淺談電能質(zhì)量檢測(cè)及發(fā)展現(xiàn)狀

1、-PAGE . z淺談電能質(zhì)量檢測(cè)及其開展現(xiàn)狀摘要：主要闡述國外電能質(zhì)量檢測(cè)的開展研究狀況及其電能質(zhì)量檢測(cè)的根本問題。關(guān)鍵字：電能質(zhì)量 開展?fàn)顩r 參數(shù)測(cè)量1 引言自第二次工業(yè)革命以來，電能已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會(huì)中不可或缺的重要能源之一。電能是一種清潔方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且易于傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能源形式，作為一種特殊的商品，電能也應(yīng)該講求質(zhì)量 REF _Ref323369778 r h * MERGEFORMAT 1。2 電能質(zhì)量檢測(cè)的開展研究狀況2.1國外電能質(zhì)量檢測(cè)的開展研究狀況電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置是電網(wǎng)管理者實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)有效監(jiān)管的必需設(shè)備，只有對(duì)反映電能質(zhì)量指標(biāo)的參量進(jìn)展準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的測(cè)量，才能為實(shí)現(xiàn)

2、對(duì)電能質(zhì)量問題的有效解決提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，按照被檢測(cè)對(duì)象大體可以分為以下三類：1遠(yuǎn)程檢測(cè)儀，該類儀器主要被固定安裝在一些公共節(jié)點(diǎn)，比方發(fā)電站、重點(diǎn)監(jiān)管的工廠等，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)展長(zhǎng)時(shí)間的在線檢測(cè)，具備一定的錄波和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)可以組成一個(gè)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。2便攜式多功能分析儀器，該類儀器功能比擬強(qiáng)大，可以進(jìn)展長(zhǎng)時(shí)間或者短時(shí)間數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用可變窗寬的FFT算法和小波變換等先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，擁有完善的軟件功能和比擬方便的操作界面，主要適用于現(xiàn)場(chǎng)專項(xiàng)檢測(cè)，科學(xué)研究和干擾設(shè)備接入電網(wǎng)前后的檢測(cè)，價(jià)格比擬昂貴 REF _Ref323370138 r h * MERGEFORMAT 2。3手持式分析儀，由用

3、戶隨身攜帶，可以定期或者隨機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)展檢測(cè)，功能較為簡(jiǎn)單。2.1.1國外的開展研究狀況國外對(duì)于電能質(zhì)量研究起步較早，加之對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)研究非常重視，因此在電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備方面占有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，國外的電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備不但技術(shù)水平高，而且種類多樣，典型如日本日置Hioki開發(fā)的PW3198系列電能質(zhì)量分析儀，美國福祿克公司的Fluke430系列電能質(zhì)量分析儀、1760系列三相電能質(zhì)量記錄儀，瑞典LEM公司的TOPAS1000系列電能網(wǎng)絡(luò)分析儀和PQFI*電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，瑞典聯(lián)合電力公司的UP-2210在線式電能質(zhì)量分析儀和U900F便攜式電能質(zhì)量分析儀等，這些產(chǎn)品代表了當(dāng)今世界電

4、能質(zhì)量分析的最高水平，具有檢測(cè)指標(biāo)豐富，測(cè)試精度高等特點(diǎn)，其中美國福祿克公司Fluke430系列電能質(zhì)量分析儀具有便攜、高精度、高穩(wěn)定性特點(diǎn)，能夠?qū)θ嚯妷弘娏鞲鲄?shù)、電壓和頻率偏差等根本參數(shù)測(cè)量，還涵蓋了閃變分析和間諧波測(cè)量、事件記錄分析的功能，而且配備了專業(yè)的分析軟件能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)展圖形化分析和報(bào)表顯示。圖1-1為國外*型號(hào)電能質(zhì)量分析儀的構(gòu)造，它使用了一個(gè)板載數(shù)字信號(hào)處理器，一個(gè)置硬盤，一個(gè)嵌入式微處理器、一個(gè)浮點(diǎn)協(xié)處理器和4MB的RAM，這種多處理器構(gòu)造可以彌補(bǔ)單處理器在數(shù)據(jù)處理能力、接口和外設(shè)管理以及人機(jī)交互等方面的缺乏，而該種構(gòu)造的關(guān)鍵和瓶頸是協(xié)處理器和主處理器之間的通信和準(zhǔn)確協(xié)同

