電能質量的概論及其分析小論文

1、電能質量的概論及其分析什么是電能質量？電能質量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶供電。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱且互差120。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱，負荷性質多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產生了電網(wǎng)運行、 電力設備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產生了電能質量的概念。圍繞電能質量含義，從不同角度理解通常包括：(1)電壓質量：是以實際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)向用戶供應的電能是否合格的概念。這個

2、定義能包括大多數(shù)電能質量問題，但不能包括頻率造成的電能質量問題，也不包括用電設備對電網(wǎng)電能質量的影響和污染。(2)電流質量：反映了與電壓質量有密切關系的電流的變化，是電力用戶除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運行。這個定義有助于電網(wǎng)電能質量的改善和降低線損，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的電能質量問題。(3)供電質量：其技術含義是指電壓質量和供電可靠性，非技術含義是指服務質量。包括供電企業(yè)對用戶投訴的反映速度以及電價組成的合理性、透明度等。(4)用電質量：包括電流質量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權利、責任和義務，也包括電力用戶

3、是否按期、如數(shù)交納電費等。目前針對電能質量問題研究的主要內容有哪些？ 目前，研究和解決電能質量問題已成為電力發(fā)展的當務之急。主要研究課題包括:(1)研究諧波對電網(wǎng)電能質量污染的影響并采取相應的對策。由于鋼鐵等金屬熔煉企業(yè)的發(fā)展，化工行業(yè)整流設備的增加，大功率晶閘管整流裝置及電力電子器件的開發(fā)應用，使公用電網(wǎng)的諧波影響日趨嚴重，電源的波形產生了嚴重的畸變，影響了電網(wǎng)安全可靠運行。(2)研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應的措施。由于波形畸變，使電力計量的準確度與精確度到影響，致使計量誤差，產生附加的功率損耗，造成不必要的經濟損失。(3)研究電能質量污染對高新技術企業(yè)的影響并采取相應的技術手段。

4、由于計算機系統(tǒng)和基于微電子技術控制的自動化生產流水線以及新興的IT產業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對電能質量的要求和敏感程度比一般電力設備要高得多，任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質量問題都可能造成設備的損壞或運行異常，影響正常的生產，給電力用戶造成經濟損失。(4)加強電能質量控裝置的研制。電能質量控制裝置的基本功能即使要在任何條件，甚至是極為惡劣的供電條件下改善電能質量，保證供電電壓、電流的穩(wěn)定、可靠，在諧波干擾產生的瞬間能立即將其抑制或消除。我國對電網(wǎng)的電能質量制定了哪些國家標準？GB 12325- 1990供電電壓允許偏差。GB/T 14549 -1993公用電網(wǎng)諧波。GT/T 15543 - 1995

5、三相電壓允許不平衡度。GB/T 15945 - 1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差。GB 12326-2000電壓允許波動和閃變。該標準是在 GB 12326- 1990電冶允許 波動和閃變的基礎上，參考了國際電工委員會 IEC電磁兼容IEC6100-3-7等文件和標準修 訂后重新頒布實施的。GB/T 18481 -2001電能質量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。6.主要電能質量指標對電能質量，除經濟性指標外，目前沒有統(tǒng)一的指標可以用來描述表2中提到的全部電能質量問題，而是根據(jù)不同擾動或擾動組的特征制定了一些具體的量化指標。諧波諧波(Harmonics)污染是電能質量的一個基本問題。諧波問題并不新鮮，對諧波

6、的研究 可以追溯到電力系統(tǒng)形成初期。1916年，電氣工程師Steinmetz就撰文探討三相系統(tǒng)中的諧波問題；在近期研究人員提出了諧波組的概念用于進一步研究諧波問題。描述諧波的一般指標：各次諧波幅值和相位、各次諧波含有率(HR)、總諧波畸變率(THD)、 諧波功率和諧波阻抗，以及部分演化指標如 K因子等。通常THDt義為諧波分量(h/)有效值 相對于基波分量(h=1)的百分比。間諧波又稱分數(shù)諧波，顧名思義它指非工頻頻率整數(shù)倍的周期性電流或電壓。間諧波往往由較大的電壓波動或沖擊性非線性負荷所引起的。非線性的波動負荷如電弧爐、電焊機、 各種變頻調速裝置等都是間諧波源。間諧波的主要危害是：會放大電壓閃

