1、電能質量概論1、電能質量的定義電能是現代文明的支柱，離開了電能的供應，現代社會將即刻崩潰。電能作 為商品，其質量問題也就成了作為供應商品的電力公司和作為顧客的電力用戶共 同關注的問題。電能質量指公用電網對電力用戶公共連接點的電壓質量和電力用戶在公共 連接點對公用電網的干擾水平。公用電網對電力用戶的供電電壓質量一般是用電壓頻率偏差、諧波電壓、電 壓偏差、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、 電壓脈沖和振蕩等參數描述。電力用戶對公用電網的干擾水平一般用諧波電流、負序電流、無功波動、有 功沖擊等參數描述，上述干擾參數會使公用電網公共連接點電壓質量變差，即諧 波電壓、三相電

2、壓不平衡度、電壓波動與閃變、電壓頻率偏差變大。2、電能質量標準2.1電能質量標準制定的必要性嚴格地控制用戶對電網的干擾水平和提高公共連接點的電壓質量需要較高 的電網控制和管理成本，但是可以降低電網損耗，凈化電網和電力設備的運行環(huán) 境，使電網和電力設備更加安全運行，降低電力設備的設計制造費用。反之，如 果放寬用戶對公用電網的干擾和降低公共連接點的電壓質量則會降低電網控制 和管理成本，但是將使電網損耗增大，電網和電力設備運行環(huán)境惡化，增加電網 和電力設備的運行故障，增大電力設備的設計制造難度和費用。為了協(xié)調維護電力公司、電力用戶和電力及用電設備制造商三方之間的利 益，以在整體社會成本最小的條件下，

3、把電能質量控制在允許的范圍內，需要一 套統(tǒng)一而且完整的電能質量標準，這些標準直接涉及到電能的生產、輸送、使用、 管理和設備制造行業(yè)的生產、管理。電能質量標準的制定實際上就是在電力公司、電力用戶和電力設備制造商三 方的權利和利益平衡的基礎上，為相關各方提供一個共同的平臺，進而在整個社 會成本最小的條件下，通過相關各方的合作，實現最大的兼容。2.2電能質量標準的內容和分類2.2.1電能質量標準的內容電能質量標準包括如下四部分內容：電磁現象和電能質量分類；公共連接點供電電壓質量限值和用戶對公共連接 點的干擾限值；電力設備運行的電壓質量限值和對供電點的干擾限值；電能質量 測量儀器和測量方法。已發(fā)布的電

4、能質量標準可分為兩大類：GB系列國家電能質量標準和電磁兼 容標準。2.2.2 GB系列國家電能質量標準GB系列國家電能質量標準主要規(guī)定了公用電網公共連接點的電壓質量限值 和用戶對公共連接點的干擾限值；規(guī)定了電能質量測量儀器的技術規(guī)范和測量方 法。已發(fā)布的GB系列國家電能質量標準有：GB/T14549-1993電能質量公用電網諧波；GB/T14545-1995電能質量電力系統(tǒng)允許偏差；GB/T12325-2003電能質量供電電壓允許偏差；GB/T12325-2000電能質量 電壓允許波動和閃變；GB/T15543-1995電能質量三相電壓不平衡度；GB/T19862-2005電能質量監(jiān)測設備通用

5、要求。2.2.3電磁兼容標準電磁兼容標準主要給出了電磁現象和電能質量的分類方法；規(guī)定了電力設備 運行的電壓質量限值和對供電點的干擾限值；規(guī)定了電能質量測量儀器的技術規(guī) 范和測量方法。（1）電磁現象和電能質量分類標準IEEE Std 1159-1995 IEEE recommended practice for monitoring electric power quality。（2）非線性負荷諧波限值GB17625。1-2003 / IEC61000-3-2:2001電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流V6A）；GB/Z17625。4-2000 / IEC61000-3-6:1996

