刘可 薛俊茹 翟潜河

摘要：电力市场环境下，电能质量关系着社会方方面面的发展建设，对社会发展起着重要作用，是电力企业面临的亟待解决的重要项目。针对于电力系统电能质量问题，ETAP系统对于其问题的解决起到了重要作用。通过多年来的应用实践表明，其软件系统在谐波仿真方面，对谐波谐振等方面问题的处理起到了良好的改善作用，在电能质量问题的分析处理上切实可行，未来其软件在电力系统中的应用前景得到了充分验证，以其精准的计算方法，方便快捷的模型，可视化的数据操作为电能质量的分析管理提供了强有力的参考依据。

关键词：ETAP；电力系统；电能质量

中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

前言：伴随经济的发展，对于电能需求量巨大的相关部门为了进行节能减排，增加了大容量三相不平衡设备的应用，使得各种电能质量问题层出不穷，往往造成区域性的事故隐患。现在针对电能质量问题的分析，逐渐开始引入ETAP，使其逐渐发挥出分析、计算、调控管理的优势。

一、ETAP概述

ETAP是一种应用在电力系统领域的软件系统，由美国OTI集团公司开发，是电力电气分析、电能管理的综合分析软件系统的简称。具有功能全面，综合性能强大的特点，能够为电力系统的规划设计等多方面提供全面分析和解决方案，保证了高品质的电能质量。

该软件系统具有三大设计理念，即系统能够在虚拟环境下模拟现实进行操作，全面集成数据库，数据操作过程是真实可见的。其数据库是三维形式的，显得更为立体直观，将元件设备与其物理属性归于一个数据维度之中，作为工程电气的参数，这些数据以简单直观的图形形式显示出来，实现可视化的数据操作，并能确定出复合式的保护嵌套网络[1]。

二、ETAP软件系统介绍

（一）不平衡潮流模块

该模块主要是对分支电流与功率因数，功率潮流与母线电压的计算，在平衡节点等状态下，实现对环形与放射型系统的操作，计算效果由电流注入方法来保持，充分体现出在大负荷环境下具有的收敛特性。

（二）谐波分析模块

对于谐波潮流计算是其系统中一个重要组成部分，应用于对各线路、母线谐波存在状况的解析计算。在计算中需要对谐波频率扫描，也就是对现存网络进行扫描，以此根据谐振现象计算出谐波次数。谐波潮流计算与谐波频率扫描有效解决了谐振问题与在现有网络条件下存在的问题，极大地方便了对于谐波问题的治理，为其提供了科学高效的验证解决方案[2]。

（三）电容器最佳位置模块

系统在补偿电容时，该模块约束条件具有最小化的特点，不会受到多种因素的影响，没有多个因素的约束限制，以此设定出电容器的最佳位置，使功率因素的修正与电压的补偿达到最佳效果，在最佳效果的状态下补偿电容器组数，进行控制模式的计算，分析出运行中的电容器组对于系统会产生哪些影响。

（四）电机加速模块

这个系统是针对于动态与静态的两种电机加速的管理控制，为其电机加速提供两种计算分析方法。对于静态电机的加速计算首先需要建立一个模拟化形式的动态模型，动态模型能够在启动电机过程中反映出在整个过程中电流电压随时变的变化状态。整个加速过程会被程序模拟出来，以判断电机是否能够可以启动，额定速率需要多久恢复正常运行状态，是否会因为电压降的问题而影响到系统运行。对于静态电机的加速也是应用模拟化的形式，运用堵转方法将电机启动，以此模拟出对系统会产生哪些影响。

三、电力系统工业用户引起的系统电能质量问题

在工业中设备的容量较大，对于设备的调速性能与设备特殊性能有着高要求，因为设备的性能对电力系统电能质量会产生重要影响。而在现代工业中一些大容量的设备又与多种电气化设备组合起来，又对周围区域的电能质量造成了影响，使对电能质量问题的分析、治理增加了难度。

