相等，相位相反的电流注入 到电网中去，与电网中原有的谐波分量相互抵消，最终消除 谐波。无源滤波采用的是将滤波支路等效阻抗降低从而使 谐波更多地分流到滤波支路上的方法，ＡＰＦ采用的则是从 相位上完全抵消谐波的方法。ＡＰＦ产生的谐波大小和相位 是由系统当前状态决定的，不会随温度和时间的变化而变 化。有源电力滤波器具有补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无 功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。 一１８２一 目前有源滤波器中，基于瞬时无功功率理论的谐波和 无功电流检测方法应用最多。 ３．２有源滤波器仿真平台 对于以往的仿真平台，多采角ＭＡＴＩ ＡＢ来搭建， ＭＡＴＩ ＡＢ是基于数学分析的软件，其对电路在实际应用中 可能遇到的各种情况，如温度变化、各部件参数漂移、开关 损耗与导通和关断时间等，进行仿真模拟。其提供强大的 数模混合仿真能力，尤其适用于数字化控制系统。ＭＡＴ— ＬＡＢ与Ｓａｂｅｒ在应用方面存在很大的差异。Ｓａｂｅｒ专注于 混合信号系统、混合信号电路以及电源系统设计。ＭＡＴ— ＬＡＢ注重数学分析，一般用于顶层（传函级、算法级）分析， 缺乏实际的器件级模型（半导体元件、执行机构等），因此对 实际工程应用的支持力度不够。而Ｓａｂｅｒ则是混合信号系 统分析领域的工业标准，其不仅能够对设计进行顶层传递 函数、算法级分析，也能够支持底层的器件电路级分析。 ３．３有源滤波器主电路拓扑结构及控制 根据有源滤波器的主电路拓扑结构，目前主要研究的 有源滤波器可以分为：两电平有源滤波器、三电平有源滤波 器以及级连多电平有源滤波器。两电平有源滤波器主电路 拓扑结构，两电平有源滤波器主电路拓扑结构以及相关的 组成部分如图２所示： 系统主电路部分主要由ＰＷＭ有源滤波器、高次谐波 滤波器组成。有源滤波部分从电网吸收基波电流维持直流 电压恒定，输出与负载谐波电流反相的电流，消除电网谐 波；高次谐波滤波器负责消除有源部分由于开关作用产生 的高次谐波，避免由ＰＷＭ有源滤波器在功率器件开关过 程中产生额外的高次谐波注入电网。 图２两电平有源滤波系统主电路结构图 ４混合有源滤波探讨 混合型ＡＰＦ是ＡＰＦ与无源Ｉ 一Ｃ滤波网络共同使用。 无源滤波消除低次谐波，ＬＣ进行无功补偿的任务；ＡＰＦ消 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代商贸工业 第１９卷第３期 Ｍｏｄｅｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２００７年３月 加强混凝土外观质量控制的对策措施 刘 余 （重庆市北碚区市政工程处，重庆４００７００） 摘 要：阐述了混凝土外观质量的控制原理，指出了混凝土常见的外观质量问题并分析了产生的原因，最后就加强混 凝土外观质量控制提出了具体的改进措施，对指导现场施工具有一定的参考价值。 关键词：建筑施工；混凝土；外观质量，控制措施 去优化混凝土的施工工艺。 混凝土外观质量是混凝土的表观质量，应根据ＧＢ５０２０４ 混凝土配合比的设计，—２００２￣混凝土结构工程施工质量验收规范》规定作为一个重 ２常见的外观质量问题 混凝土的外观质量问题主要表现在五个方面。一是混 要分项进行验收。因而，混凝土外观质量是目前工程施工中 必须严格控制的。特别是随着国家不断加大城市基础设施 凝土外形缺陷，即混凝土跑模、表面不平整、线条不畅、主要 和高速公路建设的投资规模，桥梁工程越来越多，业主对桥 表现为缺棱掉角、棱角不直、翘曲不平、飞边凸肋等。二是 梁外观质量的要求也越来越高。如何提高混凝土的外观质 混凝土表面产生蜂窝、麻面、气泡、疏松，主要表现为混凝土 量，已经成为建筑施工中的一个重要课题。