6、電磁兼容 限值 中高壓電力系統(tǒng) 中畸變負荷發(fā)射限值的評估。IEEE 519-1993 IEEE recommended practice and requirements for hamonic control in electrical power;EA電力協(xié)會工程推薦標準G5/4 ( 2001 )：英國諧波電壓畸變及非線性設備接 入輸電系統(tǒng)和配電網的規(guī)劃水平( planning levels for harmonic voltage distortion and connection of non-linear equipment to transmission systems and d

7、istribution networks in the United Kingdom)o無功波動負荷產生的電壓波動和閃變限值GB17625o 2-1999 / IEC61000-3-3:1994電磁兼容限值對額定電流不大于 16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產生的電壓波動和閃爍的限值；GB/Z17625o 3-2000 / IEC61000-3-5:1994電磁兼容 限值 對額定電流大于 16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產生的電壓波動和閃爍的限值；電壓容限曲線IEEE 446-1987 IEEE recommended practice for emexgency and stand by power

8、systems for industrial and commerical applications(IEEE orange book)(ANSI)S;ITI(CBEMA) curve applicating noteol。;SEMI F47-0200 (C) SEMI 1999, 2000 specification for semionductor processing equipent voltage sag immunityo電能質量參數定義、測量儀器、測量技術和測量方法IEC61000-4-15:1997電磁兼容試驗和測量技術 閃變測試儀一功能和設計 規(guī)范；IEC61000-4-7:

9、2002電磁兼容 試驗和測量技術 供電系統(tǒng)及所帶設備諧波、 間諧波的測量和測量儀器導則；IEEE Std 1159o 3TM-2003 IEEE recommended practice for the transfer of power data；IEC 61000-2-8:2002 voltage dips and short interruption on public electric power supply systems with statistical measurement resultso2.3電能質量標準應用中的幾個問題2.3.1接于公共連接點的多個用戶對公用電網的干擾限

10、值分配問題國標中對接于公共連接點的多個用戶對公用電網干擾限值分配是按照公平 原則分配的，協(xié)議用電容量越大，允許干擾限值越大。但多數情況下，每個用戶 對公用電網的干擾性質和干擾水平是不一致的，如果每個電能質量指標都是公平 分配，會造成單個用戶治理費用大，從而使整體社會成本太高。對于負荷較固定的場合，只要保證全部用戶的干擾限值不超標和用戶的安全 經濟運行，在整體社會成本最小的條件下，可以對單個用戶的干擾限值適當放寬。舉例如下:接于公共連接點的三個干擾用戶分別為諧波源用戶、無功波動用 戶和三相不平衡用戶，按照國標給的公平原則分配干擾限值，三個干擾用戶都超 標，但三個用戶總體對公共連接點的干擾并不超標

11、。因此，在用戶負荷相對固定 的前提下，可以放寬各用戶的干擾限值，從而節(jié)省了用戶的電能質量治理費用。2.3.2中高壓用戶內部配電網對子系統(tǒng)供電電壓質量和子系統(tǒng)干擾限值的 分配問題在保證中高壓用戶對公用電網公共連接點干擾限值在國標限值以內的前提 下，配電網用戶的電壓質量按照電磁兼容的規(guī)劃水平管理，子系統(tǒng)或設備對用戶 配電網的干擾限值按照電磁兼容的規(guī)劃水平確定，電力設備對供電電壓質量要求 的限值按電磁兼容水平確定。對同一電能質量指標，國標比電磁兼容的規(guī)劃水平嚴格，電磁兼容的規(guī)劃水 平比電磁兼容水平嚴格，因此按照上述方法確定中高壓用戶內部配電網的電能質 量和干擾限值可以最大限度地會降低用戶電能質量的技

12、術和管理成本。2.3.3提高電力設備的電磁兼容水平，弱化電能質量問題隨著技術進步，設備制造商提高設備的電磁兼容水平往往比供電方提高供電 電壓質量要經濟的多。例如1美國半導體制造商和電力公司合作后制定了一個國 際半 導體設備和材料組織(Semiconductor Equipment and Mattrial Internation，Inc SEMI)性能曲線，要求處理設備可以承受最大的電壓下降為 50%，而持續(xù)時不超過200mS的電壓暫降，從而形成了半導體工業(yè)自己的電磁兼 容標準。這種方式對其他謀求提高生產設備電磁兼容水平的其他用戶而言，同樣 是重要的。根據企業(yè)或行業(yè)的具體情況制定相應的電磁兼容