7、變， 對音頻干擾，影響電視機畫質， 對收音機產 生噪聲污染，并在一定程度上造成感應電動機的震動，特別對采用電容電感和電阻構成的無源濾波器電路以及間諧波可能會被放大， 嚴重時會使濾波器因諧波過載而不能投運， 甚至造 成設備的損壞。據(jù)統(tǒng)計其含有率超過0.3%便能引起燈光閃變，引起無線通訊的干擾。電壓驟降IEEE給出電壓驟降(Sag)的一種定義是供電系統(tǒng)中某點的工頻電壓有效值突然下降至額IEC的有關標準與匝EE定值的10%- 90%并在隨后的IEC的有關標準與匝EE1% 90%的一個較大的區(qū)別在于電壓驟降的電壓幅值規(guī)定為正常值的1% 90%不同原因引發(fā)的電壓驟降在主要 PCC；觀察到的外在電壓波形差

8、異較大。電壓驟降波形的差異，與擾動時刻系統(tǒng)的不對稱有較大關系。故障導致的電壓驟降表現(xiàn)出明顯的、較為嚴重的不平衡性態(tài)，隨故障類型和配電變壓器繞組連接形式的不同所呈現(xiàn)的不對稱情況也不一致?，F(xiàn)有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和研究成果表明最嚴重的電能質量問題就是電壓驟降（也包括短時電壓完全中斷）。電壓閃變電壓閃變（Flicker） 是指人眼對由一定頻率（最高可達10Hz）的電壓波動所引起的照明異常而產生的直觀視覺感受，閃變的低頻調制信號一般認為從110Hz,也是人眼視覺最為敏感的頻率范圍。根據(jù)擾動原因不同，電壓閃變可分為周期性和非周期性之分。閃變往往需要對波動波形進行頻譜分析。電壓閃變電壓中斷（Interruption

9、 ，又稱供電中斷）是指供電側電壓接近于零的狀態(tài)。 電壓接近零 在IEC中定義為小于指定電壓（一般是額定電壓）的1%,而IEEE中定義為小于10%,兩者略有 區(qū)別。持續(xù)時間長于3min的成為長電壓中斷，反之稱為短電壓中斷。類似前面電壓驟降的SARFI指標，電壓中斷的評價指標一般也是基于統(tǒng)計的。此外，還有MAIFI、CumProb95%、RM萼多個指標。上面的指標在實際應用中從系統(tǒng)角度、用戶角度得到的結果區(qū)別不大，這些指標往往作為系統(tǒng)或用戶（更多的是用戶） 對供電的期望水平之o電壓中斷一般是由故障后保護的動作（在故障發(fā)生和保護動作之間，電壓驟降發(fā)生；而對于故障饋線上的用戶，在電壓驟降之后就是電壓中

10、斷），有時是因保護誤動作等原因造成的。目前而言長電壓中斷還是最為嚴重的電能質量擾動之一，故非常有必要對電壓中斷的發(fā)只有生頻率和持續(xù)時間做相應的規(guī)定。從目前國際組織的官方文件中很難找到對應的限制,只有歐洲的標準中這樣規(guī)定：視地區(qū)不同，持續(xù)時間在3min以上的電壓中斷次數(shù)在 1050次。電壓突升電壓突升（Swell）是指工頻電壓的暫態(tài)升高，其典型的幅值波形如圖6所示，電壓突升一般由故障或開關動作引發(fā)，該現(xiàn)象常常發(fā)生在中性點不接地系統(tǒng)中，如當發(fā)生瞬時單相接地故障時，其余兩相對地電壓會突升至額定電壓的壓，這就是電壓突升。一般借鑒電壓驟降的部分指標，如SARF統(tǒng)計指標、時間電壓積分的面積指標和能量指標作

