內(nèi)容摘要隨著電力電子與信息技術(shù)在社會各個領(lǐng)域的滲透，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的課題，本文介紹了電能質(zhì)量的相關(guān)概念和術(shù)語，對電能質(zhì)量指標以及標準做了詳細的解釋，并從電能質(zhì)量的概念出發(fā)，闡述了電能質(zhì)量的影響因素，并結(jié)合電能質(zhì)量相關(guān)監(jiān)測技術(shù)做出了相應的治理措施。關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量；監(jiān)測；治理TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 1正文 錯誤！未定義書簽。1概述 錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"電能質(zhì)量的基本概念 2\o"CurrentDocument"電能質(zhì)量標準 2\o"CurrentDocument"電能質(zhì)量的影響因素 2\o"CurrentDocument"2 電能質(zhì)量監(jiān)測 5\o"CurrentDocument"2.1電能質(zhì)量監(jiān)測的目的 5\o"CurrentDocument"2.2電能質(zhì)量監(jiān)測的方式 5\o"CurrentDocument"2.3電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備 7\o"CurrentDocument"2.4影響電能質(zhì)量監(jiān)測準確度的主要因素 7\o"CurrentDocument"2.5電能監(jiān)測系統(tǒng) 8\o"CurrentDocument"3電能質(zhì)量的治理 9\o"CurrentDocument"治理的基礎(chǔ)性工作 9\o"CurrentDocument"SVC裝置 9\o"CurrentDocument"3.3無源濾波裝置 9\o"CurrentDocument"3.4有源濾波裝備 9\o"CurrentDocument"3.5系統(tǒng)化綜合補償技術(shù) 10\o"CurrentDocument"4 小結(jié) 11\o"CurrentDocument"參考文獻 12引言隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在用電方面也隨之產(chǎn)生了以下兩方面的問題。一方面，用電負荷日趨復雜化和多樣化，如半導體整流和逆變裝置以及變頻凋速裝置等電力電子設(shè)備的應用，這些具有非線性、諧波豐富、沖擊性和不平衡特征的負荷會影響到供電電網(wǎng)，給電能質(zhì)量提出了新的問題。另一方面，用戶對供電可靠性的要求越來越高，眾多基于計算機、微處理器控制的精密電子和電力電子裝備在電力系統(tǒng)中大量使用，對供電質(zhì)最的敏感程度越來越高，尤其是對供電系統(tǒng)的暫態(tài)性能，也提出了要求。隨著用電需求增加和電力系統(tǒng)規(guī)模擴大，各種電能質(zhì)量問題也越來越嚴重，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量降低，電能質(zhì)量引發(fā)的糾紛和電網(wǎng)事故呈上升趨勢，電能質(zhì)量的監(jiān)測管理和電力污染的治理工作變得越來越重要。電能質(zhì)量問題已引起各國電力工作者的高度重視，提高電能質(zhì)量的新技術(shù)已成為近年來電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中新的研究熱點。在此，我們就大家所關(guān)心的電能質(zhì)量問題做一下探討，分析影響電能質(zhì)量的各種因素，實現(xiàn)對電能質(zhì)量的監(jiān)測與控制，從而達到降低損耗、抑制干擾、提高供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的目標。1概述1.1電能質(zhì)量的基本概念電能質(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(shè)備非線性或不對稱，負荷性質(zhì)多變，加之調(diào)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(chǎn)生了電網(wǎng)運行、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：電壓質(zhì)量，電流質(zhì)量，供電質(zhì)量，用電質(zhì)量。一般地，電能質(zhì)量的定義：導致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個定義簡單明晰，概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果。隨著基于計算機系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝置的廣泛應用，電力系統(tǒng)中用電負荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷造成對電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會對電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會共同關(guān)注的問題，有關(guān)電能質(zhì)量的問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題。1.2電能質(zhì)量標準綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發(fā)達國家的相關(guān)標準，中低壓電能質(zhì)量標準分5大類13個指標：頻率偏差，電壓幅值，電壓不平衡，電壓波形，信號電壓（在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制）。國家標準規(guī)定表征電能質(zhì)量的參數(shù)有五種：供電電壓及允許偏差，電力系統(tǒng)頻率及允許偏差，公用電網(wǎng)諧波，電壓不平衡度，電壓波動和閃變。IEC標準中規(guī)定的電能質(zhì)量參數(shù)還有下列6種：供電電壓驟降和聚升，電壓中斷，電壓間諧波，瞬變電壓，供電電壓中信號電壓，快速電壓變化等。1.3電能質(zhì)量的影響因素電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：1） 自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風暴、雨雪等對電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。