13、標準，提高電力設備的電磁 兼容水平，可以弱化電能質量問題，降低相應的技術和管理成本。3、電能質量測試評估與解決方案3. 1電能質量測試評估3.1.1電能質量測試的必要性配電系統(tǒng)是最復雜的非線性系統(tǒng)，一方面隨著工農業(yè)生產規(guī)模迅速擴大和電 力電子新技術的應用，大量的非線性、沖擊性、不對稱負荷產生的諧波電流、沖 擊無功、負序電流注入電網，使公用電網的諧波電壓、電壓波動與閃變、三相電 壓不平衡度日趨嚴重，另一方面電壓敏感用戶對電能質量和供電可靠性提出了越 來越高的要求。上述問題不僅影響電力用戶的安全經濟運行，而且還使公用電網 電能質量變差。為了構建安全可靠、優(yōu)質高效的輸配電網，必須對配電系統(tǒng)的電 能質

14、量進行系統(tǒng)的測試評估，并針對評估結果，系統(tǒng)地采取相應的技術措施，這 里強調系統(tǒng)全面的測試評估和治理，可以避免局部測試評估和治理中出現顧此失 彼的問題。3.1.2電能質量測試評估的內容綜合測試評估供電母線短路容量和電能質量限值計算，公共連接點供電電壓質量和干擾水 平測試評估，供電母線總進線和各饋線電壓、電流及功率測試評估，供電變壓器 負載功率測試評估，配電網阻抗計算及仿真，諧波潮流分析。無功潮流分析，系 統(tǒng)安全運行評估，系統(tǒng)經濟運行評估，電能質量問題與解決方案。(2 )故障診斷數據采集(鼓掌錄波數據及補充測量數據)，數據分析，故障數學模型，故 障仿真，故障診斷結論，解決方案。(3 )電能質量治理

15、效果測試評估數據采集(干擾負荷支路數據，治理設備之路數據，公共連接點數據)、數 據分析、治理效果評估、存在問題及解決方案。3.1.3電能質量測試儀器儀器類型選擇根據不同的測試目的，確定不同的測試內容，選擇不同類型的測試儀器：在線監(jiān)測一般選用電能質量遠程監(jiān)測儀；專項測試一般選用便攜式多通道電能質量分析儀；簡單諧波測試一般選用手持式諧波分析儀；信息設備電壓容限曲線（ITI）記錄一般選用專用瞬態(tài)電壓記錄儀。（2）電能質量儀器的性能指標每臺儀器通道數要滿足評估對必須同時測量信號路數的要求。信號幅值和相位測量精度要滿足評估要求。大多數儀器的電壓相位測量精 度較高，電流相位測量精度較差。為了判斷諧波電流流

16、向，當諧波電流含量大于 等于電流滿量程的2%時，h次諧波電流相位的測量誤差應小于等于0.3h。由于高壓變頻器的普遍使用，配電網中的諧波次數往往會達到100次，因 此用于電能質量測試評估儀器的最高諧波測量次數應不小于100次。3.2解決方案3.2.1電能質量問題電能質量產生的問題分為電網產生的問題和負荷產生的問題兩類。電網電能產生的問題：供電電壓質量超過電能質量國標限值或電磁兼容水 平，供電電壓質量問題引起的自動裝置或繼電保護裝置誤動作，供電電壓質量問 題引起的設備故障問題，供電電壓質量引起的電力損耗問題。負荷產生的問題：干擾參數超過電能質量國標限值或電磁兼容限值，干擾 參數引起的自動裝置或繼電