11、為電壓突升的指標。電壓裂痕電壓裂痕（Notches ,又稱電壓凹陷、電壓缺口等 ）是指一種持續(xù)時間短于半個周波，起 始時刻與原波形極性相反的工頻電壓開關性（或其他的）擾動。因為進行相反，故與正常波形相比總使得擾動電壓的峰值降低。持續(xù)時間短于半個周波的電壓跌落和完全失壓也可以劃分 為電壓裂痕。三相整流設備在換相過程有非常短暫（小于1ms）的短路過程，該短暫短路過程引起的供電電壓跌落一般就是電壓裂痕。電壓裂痕的最主要影響就是高次諧波，由三相整流設備引起的電壓凹陷一般是周期性的。一般描述電壓裂痕一般需要綜合裂痕缺口深度、裂痕持續(xù)時間和每個正弦波上凹陷的個數(shù)三個性質。因為電壓裂痕發(fā)生時刻通常伴隨著高頻

12、暫態(tài)過程，需要一些暫態(tài)分析的方法也被用來分析電壓裂痕。暫態(tài)沖擊和暫態(tài)振蕩暫態(tài)（Transient） 一般是指系統(tǒng)電壓、電流的快速變化。暫態(tài)的學術定義是指那些系統(tǒng)電壓/電流快速簡短的不連續(xù)性的次周波擾動。電力系統(tǒng)波動分析中往往遇到的不符要求但電壓/電流快速簡短的不連續(xù)性的次周波擾動。電力系統(tǒng)波動分析中往往遇到的不符要求但本質上呈瞬態(tài)特性的事件就可以認為是暫態(tài)。暫態(tài)的另一個常用定義是：在一個穩(wěn)態(tài)到另本質上呈瞬態(tài)特性的事件就可以認為是暫態(tài)。暫態(tài)的另一個常用定義是：在一個穩(wěn)態(tài)到另穩(wěn)態(tài)的過渡過程中出現(xiàn)的部分變化，該定義范圍很寬且較簡潔。一般分為脈沖型（Impulsive）和振蕩型（Oscillatory

13、） 兩種。沖擊暫態(tài)是指電壓和/或電流的突然的、非工頻、單一極性方向的變化。引發(fā)沖擊暫態(tài)的最普遍的因素就是雷擊。因沖擊暫態(tài)所表現(xiàn)的高頻特性，沖擊暫態(tài)的波形隨電路元件不同差異非常大，且隨觀察地點的不同形狀也不同。相比照，振蕩型暫態(tài)是指電壓和/或電流在穩(wěn)定狀態(tài)下的突發(fā)的、非工頻的、具有雙向極性的變化。通常情況下，沖擊型暫態(tài)無法沿輸電線長距離傳播，但沖擊型暫態(tài)可能引發(fā)系統(tǒng)的自然頻率下的振蕩型暫態(tài)。目前出利用暫態(tài)分析的原理和方法外，還沒有具體統(tǒng)一的描述暫態(tài)擾動的指標。通常情況下，因電容器（組）上電激勵引起的振蕩暫態(tài)頻率呈現(xiàn)一種較低頻率的振蕩，小于5kHz;但當電容器在上電投運時刻，若附近有正在運行的電容

14、器組，則形成背靠背形式的投切方式，此時引起的振蕩頻率則較高，最高能夠達5MHz過電壓/欠電壓過電壓是指系統(tǒng)工頻電壓有效值上升到至指定電壓（一般為額定）的110%以上、持續(xù)時間超過1min的電壓升高。相反，欠電壓是指系統(tǒng)工頻電壓低于指定電壓的90%、持續(xù)時間超過1min的電壓降低。過電壓/欠電壓一般非系統(tǒng)故障所致，但可能會因負荷波動或者系統(tǒng)的開斷操作引發(fā)。過電壓在電壓調節(jié)能力薄弱或缺少電壓控制的區(qū)域時常發(fā)生。三相電壓不對稱電壓不對稱（又稱不平衡）一般有兩種可能，一種是結構性因素，二是使用性因素。EHV輸電線路的不循環(huán)換位就屬于前者，電氣牽引機車等大容量不對稱或單相負荷的接人就屬于后者；三相不平衡