5、REF _Ref323370166 r h * MERGEFORMAT 3 REF _Ref323370169 r h * MERGEFORMAT 4 REF _Ref323370170 r h * MERGEFORMAT 5。采樣構(gòu)造選用了兩個(gè)高速和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的并行構(gòu)造，高精度AD主要對(duì)穩(wěn)態(tài)信號(hào)進(jìn)展采樣，而高速AD主要用于捕捉瞬變脈沖信號(hào)，數(shù)字化的瞬變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速緩存中，并與有效值和其它逐周期測(cè)量值進(jìn)展時(shí)間關(guān)聯(lián)。這種采樣構(gòu)造既滿足了低頻諧波信號(hào)對(duì)精度的要求又解決了高精度AD對(duì)瞬變信號(hào)捕獲能力缺乏的問題。圖1-1 國外*電能質(zhì)量分析儀構(gòu)造2.1.2國的開展研究狀況國對(duì)于電能質(zhì)量研究起步

6、較晚，上世紀(jì)80年代有科研院所開場(chǎng)諧波的研究工作，隨后有一些公司開場(chǎng)致力于電能質(zhì)量檢測(cè)裝置的開發(fā)和研究工作，并取得了一定的成果。目前國致力于電能質(zhì)量檢測(cè)裝置開發(fā)的公司還不多，比擬有代表性的為寶鋼安大電能質(zhì)量、振興科技股份、泰仕電子工業(yè)股份等，這些產(chǎn)品大多數(shù)以檢測(cè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)為主，也具有測(cè)量*些瞬態(tài)參數(shù)的功能，具有一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信功能，但總體而言與國外的差距比擬大，主要表達(dá)在：測(cè)量精度距離國際先進(jìn)水平還有較大差距；檢測(cè)指標(biāo)單一，不能進(jìn)展全面的測(cè)量；配套軟件功能簡(jiǎn)陋，不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展豐富可靠的分析；欠缺友好的界面和良好的操作體驗(yàn)；產(chǎn)品缺乏相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī) REF _Ref323370138

7、 r h * MERGEFORMAT 2。圖1-2為國同類儀器普遍使用的硬件構(gòu)造，采用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)展采樣、數(shù)據(jù)計(jì)算和進(jìn)展人機(jī)交互，AD一般為14位或更高，沒有瞬變電壓的檢測(cè)功能，構(gòu)造簡(jiǎn)單，功能單一。圖1-2 電能質(zhì)量分析儀的典型構(gòu)造3 電能質(zhì)量檢測(cè)的根本問題對(duì)于電能質(zhì)量的檢測(cè)，首先需要了解被測(cè)對(duì)象的特性、測(cè)量的依據(jù)、測(cè)量的容及測(cè)量的相關(guān)信息，以此來找到適宜的測(cè)量模型和測(cè)量方法。本局部結(jié)合我國現(xiàn)有的六項(xiàng)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電能質(zhì)量的各種參數(shù)進(jìn)展簡(jiǎn)單介紹，為電能質(zhì)量的評(píng)級(jí)提供依據(jù)。3.1 電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的根本

8、技術(shù)規(guī)，是實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)視管理，推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)，維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的法律依據(jù)。1988年，我國曾經(jīng)公布執(zhí)行了電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)視管理規(guī)定，迄今為止，我國已經(jīng)制定并公布實(shí)施的電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)有：GB12325-2003電能質(zhì)量-供電電壓允許偏差、GB15945-1995電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差、GB12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變、GB14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波、GB15543-1995電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度、GB12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變，共6項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。3.2 電能質(zhì)量各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的量有六個(gè)，還需要計(jì)算的量主要有：

9、電壓電流的有效值、峰值；電網(wǎng)頻率；三相不平衡度；功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率；電壓、電流各次諧波幅值、含有率及諧波總畸變率；短時(shí)閃變值、長(zhǎng)時(shí)閃變值； 波峰因數(shù)、K因數(shù)等。3.2.1 根本電量參數(shù)的測(cè)量電壓電流的有效值，有功、無功、視在功率都是一些根本的電量參數(shù)，通常這些參數(shù)的測(cè)量都是計(jì)算其他參數(shù)的根底。電壓、電流有效值，有功功率的定義公式如下： 3-13-2 3-3以上公式離散化后能得到如下計(jì)算公式： 3-4 3-5 3-6其中，N為一個(gè)采樣周期T的采樣點(diǎn)數(shù)，單相視在功率S和單相功率因數(shù)PF的計(jì)算公式為： 3-7 3-8同理可得三相總有功功率和三相視在功率計(jì)算公式為： 3-9 3-1

