劉可 薛俊茹 翟潛河

摘要：電力市場(chǎng)環(huán)境下，電能質(zhì)量關(guān)系著社會(huì)方方面面的發(fā)展建設(shè)，對(duì)社會(huì)發(fā)展起著重要作用，是電力企業(yè)面臨的亟待解決的重要項(xiàng)目。針對(duì)于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題，ETAP系統(tǒng)對(duì)于其問(wèn)題的解決起到了重要作用。通過(guò)多年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐表明，其軟件系統(tǒng)在諧波仿真方面，對(duì)諧波諧振等方面問(wèn)題的處理起到了良好的改善作用，在電能質(zhì)量問(wèn)題的分析處理上切實(shí)可行，未來(lái)其軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景得到了充分驗(yàn)證，以其精準(zhǔn)的計(jì)算方法，方便快捷的模型，可視化的數(shù)據(jù)操作為電能質(zhì)量的分析管理提供了強(qiáng)有力的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ETAP；電力系統(tǒng)；電能質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言：伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電能需求量巨大的相關(guān)部門為了進(jìn)行節(jié)能減排，增加了大容量三相不平衡設(shè)備的應(yīng)用，使得各種電能質(zhì)量問(wèn)題層出不窮，往往造成區(qū)域性的事故隱患。現(xiàn)在針對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的分析，逐漸開(kāi)始引入ETAP，使其逐漸發(fā)揮出分析、計(jì)算、調(diào)控管理的優(yōu)勢(shì)。

一、ETAP概述

ETAP是一種應(yīng)用在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)，由美國(guó)OTI集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)，是電力電氣分析、電能管理的綜合分析軟件系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。具有功能全面，綜合性能強(qiáng)大的特點(diǎn)，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)等多方面提供全面分析和解決方案，保證了高品質(zhì)的電能質(zhì)量。

該軟件系統(tǒng)具有三大設(shè)計(jì)理念，即系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行操作，全面集成數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)操作過(guò)程是真實(shí)可見(jiàn)的。其數(shù)據(jù)庫(kù)是三維形式的，顯得更為立體直觀，將元件設(shè)備與其物理屬性歸于一個(gè)數(shù)據(jù)維度之中，作為工程電氣的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)以簡(jiǎn)單直觀的圖形形式顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)操作，并能確定出復(fù)合式的保護(hù)嵌套網(wǎng)絡(luò)[1]。

二、ETAP軟件系統(tǒng)介紹

（一）不平衡潮流模塊

該模塊主要是對(duì)分支電流與功率因數(shù)，功率潮流與母線電壓的計(jì)算，在平衡節(jié)點(diǎn)等狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)形與放射型系統(tǒng)的操作，計(jì)算效果由電流注入方法來(lái)保持，充分體現(xiàn)出在大負(fù)荷環(huán)境下具有的收斂特性。

（二）諧波分析模塊

對(duì)于諧波潮流計(jì)算是其系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，應(yīng)用于對(duì)各線路、母線諧波存在狀況的解析計(jì)算。在計(jì)算中需要對(duì)諧波頻率掃描，也就是對(duì)現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，以此根據(jù)諧振現(xiàn)象計(jì)算出諧波次數(shù)。諧波潮流計(jì)算與諧波頻率掃描有效解決了諧振問(wèn)題與在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下存在的問(wèn)題，極大地方便了對(duì)于諧波問(wèn)題的治理，為其提供了科學(xué)高效的驗(yàn)證解決方案[2]。

（三）電容器最佳位置模塊

系統(tǒng)在補(bǔ)償電容時(shí)，該模塊約束條件具有最小化的特點(diǎn)，不會(huì)受到多種因素的影響，沒(méi)有多個(gè)因素的約束限制，以此設(shè)定出電容器的最佳位置，使功率因素的修正與電壓的補(bǔ)償達(dá)到最佳效果，在最佳效果的狀態(tài)下補(bǔ)償電容器組數(shù)，進(jìn)行控制模式的計(jì)算，分析出運(yùn)行中的電容器組對(duì)于系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生哪些影響。

（四）電機(jī)加速模塊

這個(gè)系統(tǒng)是針對(duì)于動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的兩種電機(jī)加速的管理控制，為其電機(jī)加速提供兩種計(jì)算分析方法。對(duì)于靜態(tài)電機(jī)的加速計(jì)算首先需要建立一個(gè)模擬化形式的動(dòng)態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型能夠在啟動(dòng)電機(jī)過(guò)程中反映出在整個(gè)過(guò)程中電流電壓隨時(shí)變的變化狀態(tài)。整個(gè)加速過(guò)程會(huì)被程序模擬出來(lái)，以判斷電機(jī)是否能夠可以啟動(dòng)，額定速率需要多久恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，是否會(huì)因?yàn)殡妷航档膯?wèn)題而影響到系統(tǒng)運(yùn)行。對(duì)于靜態(tài)電機(jī)的加速也是應(yīng)用模擬化的形式，運(yùn)用堵轉(zhuǎn)方法將電機(jī)啟動(dòng)，以此模擬出對(duì)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生哪些影響。

三、電力系統(tǒng)工業(yè)用戶引起的系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題

在工業(yè)中設(shè)備的容量較大，對(duì)于設(shè)備的調(diào)速性能與設(shè)備特殊性能有著高要求，因?yàn)樵O(shè)備的性能對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生重要影響。而在現(xiàn)代工業(yè)中一些大容量的設(shè)備又與多種電氣化設(shè)備組合起來(lái)，又對(duì)周圍區(qū)域的電能質(zhì)量造成了影響，使對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的分析、治理增加了難度。

