電能質(zhì)量的概論及其分析小論文

1、電能質(zhì)量的概論及其分析什么是電能質(zhì)量？電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)大小相等、相位對稱且互差120。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)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(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、 電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。圍繞電能質(zhì)量含義，從不同角度理解通常包括：(1)電壓質(zhì)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(yīng)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(zhì)量問題，但不能包括頻率造成的電能質(zhì)量問題，也不包括用電設(shè)備對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。(2)電流質(zhì)量：反映了與電壓質(zhì)量有密切關(guān)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(yùn)行。這個定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)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(zhì)量問題。(3)供電質(zhì)量：其技術(shù)含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)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(zhì)量：包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù)，也包括電力用戶

3、是否按期、如數(shù)交納電費(fèi)等。目前針對電能質(zhì)量問題研究的主要內(nèi)容有哪些？ 目前，研究和解決電能質(zhì)量問題已成為電力發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。主要研究課題包括:(1)研究諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取相應(yīng)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(shè)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(yīng)用，使公用電網(wǎng)的諧波影響日趨嚴(yán)重，電源的波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的畸變，影響了電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。(2)研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應(yīng)的措施。由于波形畸變，使電力計量的準(zhǔn)確度與精確度到影響，致使計量誤差，產(chǎn)生附加的功率損耗，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。(3)研究電能質(zhì)量污染對高新技術(shù)企業(yè)的影響并采取相應(yīng)的技術(shù)手段。

4、由于計算機(jī)系統(tǒng)和基于微電子技術(shù)控制的自動化生產(chǎn)流水線以及新興的IT產(chǎn)業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對電能質(zhì)量的要求和敏感程度比一般電力設(shè)備要高得多，任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質(zhì)量問題都可能造成設(shè)備的損壞或運(yùn)行異常，影響正常的生產(chǎn)，給電力用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。(4)加強(qiáng)電能質(zhì)量控裝置的研制。電能質(zhì)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(zhì)量，保證供電電壓、電流的穩(wěn)定、可靠，在諧波干擾產(chǎn)生的瞬間能立即將其抑制或消除。我國對電網(wǎng)的電能質(zhì)量制定了哪些國家標(biāo)準(zhǔn)？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(biāo)準(zhǔn)是在 GB 12326- 1990電冶允許 波動和閃變的基礎(chǔ)上，參考了國際電工委員會 IEC電磁兼容IEC6100-3-7等文件和標(biāo)準(zhǔn)修 訂后重新頒布實施的。GB/T 18481 -2001電能質(zhì)量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。6.主要電能質(zhì)量指標(biāo)對電能質(zhì)量，除經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)外，目前沒有統(tǒng)一的指標(biāo)可以用來描述表2中提到的全部電能質(zhì)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(biāo)。諧波諧波(Harmonics)污染是電能質(zhì)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(jìn)一步研究諧波問題。描述諧波的一般指標(biāo)：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(biāo)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?jǐn)?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(fù)荷所引起的。非線性的波動負(fù)荷如電弧爐、電焊機(jī)、 各種變頻調(diào)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(jī)畫質(zhì)， 對收音機(jī)產(chǎn) 生噪聲污染，并在一定程度上造成感應(yīng)電動機(jī)的震動，特別對采用電容電感和電阻構(gòu)成的無源濾波器電路以及間諧波可能會被放大， 嚴(yán)重時會使濾波器因諧波過載而不能投運(yùn)， 甚至造 成設(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)與匝EE定值的10%- 90%并在隨后的IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。故障導(dǎo)致的電壓驟降表現(xiàn)出明顯的、較為嚴(yán)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(yán)重的電能質(zhì)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(dá)10Hz）的電壓波動所引起的照明異常而產(chǎn)生的直觀視覺感受，閃變的低頻調(diào)制信號一般認(rèn)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(jìn)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(cè)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(biāo)，電壓中斷的評價指標(biāo)一般也是基于統(tǒng)計的。此外，還有MAIFI、CumProb95%、RM萼多個指標(biāo)。上面的指標(biāo)在實際應(yīng)用中從系統(tǒng)角度、用戶角度得到的結(jié)果區(qū)別不大，這些指標(biāo)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(hù)的動作（在故障發(fā)生和保護(hù)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(hù)誤動作等原因造成的。目前而言長電壓中斷還是最為嚴(yán)重的電能質(zhì)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(yīng)的規(guī)定。從目前國際組織的官方文件中很難找到對應(yīng)的限制,只有歐洲的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(dāng)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(biāo)，如SARF統(tǒng)計指標(biāo)、時間電壓積分的面積指標(biāo)和能量指標(biāo)作

