电能质量分析范文

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1、电能质量分析仪 ，是对电网运行质量进行检测及分析的专用便携式产品。

2、可以提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析，能够对电网运行进行长时间的数据采集监测。同时配备电能质量数据分析软件，对上传至计算机的测量数据进行各种分析。

3、电能质量分析仪主要由五部分组成，分别为测量变换模块、模数转换模块、数据处理模块、数据管理模块以及外围模块。

（来源：文章屋网 ）

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随着经济的快速发展，电网中非线性负荷用户的比例不断提高，由此而产生的供电电能质量严重下降，表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响电力企业及广大用户的经济效益。

这种现象在山东荷泽110kV成武站表现十分严重，它不但使变电设备的安全运行无法保证，而且影响到当地的企业生产用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统，对10kV母线的电能质量进行连续的监测。

1110kV成武站电能质量在线监测系统介绍

为了加强对电能质量的管理和监控，2002年荷泽供电公司建立了变电站电能质量在线监测系统，并选择谐波问题严重的110kV成武变电站进行实时在线监测。此前，该站经常烧TV保险，曾多次发生过TV爆炸的事故，存在严重的谐振现象。

采用电能质量在线监测仪进行实时监测，该装置主要有以下几种监测和统计功能：

·三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率；

·三相电压、电流总谐波畸变率；

·三相有功、无功功率及其方向；

·总的有功、无功功率，功率因数及相位移功率因数；

·电网频率、线电压、电压偏差；

·电压不平衡度、负序电压、负序电流。

电能质量在线监测单元，安装在110kV成武变电站10kVII段母线，服务器安装在监控中心，是集通讯/数据库/Web于一体的服务器，与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据，同时监控数据通过Web服务器对MIS系统开放，支持Web浏览方式，做到数据共享，公司所有局域网内的微机，均可通过Web浏览进行访问，查看电能质量分析的各种报表和数据，了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。

2变电站概况及监测结果

该变电站有主变压器2台，容量均为31.5MVA，110kV母线、35kV母线、10kV母线均分段并列运行，有并联补偿电容器一组，容量为2700kvar，正常运行方式为#2主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电主要集中棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等，这些也是该站主要的谐波源。

经过3个月的连续监测，对数据进行了统计，该监测点监测数据的部分统计报表，见表1~6。

3对电能质量的分析

根据监测数据和结果分析：

①从谐波电压总畸变率报表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，实际情况为三相总畸变依次为：6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kV电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时，应严格控制谐波源，以免谐波分量进一步提高，给电网造成较大的安全隐患。

②从各次谐波电压畸变率水平报表1可见：3次谐波含有率较高，A相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。

③谐波电流均不超标，主要谐波频谱为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。

④根据①②③可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。

⑤根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kV母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kV母线电压偏高。

⑥根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kV母线接有大的冲击性负荷，或出现B相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。

⑦根据电压偏差可知各相电压合格率，A相2.69%，B相97.8%,C相94.6%，A相合格率较低，且绝大部分为正偏差。

由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kV并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。

4影响电能质量的因素及其对策

影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类：①电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频可程中产生大量的谐波；②电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉；③家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；④高新技术应用的多种设备，如电子计算机，功率调节器、节能灯等。对110kV成武站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。

谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，应改进自动化装置的制作工艺和工作原理，加强装置的抗干扰能力，防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。

①对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装用谐波滤波器来降低谐波电流。

②对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：限制均衡的三次谐波，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器。

③安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯的正弦波。这种滤波设备的工作，靠数字信号处理(DSP)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器日益推广应用。

④对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。

为了改善110kV站的电能质量状况，对该站采取了一系列措施：

·在10kVTV、35kVTV的一次侧中性点加装非线性电阻；

·在10kV母线加装消谐装置；

·在#2主变35kV侧中性点加装消谐装置；

·改变10kV并联补偿电容器的参数，消除谐振，减少对谐波的放大作用。

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PS4000不仅能够测试电压、电流、功率、功率因数、频率、周期、谐波等电量值，而且能够测试电压或电流的浪涌、跌落、冲击、电压尖峰等瞬态量值，从而为用户快速判定供电质量的优劣，或者为展示产品电源质量提供一个依据。该仪器可以同时适用商用和工业用电源，是现代测试仪器中一款性能优越，携带方便的电能质量仪器。

1　PS4000的主要特点

新型PS4000电能分析仪具有以下优异的测试功能：

可测试并捕捉浪涌、跌落、冲击、尖峰信号；

可分析每一个通道从1次到63次谐波分量的电压／电流幅值和相位?