（一）礦井與港口

在礦井與港口中其主要負(fù)荷是港口的裝卸起重機(jī)與礦井的風(fēng)機(jī)、水泵、提升設(shè)備，這些設(shè)備多數(shù)是大型大功率的設(shè)備。采用到了用于調(diào)速的沖擊性設(shè)備，這些電力電子設(shè)備的使用使得諧波與無(wú)功功率不足問(wèn)題出現(xiàn)。

（二）制藥化工與煙草

大型電動(dòng)機(jī)群與高敏性負(fù)荷是制藥化工與煙草等工廠面對(duì)的主要負(fù)荷，為了滿足工藝需要會(huì)有一些非線性設(shè)備的裝置。如果多次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，極易對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，大量的無(wú)功被充分吸收，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功的缺失，致使三相不平衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，電壓也會(huì)持續(xù)降落，電網(wǎng)功率因素會(huì)因此大為降低；對(duì)其調(diào)速裝置而言，變頻整流方式得到普遍應(yīng)用，但是由于電機(jī)磁飽和現(xiàn)象，高次諧波大量產(chǎn)生，通常使用的電路拓?fù)浼夹g(shù)手段將交流形式的電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍问降碾娫矗绷麟娫崔D(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)交流電機(jī)所需的頻率、電壓。

（三）煉鋼廠

在從事煉鋼的企業(yè)當(dāng)中，其應(yīng)用的主要設(shè)備有沖擊用大型軋鋼機(jī)與高壓弧爐。電弧是氣體放電的一種形式，是一種著電與著熱同時(shí)進(jìn)行的物理過(guò)程，電弧在電弧爐中在正常電壓下是交流形式的。功率波動(dòng)性負(fù)荷是電弧爐的主要負(fù)荷，在熔化期中三相電極在廢鋼裝入后，大電流電弧在廢鋼與電極之間產(chǎn)生，電弧產(chǎn)生的熱量對(duì)廢鋼進(jìn)行熔化。直接電弧普遍存在著，電弧長(zhǎng)度隨和廢鋼熔化而發(fā)生改變，燃弧點(diǎn)逐漸發(fā)生移動(dòng)，引起三相電弧也在逐漸發(fā)生著改變，三相電流出現(xiàn)不對(duì)稱，在不正常的生產(chǎn)情況下負(fù)序電流與電爐變壓器額定電流之間的比例由1：4上升到14：25，這是對(duì)于一相斷弧而言，兩相與三相斷弧不言而喻，比例將會(huì)更大，當(dāng)在電網(wǎng)流入到負(fù)序電流時(shí)，電網(wǎng)電壓產(chǎn)生負(fù)序分量。如想保證穩(wěn)定的電弧燃燒，電弧爐的功率因素降低，如此一來(lái)電弧爐在運(yùn)行中就會(huì)產(chǎn)生高感性負(fù)荷，功率因數(shù)因此會(huì)極有可能降低到0.1。在精煉環(huán)節(jié)中完成熔化過(guò)程之后，提高溫度的同時(shí)加放鐵礦石與氧氣，為達(dá)到脫硫與脫氧的效果加入石灰，在這個(gè)過(guò)程之后電流不會(huì)發(fā)生變動(dòng)，電弧趨于正常穩(wěn)定[3]。

冶煉過(guò)程中電弧電流的變化通常與廢鋼大小有關(guān)，電弧電流的變化導(dǎo)致了電壓閃變現(xiàn)象的存在，如果冶煉中使用的是大塊廢鋼，在落下時(shí)造成電弧不穩(wěn)定與電極短路，到了中期以后，鋼液存在于爐底，電弧的穩(wěn)定性得到了很好的保障，閃變程度同樣得到降低。

變頻調(diào)速裝置在軋鋼機(jī)中的使用，加劇了諧波的產(chǎn)生，諧波電流的增多致使接入的母線電壓畸變率超出了指標(biāo)，為用電設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的不便。此外還有無(wú)功功率被大量消耗，功率因數(shù)降低至不到0.5，失去的那些無(wú)功功率其實(shí)是被電網(wǎng)吸收了，電網(wǎng)因此承擔(dān)的職責(zé)沉重，加大了無(wú)功損耗，電能質(zhì)量因此得以降低。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)上述可知，本文從三個(gè)方面對(duì)基于ETAP的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題展開(kāi)了論述。第一部分是對(duì)ETAP系統(tǒng)基本概念的論述，從中可以知道ETAP是由美國(guó)一家電力公司開(kāi)發(fā)的一種電力電氣、電能管理的綜合性分析軟件；第二部分介紹了ETAP系統(tǒng)模塊，第三部分相對(duì)重點(diǎn)介紹了幾種基于ETAP的工業(yè)用戶電力系統(tǒng)常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題，為社會(huì)中的工業(yè)用戶對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的解決提供了一定參考。在工業(yè)用戶中，還是在社會(huì)各領(lǐng)域中負(fù)荷是引起電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題的主要原因，為解決電能質(zhì)量問(wèn)題，需要結(jié)合電能質(zhì)量問(wèn)題的特點(diǎn)與實(shí)際情況，加強(qiáng)ETAP系統(tǒng)建設(shè)，基于其系統(tǒng)的分析治理方法，豐富電能質(zhì)量分析方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐文遠(yuǎn)，雍靜. 電力擾動(dòng)數(shù)據(jù)分析學(xué)——電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的新應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，19：93-101+15.

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[3]容文斌. 改善電能質(zhì)量的意義與策略[J]. 電子世界，2014，18：376.