17、保護裝置誤動作，干擾參數引起的設備故障問題，干 擾參數引起的電力損耗問題。3.2.2電能質量控制技術與設備（1）電能質量控制的含義電能質量控制含義同電能質量含義一樣，也包含兩方面的內容：控制問題負 荷對公用電網干擾水平，保證公共連接點的電能質量；控制問題電網對電壓敏感 負荷的影響，為敏感負荷提供用電保護技術。（2）定制電力技術因為電能質量控制技術是根據電網和電力用戶存在的具體問題提供解決方 案的技術，因此電能質量控制技術又稱為定制電力技術或用戶電力技術。定制電力技術作為電力系統(tǒng)和用戶之間的接口技術，直接影響對用戶供電的 質量和可靠性及用電效率。根據美國一項專門的研究預測，定制電力技術可望在 2

18、015年為美國產生20GM的節(jié)電效果，前景十分廣闊，所以作為電能質量控制設 備的定制電力技術，得到越來越廣泛的關注，發(fā)展十分迅速?？刂茊栴}負荷的主要設備控制問題負荷干擾的主要設備為靜態(tài)補償型設備，靜態(tài)補償型設備按其與電 網的連接形式及功能的不同，主要分為串聯型、并聯型。并聯型補償設備主要用于干擾電流的補償，干擾電流包括諧波電流、負序 電流和無功電流。典型設備為靜止型動態(tài)無功補償器(SVC)、配電用靜止同步補 償器(DSTATCOM)、并聯型無源濾波器(Prallel-passive filter,PPF)、并聯型 有源濾波器(Prallel-active filter,PAF)。串聯型補償設備

19、主要用于干擾電壓的補償，干擾電壓包括諧波電壓、瞬態(tài) 沖擊電壓。典型設備為串聯型無源濾波器(Series-passive filter，SPF)、串 聯型有源濾波器(Series-active filter， SAF)?？刂茊栴}電網的主要設備控制問題電網的設備分靜態(tài)補償型和網絡重構型兩類?？刂茊栴}電網的靜態(tài)補償型設備主要為串聯型補償器，用于電壓補償。適用于線性負荷而電網電壓有波動的場合，用以消除電網電壓波動對負荷的 不利影響，其代表產品為動態(tài)電壓恢復器(Dynamic Voltage Restorer， DVR)、 動態(tài)不間斷電源(Dynamic Uninterruptible Power Su

20、pply， DUPS)?？刂茊栴}電網的網絡重構設備主要為電力電子開關裝置，用于配電網重構。所謂網絡重構，實際上就是利用網絡重構設備，根據控制和保護的需要對電 路進行開合，改變電網的運行方式。隨著敏感負荷的應用日益增多和電網容量不 斷增大，在配電系統(tǒng)中利用各種開關設備對短路故障進行處理，以限制短路電流 和系統(tǒng)電壓暫降，已成為電能質量解決方案的一個重要方面。控制問題電網的網絡重構型設備主要包括固態(tài)斷路器(SolidStateCircuit Breaker,SSCB)、固態(tài)限流器(SSCL)和固態(tài)轉換開關(Solid State Transfer Switch， SSTS)。統(tǒng)一電能質量調節(jié)器(Un

21、ified Power Quality Controller, UPQC)UPQC為串并聯、有源無源混合型的電能質量補償裝置，它具有雙向補償能 力，同時解決電網和負荷存在的問題，是一種能解決絕大多數穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電能質 量問題的綜合補償裝置。3.2.3解決方案的優(yōu)化問題（1）最優(yōu)解決方案的含義最優(yōu)解決方案的含義應該是用最低的成本，在保證配電網電能質量參數及安 全可靠運行指標符合規(guī)定標準的約束條件下，以實現最高的節(jié)電效果為目標解決 電網中的電能質量問題。這里要強調的是，約束條件的指標只要達到規(guī)定要求即 可，過高的電能質量及安全可靠指標會使實施解決方案的成本過高。（2）電能質量測試評估是提供最優(yōu)解決方案的前提最