2） 電力設(shè)備及裝置的自動保護及正常運行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動和停運、自動開關(guān)的跳閘及重合等對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。3）電力用戶的非線性負荷、沖擊性負荷等大量投運的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機車運行等對電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。電壓質(zhì)量主要是受到大容量非線性負荷及沖擊性負荷的影響。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源。電能質(zhì)量的污染，影響到電力系統(tǒng)、電力用戶、通信系統(tǒng)及其他相關(guān)行業(yè)。因此，電源電壓質(zhì)量指標惡化并造成危害不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運行，而且對正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。認識電能質(zhì)量污染的影響并采取相應的防范措施和對策，確保電能高品質(zhì)的一項重要內(nèi)容。諧波污染的影響使電能質(zhì)量明顯下降，因此，對電能質(zhì)量諧波污染的抑制和治理已刻不容緩。電能質(zhì)量問題附表如表1.1：表1.1電能質(zhì)量問題一覽類型擾動性質(zhì)特征指標產(chǎn)生原因后果解決方法諧波穩(wěn)態(tài)諧波頻譜電壓，電流波形非線性負載、固態(tài)開關(guān)負載設(shè)備過熱，繼電保護誤動，設(shè)備絕緣破壞有源、無源濾波三相不對稱穩(wěn)態(tài)不平衡因子不對稱負載設(shè)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)持續(xù)時間、幅值調(diào)速驅(qū)動器計時器計時錯誤，通信干擾電容器、隔離電感器電壓閃變穩(wěn)態(tài)波動幅值、出現(xiàn)頻率、調(diào)制頻率電弧爐、電機啟動伺服電機運行不正常靜止無功補償諧振暫態(tài)暫態(tài)波形、峰值、持續(xù)時間線路、負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)上升時間、峰值、持續(xù)時間閃電電擊線路，感性電路開合設(shè)備絕緣破壞避雷器瞬時電壓上升，瞬時電壓下'降暫態(tài)幅值、持續(xù)時間、瞬時時間遠端發(fā)生故障、電機啟動設(shè)備停運、敏感負載不能正常運行不間斷電源、動態(tài)電壓恢復器噪聲穩(wěn)/暫態(tài)幅值、頻譜不正常接地、固態(tài)開關(guān)負載微處理器控制設(shè)備不正常運彳丁正確接地、濾波器2電能質(zhì)量監(jiān)測2.1電能質(zhì)量監(jiān)測的目的對各種電能質(zhì)量指標進行實時測量與數(shù)據(jù)采集，保證對電力系統(tǒng)基本運行工況的觀察、記錄和動態(tài)分析。完整了解電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運行的技術(shù)經(jīng)濟條件，對電能質(zhì)量各項指標進行綜合評價。優(yōu)化整個系統(tǒng)的監(jiān)測體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享交流。針對各種指標的具體特征對電能質(zhì)量問題進行分層檢測，完成對多種擾動信息的識別、提取和分析，為制定改善電能質(zhì)量和治理電網(wǎng)污染的具體措施提供可信依據(jù)。2.2電能質(zhì)量監(jiān)測方式定期巡檢：主要用于需要掌握電能質(zhì)量情況又不需要連續(xù)檢測或者不具備連續(xù)在線監(jiān)測條件的場合。專項監(jiān)測：主要用于負荷容量變化大或有干擾源設(shè)備接入電網(wǎng)，或者當電能質(zhì)量出現(xiàn)異常，需要對比前后變化情況的場合。在線監(jiān)測：主要用于監(jiān)測重要變電站或者實施無人值班變電站的公共連接點或者重要用戶的公共連接點的電能質(zhì)量。表2：監(jiān)測儀器基本功能要求序號項目基本功能可選功能1電壓偏差V2頻率偏差V3三相不平衡V4諧波V5閃變V6電壓波動V7電壓暫降、暫升、短時中斷V表3：電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備分類儀器類型主要功能特點適用的測試方法手持式或便攜式電能質(zhì)量分析儀1、 單相或三相電壓、電流輸入2、 測試電壓、電流有效值、諧波、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、不平衡重量輕、體積小，攜帶方便現(xiàn)場定期巡檢、抽檢、專項檢測、非線性電力設(shè)備調(diào)試

度，甚至瞬變電壓等3、波形存儲，回放和通信臺式電能質(zhì)量分析儀1、 多通道輸入2、 測試記錄和分析全部質(zhì)量指標3、 具有良好的軟件平臺和二次開發(fā)能力信息容量大，數(shù)據(jù)處理能力強，工作方式多，軟件功能豐富專項檢測、非線性電力設(shè)備調(diào)試及實驗室使用實時臨測儀式測量顯示單項電能質(zhì)量指標（電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等）功能單一，運行可靠若干儀表安裝在臨測屏上集中臨測電能質(zhì)量遠程在線臨測系統(tǒng)1、 在線臨測公共供電點的電壓偏差、頻率偏差、不平衡度、諧波等電能質(zhì)量2、 越限報警和數(shù)據(jù)存儲3、 計算機通信聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)共享實時臨測電能質(zhì)量以臨測網(wǎng)的形式對公共供電點電能質(zhì)量實施連續(xù)在線多點臨測和臨控表4：準確度與準確度計算公式項目準確度計算公式電壓偏差0.5%U-U N>UN<100頻率偏差0.01Hz三相電壓不平衡度0.2%LzUnUX100三相電流不平衡度1%uNL^UnUX100諧波A級B級INU(i)-U(i) k kNX100U(i)kN閃變5%"七NUX100電壓波動5%5-U—u uNUX100uN表5：諧波測量準確度等級級別被測量條件最大允許誤差A電壓Uk>1%unU<1%Uk N5%Uk0.05%UN電流Ik>3%InIk<3%In5%Ik0.15%INB電壓U>3%Uk NU<3%Uk N5%Uk0.15%UN電流Ik>10%INIk<10%IN+5%Ik0.5%IN注：*為標稱電壓，為標稱電流’Uk為諧波電壓，七為諧波電流2.3電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備電能質(zhì)量測量設(shè)備的選擇，選擇儀器時有幾項重要因素，包括：通道的數(shù)量(電壓和/或電流)。儀器的溫度要求和儀器的耐用性。輸入電壓范圍和功率要求。測量三相電壓的能力。輸入隔離(輸入通道之間和每個通道與地之間的隔離)。儀器裝配(便攜式、安裝在機架上等)。使用簡便(用戶接口、圖形化功能等)。通信能力(Modem，網(wǎng)絡(luò)接口)。分析軟件的功能。儀器的綜合性單個儀器的功能越多，所需儀器數(shù)量越少。2.4影響電能質(zhì)量測量準確度的主要因素2.4.1互感器影響電磁式電壓互感器。試驗已經(jīng)表明，對大約11kV電壓運行的互感器，能得到1kHz和可能2kHz或3kHz的線性響應，且響應的精確性質(zhì)取決于與互感器一起使