11、為電壓突升的指標(biāo)。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(guān)性（或其他的）擾動。因為進(jìn)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(shè)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(shè)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(zhì)。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(xué)術(shù)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(zhì)上呈瞬態(tài)特性的事件就可以認(rèn)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(zhì)上呈瞬態(tài)特性的事件就可以認(rèn)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(biāo)。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(dāng)電容器在上電投運(yùn)時刻，若附近有正在運(yùn)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(dá)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(fù)荷波動或者系統(tǒng)的開斷操作引發(fā)。過電壓在電壓調(diào)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(jié)構(gòu)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(jī)車等大容量不對稱或單相負(fù)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(guān)，更多的受用戶負(fù)荷性質(zhì)影響。電壓不平衡對電力系統(tǒng)三相制設(shè)備會造成巨大影響，比如感應(yīng)電機(jī)、電能轉(zhuǎn)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(biāo)來描述，但目前各類標(biāo)準(zhǔn)中對不平衡因子給出的定義也不盡相同。美國國家設(shè)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(guān)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(zhì)上看是屬于幅值不平衡。電磁兼容性國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)對電磁兼容（EMC）的定義是：設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常運(yùn)行，同時不對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間能電磁兼容意味著無論是在系統(tǒng)內(nèi)部，還是對其所處的環(huán)境， 系統(tǒng)都能如預(yù)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(shè)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(shè)備在自然界電磁環(huán)境中，能承受干擾源的作用，按照設(shè)計要求正常工作。一方面，隨著電子技術(shù)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(yùn)用和復(fù)雜化方向發(fā)

17、展，電磁干擾已成 為系統(tǒng)和設(shè)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(jīng)成為全世界的電力工作 者和社會民眾都在關(guān)注的熱點。有關(guān)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(jī)構(gòu)制訂了專門標(biāo)準(zhǔn)，對此進(jìn)行管理，一切電子設(shè)備必須經(jīng)過專門機(jī)構(gòu)的鑒定和批準(zhǔn)才能進(jìn)入市場，電力系統(tǒng)和電力設(shè)備的設(shè)計需要考慮電磁兼容問題。一些國際組織制訂并推薦有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或建議，一些學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，如國際大電網(wǎng)會議增設(shè)電磁兼容專業(yè)組，開展科研和交流，以推進(jìn)電磁兼容的研究。 我國在電磁兼容方面也有相應(yīng)的

18、標(biāo)準(zhǔn)，但是在電能質(zhì)量領(lǐng)域中沒有涉及到該指標(biāo)。隨著電網(wǎng)的不斷復(fù)雜化、各種精密設(shè)備的層出不窮、生態(tài)學(xué)的發(fā)展，電磁兼容性問題應(yīng)該會成為電能質(zhì)量領(lǐng)域需要考慮的一個問題。電能質(zhì)量問題的性質(zhì)、產(chǎn)生原因及解決方法回擾動性質(zhì)特征指標(biāo)產(chǎn)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(fù)載、固態(tài)開關(guān)負(fù)載設(shè)備過熱，繼電保護(hù)誤動，設(shè)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(fù)載設(shè)備過熱，繼電保護(hù)誤動，通信干擾靜止無功補(bǔ)償陷波穩(wěn)態(tài)“續(xù)時間、幅值調(diào)速驅(qū)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(diào)制頻率電弧爐、電機(jī)啟動伺服電機(jī)運(yùn)行不止常靜止無功補(bǔ)償諧振暫態(tài)暫態(tài)波形、峰值、持續(xù)“間線路、負(fù)載和電容器組的投切設(shè)備絕緣破壞、損壞電力電子設(shè)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