15、不僅與電力系統(tǒng)有關，更多的受用戶負荷性質影響。電壓不平衡對電力系統(tǒng)三相制設備會造成巨大影響，比如感應電機、電能轉換器、變壓器和輸電線路損耗等，這方面有較多文章論述。通常電壓不平衡使用不平衡因子（Unbalance Factor , VSF才旨標來描述，但目前各類標準中對不平衡因子給出的定義也不盡相同。美國國家設備制造商協(xié)會（National EquipmentManufacturer s Association , NEMA電壓不平衡是針對線電壓定義的，稱為線電壓不平 衡率LVUR IEEE有關電壓不平衡的定義與 NEMA仿，只是對相電壓（對地）而言，故又稱相 電壓不平衡率PVUR無論是線電壓

16、不平衡或者相電壓不平衡，從本質上看是屬于幅值不平衡。電磁兼容性國際電工委員會標準對電磁兼容（EMC）的定義是：設備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常運行，同時不對其他系統(tǒng)和設備造成干擾。系統(tǒng)內或系統(tǒng)間能電磁兼容意味著無論是在系統(tǒng)內部，還是對其所處的環(huán)境， 系統(tǒng)都能如預期的那樣工作。電磁兼容性包括兩個方面的含義：電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)或電工設備之間在電磁環(huán)境中相互兼顧和兼容；電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)或電工設備在自然界電磁環(huán)境中，能承受干擾源的作用，按照設計要求正常工作。一方面，隨著電子技術日益向高頻率、高速度、寬頻帶、高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、大規(guī)模集成化）、大功率、小信號運用和復雜化方向發(fā)

17、展，電磁干擾已成 為系統(tǒng)和設備正常工作的突出障礙。另一方面，電磁場、電磁波對人體生態(tài)的影響程度及危害，已經成為全世界的電力工作 者和社會民眾都在關注的熱點。有關資料表明，我國目前共有各種先天性畸形者約3000萬人,我國新生兒有詈心5娓先天畸形，每年出生畸形兒38萬以上。而各種電磁波是疑兇。一些國家成立了專門機構制訂了專門標準，對此進行管理，一切電子設備必須經過專門機構的鑒定和批準才能進入市場，電力系統(tǒng)和電力設備的設計需要考慮電磁兼容問題。一些國際組織制訂并推薦有關的標準或建議，一些學術機構，如國際大電網(wǎng)會議增設電磁兼容專業(yè)組，開展科研和交流，以推進電磁兼容的研究。 我國在電磁兼容方面也有相應的

18、標準，但是在電能質量領域中沒有涉及到該指標。隨著電網(wǎng)的不斷復雜化、各種精密設備的層出不窮、生態(tài)學的發(fā)展，電磁兼容性問題應該會成為電能質量領域需要考慮的一個問題。電能質量問題的性質、產生原因及解決方法回擾動性質特征指標產生原因后果解決方法諧波穩(wěn)態(tài)諧波頻譜電壓，電流波形非線性負載、固態(tài)開關負載設備過熱，繼電保護誤動，設備絕緣破壞有源、無源濾波三相不對稱穩(wěn)態(tài)（、平衡因子不對稱負載設備過熱，繼電保護誤動，通信干擾靜止無功補償陷波穩(wěn)態(tài)“續(xù)時間、幅值調速驅動器計時器計時錯誤，通情干擾電容器、隔離電感器電壓閃變穩(wěn)態(tài)波動幅值、出現(xiàn)頻,、調制頻率電弧爐、電機啟動伺服電機運行不止常靜止無功補償諧振暫態(tài)暫態(tài)波形、峰值、持續(xù)“間線路、負載和電容器組的投切設備絕緣破壞、損壞電力電子設備濾波器、隔離變壓器避雷器脈沖暫態(tài)暫態(tài)（升時間、峰值、“續(xù)時間閃電電擊線路，感性電路