10、0無功功率的計(jì)算比擬復(fù)雜，在正弦交流系統(tǒng)中：3-113.2.2 頻率偏差的測(cè)量測(cè)量電網(wǎng)頻率一般通過測(cè)量周期實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)原理是通過硬件電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)展整形，過零比擬后將其變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻的方波信號(hào)，用數(shù)字處理芯片的捕獲接口來捕獲波形中相鄰的上升沿或下降沿，同時(shí)啟動(dòng)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，這樣兩個(gè)邊沿之間的計(jì)數(shù)差值乘以計(jì)數(shù)器頻率的倒數(shù)就是電網(wǎng)的周期值。該方法原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但易受諧波、噪聲的影響，因此精度不是很高。還有一種基于數(shù)字濾波的方法，該方法原理是首先對(duì)交流信號(hào)進(jìn)展采樣，然后采取數(shù)字濾波器將信號(hào)的諧波濾掉，再對(duì)基波數(shù)據(jù)插值來求出波形過零點(diǎn)的時(shí)刻，從而求出其相應(yīng)周期。只要可以使采樣速率足夠高，這種測(cè)量

11、方法就可以具有很高的精度和效率。3.2.3 三相不平衡度的測(cè)量三相電量的不平衡度通常先使用對(duì)稱向量法將三相電量分解為對(duì)稱的正序、零序、負(fù)序分量，再使用之比的百分?jǐn)?shù)來表示三相電量的不平衡度 REF _Ref323373415 r h * MERGEFORMAT 6。計(jì)算公式如下：零序 正序 3-12負(fù)序 式中為相角旋轉(zhuǎn)算子，可得出。三相電壓不平衡度為： 3-13式中：和分別為三相電壓的正序和負(fù)序分量的均方根值，只須將上式中的電壓分量換為電流分量就可以求得三相電流的不平衡度。3.2.4 諧波的測(cè)量所謂諧波測(cè)量，即是通過各種分析方法求出所要求得的諧波的幅度和相角。對(duì)電力系統(tǒng)領(lǐng)域的諧波進(jìn)展分析有很多種

12、方法，主要有早期的采用模擬帶通或者帶阻濾波器的測(cè)量方法、基于傅里葉變換的諧波測(cè)量、基于瞬時(shí)無功功率的諧波測(cè)量、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波分析和基于小波變換的諧波分析等方法，其中，傅里葉分析理論已經(jīng)比擬成熟，已廣泛應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域，其技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各種電子測(cè)量?jī)x器中 REF _Ref323373628 r h * MERGEFORMAT 7。3.2.5 閃變的測(cè)量IEC協(xié)會(huì)對(duì)閃變測(cè)試儀的框架構(gòu)造做了規(guī)，依據(jù)其制定的IEC61000-4-15標(biāo)準(zhǔn)大體框圖如下：圖3-1 IEC對(duì)閃變儀模型的規(guī)定模塊一為輸入級(jí)，該模塊包含一個(gè)電壓調(diào)整電路，可以將不同等級(jí)的電壓調(diào)整到其部電路參考的*個(gè)電平附近，該種方式

13、可以使閃變測(cè)量不再受電壓輸入圍的影響。模塊二、三、四是對(duì)燈-眼-腦環(huán)節(jié)的模擬。4總結(jié)本文分析了國外電能質(zhì)量檢測(cè)的開展研發(fā)狀況，并簡(jiǎn)要說明了國外電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及電能質(zhì)量各參數(shù)的測(cè)量，為檢測(cè)裝置的研發(fā)提供了理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)熊靜.基于TMS320C6713的電能質(zhì)量分析儀的設(shè)計(jì)與研制：碩士學(xué)位論文. ：東南大學(xué). 2006旭，運(yùn)祥. 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)現(xiàn)狀. 電源技術(shù)應(yīng)用, 2000.49-52S.Chen,C.L.Zhang,Y.Z.Liu, A multi-channel monitoring system for system-wide power quality measurements.

14、PowerCon 2000. 2000 International Conference on Power System Technology. Proceedings, 953-8 vol.2, 2000Yingkayun, Premrudeepreechacharn.A power quality monitoring system for real-time detection of power fluctuations, 2008 40th North American Power Symposium (NAPS), 28-30 Sept. 2008Hongjiang He,Hui Zhang. A new power quality mo