1. 研究目的与意义
电能质量及其控制技术是当前电工领域的研究热点，在国民经济飞速增长的今天，随
着电网负荷对电网质量的要求越来越高，电能质量问题也日益凸显。
如何有效的改善电能
质量问题是各国专家努力钻研的课题之一。
结合当前电能质量问题的现状，以及影响区域
电能质量的因素，通过对电能质量控制装置进展的研究，引入有关电能质量的干扰指标，
分析目前电力系统电能质量及其控制技术，引入电力系统电能质量控制技术的基本概述，
首先探讨电力系统谐波抑制技术，接着分析电力系统电压波动与闪变的抑制技术，然后研
究电力系统电压暂降和短时中断的抑制技术，最后详细研究了基于主动治理即改造谐波源
本身的谐波抑制技术，以及被动治理即谐波补偿装置功能的谐波抑制技术等电能质量控制
技术，对当前电力系统电能质量的有效改善和提高具有及其现实的参考价值。
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2. 课题关键问题和重难点
本文研究了电力系统电能质量控制技术的研究，提出了一些改进电力系统电能质量的
技术和方法，所以我总结的本课题关键问题如下：
1.电力系统电能质量控制技术的基本概述；
2.电力系统谐波抑制抑制技术的探讨；
3.电力系统电压暂降和短时中断的抑制技术的研究；
4.电力系统电压波动与闪变的抑制技术分析；
5.基于主动治理和被动治理的电能质量控制技术的研究；
课题是基于主动治理和被动治理的电能质量控制技术的研究，由于所学知识的欠缺，
我认为本课题的难点总结如下：
1.改进电能质量控制装置，并提出方案。
2.基于主动治理和被动治理的电能质量控制技术中，关于电力系统电能质量控制装置
进展的研究
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性
负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述
两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质
量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的
观实意义。
1 谐波的抑制
1.1合理安排供配电系统
在供配电系统中，要想减少谐波的产生，就需要减弱投切电容器时而产生的瞬态压，
为此可以启用选相断路器来完成此项工作。电力电容器在运行过程中，若遇到系统其余部
位产生的谐波，就会釆取相应的保护措施，明显的就是放大某次谐波电流，这就给系统运
行的稳定带来巨大的威胁。对于这种状况，首先要做的就是在电力回路当中将滤波电抗器
串联在一起，这样可以有效减少谐波产生的频率。
1.2安装滤波器
安装滤波器是治理谐波污染的又一有力武器，滤波器主要有两个种类：无源滤波器和
有源滤波器。现今市场流行使用的无源滤波器 主要是由电力电容器、电抗器和电阻这几个
成 分组合而成，但在投入使用时，会将其与谐波源并联在一起，这样可以发挥其滤波价
值，无源滤波器的优势较为明显，价格不高，构造简单，维护过程中操作简便，能够有效
过滤掉高次谐波。有源滤波器，简称 APF,作为当前有实力的检测和控制系统，具有突出的
高实时性，反应灵敏，能够快速察觉电网中电流的变化，并及时跟随电网谐波电流的变化
而采取相应的应对措施，它的优势可以总结为：无需分析负荷谐波频率，仅仅依靠供配电
系统中产生的谐波，敏锐地采取措施；由于它自身设计上的优势，无需考虑它是否会过载
的问题与电源设备的运行方式融洽结合，无需考虑相背离的状况；可以在第一时间做出反
应，瞬时补充谐波。
2 电压电压暂降和短时中断的抑制
电压暂降的治理措施应该从三方面讨论：供电系统、设备制造商、用户业主，三者需
要共同合作，协作解决。
如若某地区存在电压暂降的频率较大，持续时间较长，那么首先应当考虑从供电系统
方面解决问题。在供电系统方面，主要通过采取减少故障数目、缩短故障清除时间和改变
供电方式等措施解决电压暂降问题。
减少短路故障数目不仅可以减少电压暂降的发生，也可以减少供电中断事故。事实
上，电力部门都已经尽最大努力来减少故障发生的频度，具体的改进措施包括：架空线入
地、架空线加外绝缘、架设附加屏蔽导等。需要强调的是，这些措施的实施可能代价很
高，应当通过全面衡量用电设备跳闸与各种措施之间的经济利益关系来确定合理的方案。
缩短故障清除时间虽然不能减少电压暂降发生的频率，却能明显减少电压暂降的幅值
和持续时间。缩短故障清除时间的最有效措施是应用有限流作用的熔断器，这种熔断器能
够在半个周期内清除故障，使得电压暂降的持续时间不超过 1 个周波。此外，还可以用反
时延过电流继电器来缩短故障清除时间，因为与时间成反比的过电流继电器的延时是随故
障电流的不断增加而减少的。通过供电方式的改变可以有效降低电压暂降问题的严重性，
但这类方法通常需要很高的代价。随着分布式发电技术的发展，以及储能技术、燃料电池
技术等技术的实用化，敏感负荷附近装设电源设备成为一种可行的方案；另外，还可以采
用母线分段或多设配电站的方法来限制同一回供电母线上的馈线数；为了增加与故障点间
的电气距离，还可以在系统中的关键位置安装限流线圈，等等。总之，采用这类方法时，
电压质量的改善是通过增加更多的线路及配电设备达到的，考虑到投资与效益的权衡，这
类方法通常仅适用于对供电质量要求高。另外，在必要情况下，供电部门应对电能质量进