（一）矿井与港口

在矿井与港口中其主要负荷是港口的装卸起重机与矿井的風机、水泵、提升设备，这些设备多数是大型大功率的设备。采用到了用于调速的冲击性设备，这些电力电子设备的使用使得谐波与无功功率不足问题出现。

（二）制药化工与烟草

大型电动机群与高敏性负荷是制药化工与烟草等工厂面对的主要负荷，为了满足工艺需要会有一些非线性设备的装置。如果多次启动电动机，极易对系统造成冲击，大量的无功被充分吸收，导致系统无功的缺失，致使三相不平衡现象的出现，电压也会持续降落，电网功率因素会因此大为降低；对其调速装置而言，变频整流方式得到普遍应用，但是由于电机磁饱和现象，高次谐波大量产生，通常使用的电路拓扑技术手段将交流形式的电源转变为直流形式的电源，直流电源转变为对交流电机所需的频率、电压。

（三）炼钢厂

在从事炼钢的企业当中，其应用的主要设备有冲击用大型轧钢机与高压弧炉。电弧是气体放电的一种形式，是一种着电与着热同时进行的物理过程，电弧在电弧炉中在正常电压下是交流形式的。功率波动性负荷是电弧炉的主要负荷，在熔化期中三相电极在废钢装入后，大电流电弧在废钢与电极之间产生，电弧产生的热量对废钢进行熔化。直接电弧普遍存在着，电弧长度随和废钢熔化而发生改变，燃弧点逐渐发生移动，引起三相电弧也在逐渐发生着改变，三相电流出现不对称，在不正常的生产情况下负序电流与电炉变压器额定电流之间的比例由1：4上升到14：25，这是对于一相断弧而言，两相与三相断弧不言而喻，比例将会更大，当在电网流入到负序电流时，电网电压产生负序分量。如想保证稳定的电弧燃烧，电弧炉的功率因素降低，如此一来电弧炉在运行中就会产生高感性负荷，功率因数因此会极有可能降低到0.1。在精炼环节中完成熔化过程之后，提高温度的同时加放铁矿石与氧气，为达到脱硫与脱氧的效果加入石灰，在这个过程之后电流不会发生变动，电弧趋于正常稳定[3]。

冶炼过程中电弧电流的变化通常与废钢大小有关，电弧电流的变化导致了电压闪变现象的存在，如果冶炼中使用的是大块废钢，在落下时造成电弧不稳定与电极短路，到了中期以后，钢液存在于炉底，电弧的稳定性得到了很好的保障，闪变程度同样得到降低。

变频调速装置在轧钢机中的使用，加剧了谐波的产生，谐波电流的增多致使接入的母线电压畸变率超出了指标，为用电设备的安全运行带来了极大的不便。此外还有无功功率被大量消耗，功率因数降低至不到0.5，失去的那些无功功率其实是被电网吸收了，电网因此承担的职责沉重，加大了无功损耗，电能质量因此得以降低。

结语：通过上述可知，本文从三个方面对基于ETAP的电力系统电能质量问题展开了论述。第一部分是对ETAP系统基本概念的论述，从中可以知道ETAP是由美国一家电力公司开发的一种电力电气、电能管理的综合性分析软件；第二部分介绍了ETAP系统模块，第三部分相对重点介绍了几种基于ETAP的工业用户电力系统常见的电能质量问题，为社会中的工业用户对电能质量问题的解决提供了一定参考。在工业用户中，还是在社会各领域中负荷是引起电力系统电能质量问题的主要原因，为解决电能质量问题，需要结合电能质量问题的特点与实际情况，加强ETAP系统建设，基于其系统的分析治理方法，丰富电能质量分析方法。

参考文献：

[1]徐文远，雍静. 电力扰动数据分析学——电能质量监测数据的新应用[J]. 中国电机工程学报，2013，19：93-101+15.

[2]翟兴丽，林振智，文福拴. 电能质量的群体综合评估方法与可靠性优化[J]. 华北电力大学学报（自然科学版），2013，06：74-82.

[3]容文斌. 改善电能质量的意义与策略[J]. 电子世界，2014，18：376.