用的負載。電容式電壓互感器。由電容分壓器提供的附加電容將影響電容式電壓互感器的頻率響應。國標中已明確規(guī)定，在沒有采取特殊措施的情況下，電容式電壓互感器不能用于諧波測量。2.4.2采樣方式及其對測量算法的影響異步采樣：也稱定時采樣，即采樣間隔保持固定不變。采用一定的算法對計算的誤差進行修正，或者改用同步采樣的方式進行采樣。同步采樣：跟蹤系統(tǒng)頻率的變化，采樣頻率不再是恒定不變的。實現(xiàn)同步采樣的方法主要有兩種：硬件同步采樣法和軟件同步采樣法。硬件同步采樣法即用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)同步采樣。軟件同步采樣法，利用電力系統(tǒng)頻率變化緩慢的特點，采用一定的算法實時計算系統(tǒng)頻率，并根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整采樣頻率，使其跟蹤信號頻率的變化，實現(xiàn)與信號頻率同步。2.5電能監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)國標或用戶設(shè)定，可自動生成各種統(tǒng)計分析報表或曲線；通過系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可及時準確定位系統(tǒng)的潛在故障源，并結(jié)合電能質(zhì)量專家診斷系統(tǒng)的仿真分析，給出整改方案，預防電力事故的發(fā)生；通過系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，定位系統(tǒng)的污染源，給電能質(zhì)量綜合治理提供第一手現(xiàn)場參數(shù)；從電能質(zhì)量的視角驗證電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，設(shè)備參數(shù)配備是否合理；分析電能質(zhì)量問題造成的網(wǎng)絡(luò)損耗量值及影響分布情況；通過系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠從電能質(zhì)量的視角分析電力事故發(fā)生的原因。電能監(jiān)測系統(tǒng)如圖2.1：上CF)級監(jiān)控中心0路由器打印機以太網(wǎng)圖2.1：電能質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)0路由器打印機以太網(wǎng)圖2.1：電能質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)3電能質(zhì)量的治理3.1治理的基礎(chǔ)性工作首先要掌握供電網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，對電能質(zhì)量開展實時監(jiān)測，以掌握其動態(tài)；第二是分析診斷其變化，即在詳細分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用仿真軟件對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的固有諧振特性進行計算與分析，排除虛假的諧波干擾；第三是開展系統(tǒng)的合理設(shè)計和改造，變電站的設(shè)計和投運以及新的電力用戶投運之前都要進行諧波源負荷及電能質(zhì)量要求等方面的技術(shù)咨詢，線路網(wǎng)絡(luò)改造和建設(shè)也要結(jié)合運行負荷的特點和措施，以降低線損，降低設(shè)備損失事故，最后才是開展濾波裝置或無功補償裝置的研制、調(diào)試和現(xiàn)場測試，以了解治理后的效果，并總結(jié)經(jīng)驗。3.2SVC裝置近些年來發(fā)展起來的SVC裝置是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無功功率作隨機調(diào)整，從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的系統(tǒng)電壓水平的恒定。3.3無源濾波裝置該裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴大到容性區(qū)，所以濾波器與動態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無功補償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。國際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。1） 單調(diào)諧濾波器：一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡單；缺點是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2?7次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當品質(zhì)因數(shù)在50以下時，基波損耗可減少20?50%，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調(diào)諧濾波器。2） 高通（寬頻帶）濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當在電弧爐等非線性負荷系統(tǒng)中采用時，對5次以上起濾波作用時，通過參數(shù)調(diào)整，可形成該濾波器回路對5次及以上次諧波的低阻抗通路。3.4有源濾波器雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單及維護方便等優(yōu)點，在現(xiàn)階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波器特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現(xiàn)象等因素，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器(ActivePowerFliter，縮寫為APF)。APF即利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，有以下特點：不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點，在性價比上較為合理；