行准确监测，以便为确定设备敏感度和解决设备敏感度问题提供资料。
如若设备在大多数电压暂降的干扰下都不能正常工作，甚至发生跳闸，说明该设备不
适应这种工作环境，应该考虑从设备制造商反面解决问题。
设备制造商可以降低设备对电压暂降的敏感度或影响。用户在设备订货合同中向制造
商明确这方面的技术要求，使设备具备一定的抗电压暂降能力；也可以通过分析，调整内
部某些环节参数来解决。如果电压暂降是由于用户大电动机启动引起的，则直接采取改进
启动方式（如：全压启动改为降压启动，硬启动改为软启动）或增加公共连接（PCC）的短
路容量来解决。
现实的情况是供电系统难以保证能够提供完美的电力，并且往往也并不能要求设备制
造商提供免疫电压暂降的设备。因此，现如今应用最普遍也是比较推荐的治理电压暂降的
措施是在供电系统与用户设备之间填加装补偿装置，常见的补偿装置包括：不间段（UPS—
Uninterruptible Power Suppy)、固态切换开关（SSTS—Solid Stat transfer—
switch）、动态电压恢复器（DVR—Dynamic Voltage Restorer）。
3 电压波动与闪变的抑制
3.1安装动态无功补偿装置
①抑制电压波动和闪变高容量、大电流的设备负荷的急剧变化,会导致负荷电流产生对
应的剧烈波动,使系统电压损耗快速变化,从而引起受电端电网电压闪变。动态无功补偿装
置能够快速地提供无功电流,以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
②抑制三相不平衡,提高电能质量配电网中存在着大量的三相不平衡负载,同时,线路、
变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡,也会导致电压不平衡问题的产生,动态无功补偿装
能够快速地补偿由于负不平衡所产生的负序电流,始终保证流入电网的三相电流平衡提高电
能质量维持用户端电压,加强设备电压稳定性,对负荷中心而言,由于负载容量大,又没有大
型的无功电源支撑,因此容易造成电网电压偏甚至发生电压崩渍等事故。安装动态无功补偿
装置后,具备了快速的无功功率调节能力,可以维持负荷侧电压,使用电设备在额定电压下运
行导致电压波动和闪变的原因。
4 电能质量控制技术的治理
电能质量控制技术可分为主动控制技术和被动治理技术。被动治理技术是通过并接或
串接额外的电力电子补偿器来抑制或治理诸如谐波、无功、三相不平衡等电能质量问题，
补偿装置主要包括无源电力滤波器（PPF）、有源电力滤波器（APF）、混合型有源电力滤
波器（HAPF）、无功补偿器、动态电压恢复器（DVR）、电能质量综合调节器（UPQC）等。
其中，基于模块化多电平变换器（MMC）的电能质量补偿器因其低压模块化串级结构，正成
为中高压电能质量治理技术的研究热点与未来趋势。而主动控制技术是用电设备或分布式
电源通过改变自身的输入或输出阻抗特性来兼顾电能质量治理功能。电能质量主动控制技
术不仅可提升电能利用率，还能在无需增加额外的补偿器的情况下，改善系统整体的电能
质量。
目前，电能质量补偿器多采用电压源型或电流源型变换器。常用的补偿器电流控制方
法主要有：滞环控制，无差拍控制，模型预测控制，比例积分（PI）控制，比例谐（PR）
控制，重复控制及非线性鲁棒控制等。此外，通过改进常规电流控制，可以改善单一电流
控制方式的控制性能。比如：常规PI和矢量PI结合的控制方法，可简化谐波检测环节；谐
波分频补偿方式，与传统全频段补偿方式相比，提高各次谐波的检测精度与补偿精度，特
别适用于各种高低压混合有源滤波装置等。
随着光伏、风能等大型分布式电站（10kv-35kv等级）的渗透率的提高，主要由多逆变
器构成的分布式电站系统所产生的谐波与输配电系统的交互耦合也愈加复杂。分布式电站
输出的谐波呈现出高频次、宽频域的特性。谐波在输电网传播的过程中，受输电线中的分
布电容以及背景谐波电压等因素的影响，会产生电流和电压的谐振放大。有2种治理方案可
抑制宽频域谐波在输电网络中的串并联谐振问题，即：改变输电网络参数，通过并联电抗
器达到消除谐振的目的；安装高压混合有源滤波装置，降低流入电网的谐波电流含量。
4. 研究方案
本课题是基于的研究，本论文将从电力系统电压暂降和短时中断的抑制技术，电力系
统谐波抑制抑制技术，电力系统电压波动与闪变的抑制技术三个方面论证，本课题的难点
是电力系统电能质量控制装置进展的研究，所以论证方案如下图：
5. 工作计划
第1周：熟悉所分配课题，收集相关资料
第2周：完成外文资料的翻译和审核
第3周：自拟开题报告、并完成审核
第4周：完成课题要求的论文构架所需素材的整理归纳
第5周：完成课题要求的电力系统电能质量控制技术的基本概述
第6周：完成中期检查
第7周：完成课题要求的电力系统谐波抑制技术探讨
第8周：完成课题要求的电力系统电压波动与闪变的抑制技术分析
第9周：完成课题要求的电力系统电压暂降和短时中断的抑制技术研究
第10周：完成课题要求的基于主动治理和被动治理的电能质量控制技术的研究
第11周：公式、表格、电气图、Excel表统一进行编辑、绘制
第12周：完成中英文摘要、关键词及致谢词和参考文献的整理；完成论文初稿并完成课题
电气图的集中绘制。
第13周：完成论文答辩 PPT、答辩
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