笔者结合工作实 局部酥松，砂浆少石子多，石子之间形成蜂窝状的孔洞，从 践，对加强混凝土外观质量控制谈几点体会。 而造成混凝土不密实、强度低．混凝土表面局部粗糙，或有 １ 混凝土外观质量的控制原理 许多小凹坑，致使混凝土表面不光滑，外观不美观。三是露 混凝土由水、水泥、砂子、石子和外加剂等材料组成，混 筋、构件内钢筋未被混凝土包裹而外露，从而影响钢筋与混 使应力不能有效传递，局部钢筋无混凝土保护 凝土拌合物中骨料密度较大，流动度和扩散度较差，骨料相 凝土的握裹，对稳定，而拌合物中最活跃也最难维持稳定的是水泥（砂） 层而很快造成结构不安全。四是施工缝处混凝土结合不 浆，混凝土的密实性和组成材料的均匀性是控制好混凝土 好，有缝隙或夹有杂物形成缝隙夹层，造成结构物整体性不 颜色不均匀及有砂痕产生。 外观质量的关键，要控制好混凝土的外观质量，就要用混凝 好。五是混凝土表面骨料显露、土均匀密实性的观点去优化混凝土原材料的选择，去优化 ３造成混凝土外观质量问题的主要原因 除高次谐振，同时消除阻尼无源ＬＣ网络与线路阻抗产生谐 仿真中ＰＦ滤波器的参数选择如下：（１）５次谐波滤波 振，从而使ＡＰＦ的电流、电压额定大大减少（功率容量可减 器ｃ５＝１８０ｕＦ、１５—２．２５ｉｍＨ；（２）７次谐波滤波器ｃ７＝ 少到负载容量的５ 以下），降低了ＡＰＦ的成本和体积。目 ９ｌ＿８７ｕＦ、１７—２．２５２ｍＨ；（３）高通滤波器ｃｈ＝３０ｕＦ、ｌｈ一２． 前工程上应用的有源滤波器多与无源滤波器同时使用构成 ８ｍＨ、ｒｈ＝１０；有源滤波器参数如下：电压环采样频率： 混合ＡＰＦ系统。混合型ＡＰＦ是将有源滤波器（ＡＰＦ）与 ２ｋＨｚ；电流环采样频率：１０ｋＨｚ；电感Ｌｒｅ：３．５ｍＨ；电感寄生 ＬＣ无源滤波器（ＰＦ）联合使用，以减少ＡＰＦ体积和成本。 电阻Ｒｒｅ：０．５Ｑ；直流母线电压给定Ｖｄｃ＊：６００Ｖ；三相输入 对于两电平有源滤波，实际的应用来看主电路拓扑结 电源频率ｆ：５０Ｈｚ￣负载电阻Ｒ：５０１２；直流母线端电容ｃ： 构有：Ａ、并联ＡＰＦ与并联ＰＦ组成混合有源电力滤波主电 ５０００ｕＦ。负载为带阻值为１００ｉ２的三相二极管整流器谐波 路方案，如图３所示；Ｂ、ＡＰＦ通过变压器与ＰＦ串连然后并 源。 联到电网的混合有源电力滤波主电路方案。 参考文献 ………… １ ：一．—— ［１］Ｌｅｅ，Ｋ．Ｙ．；Ｃｈａ，Ｙ．Ｔ．；Ｐａｒｋ，Ｊ．Ｈ．；Ｓｈｏｒｔ Ｔｅｒｍ Ｌｏａｄ Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ 一Ｊ ｆ —— ． … Ｉ ． Ｕｓｉｎｇ ａｎ ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＮｅｕｒａＩ Ｎｅｔｗｏｒｋ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓ— ｔｅｒｎｓ，２００２（７）：１２４—１３Ｏ． ［２］郭瑞鹏，韩祯祥．变步长变尺度ＢＰ算法及其在电力系统中的应 厂一 ，苛 ，１＿ 。Ｉ一＿ ：，用［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，（２１）：７—１０． ［３］王民量，张伯明，夏清．电力系统短期负荷预测的共轭梯度ＡＮＮ 方法［Ｊ］．电力系统自动化，２００５，（１）：３４—３６． ［４］岑文辉，雷友坤，谢恒．应用人工神经网与遗传算法进行短期负荷 预测［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，（３）：２９—３２． 图３并联ＡＰＦ与并联ＰＦ组成混合有源电力 滤波器主电路 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