可同时分析所有通道的电压、电流、功率、功率因数、频率、能量、通断周期、能量高峰期、花费等参数值?

能够连续显示每秒测量值?

具有完全的按键操作和菜单式界面?

可连续工作8～10个小时，使用充电器后可以持续使用。

    PS4000可以对三相电路中的三个电压和四个电流同时进行浪涌、跌落、尖峰、谐波、电压、电流、功率、功率因数、频率、周期等参数的分析和监测，测试的数据可以上传到计算机以图形或表格的形式显示。该仪器配有专业的分析控制软件，可以对PS4000进行远端监控，特别适合于对电网质量，大型供电设备，家用电器等电源质量进行分析，是电力专家所钟爱的产品。SUMMIT公司的电能分析仪被世界很多国家的用户使用，美国前电网编辑曾这样描述：“我见过很多的分析仪，但是，这个产品给我留下了真正深刻的印象，PS3000已经是一个很坚固的小型器件，而新型的PS4000则提供了更专业的电能质量分析功能。”与它配套使用的电压、电流探头能够直接和1到15000V电压以及10mA到6000A的电流相接。通过输入调节比与PT和CT的结合，可提供更高、更大的电压电流测试。除了在室内监控外，PS4000还可以安装到Weather－resistant外挂箱上，以便能够在室外进行无人监控。另外，PS4000的“连接检查”特点更便于操作者正确连接电路，而且各种配套的附件不需要另外供电。

PS4000包含前一产品PS3000的全部测试功能，PS3000已经使用了8年，产品遍布7大洲。客户对Powersight分析仪具有很高的评价，特别是在使用简便、性能可靠、可提供及时有效的技术支持等方面。SUMMIT总载曾说：“从上一次我们为一块因跌落而损坏的仪表检修后，到现在已经六年了，它依然完好，据我所知，我的表甚至还在南极考察站使用”。

2　PS4000测试瞬态量

实际上，绝大多数的客户都特别关心PS4000的瞬态测试功能，而这也正是PS4000优于PS3000和PS250之处，因此，笔者希望通过本文使更多的人能够熟悉PS4000的功能，让PS4000给电能分析带来更多方便。

当分析瞬态参数时，PS4000能够随时监测每相浪涌、跌落、冲击和电压尖峰信号，并随时记录信号类型、发生时间、到达峰值、持续时间等，同时可捕捉并存储最坏的一个信号，以及为以后的故障分析和判断提供依据。

2．1 每相电压／电流的浪涌和跌落值测试

在进行电路的浪涌和跌落分析时，PS4000可提供以下三种记录方式：

记录浪涌／跌落事件；

记录浪涌／跌落图形；

记录浪涌／跌落波形。

（1）记录浪涌／跌落事件

    如果在信号监测时间段里，浪涌出现一次，PS4000就认为有一个浪涌事件发生，出现两次，PS4000就认为有两个浪涌事件，以此类推……，当有事件发生时，PS4000将记录这一事件的发生日期、发生于哪个相线、属于浪涌还是跌落信号、信号的幅度以及信号持续的时间等信息。

PS4000的显示方式主要有两种：第一种为列表显示，每一行显示一个事件，其显示方式如图1所示；第二种为图形显示，这种方式以时间为横轴，在纵轴上显示信号的幅度和持续时间，其显示方式如图2所示。

（2）记录浪涌／跌落图形

当有浪涌或跌落事件发生时，PS4000将大致地给出浪涌或跌落信号的图形。图形从发生浪涌／跌落的前2个周期开始，持续10个周期，直到检测到下一个1／2周期来临再没有浪涌／跌落发生且持续1秒的时间为止。图形中将显示浪涌／跌落发生的时间以及每半个周期的RMS值。参见图3。由图3可见，图形的上半部将显示关键的信息，如事件的发生时间、持续时间、信号属于三相中的哪一相、信号的幅度大小等。如果发生了电压浪涌，那么和它同相的电流信号也会显示在同一张图中。

（3）记录浪涌／跌落波形

浪涌／跌落波形是对浪涌／跌落事件的一个详细描述，它们开始于事件发生前的两个周期，持续10个周期，如果事件的持续时间超过10个周期，波形中将记录最近的10个周期。如果监测的时间段内不是只有一个事件发生，PS4000将存储最坏的浪涌／跌落波形。这种方式在显示时，在波形的上方将显示事件发生的时间、相线、信号幅度和信号持续时间等。如果发生的是电压浪涌 ／跌落，那么同相线的电流信号也会显示在同一张图中。

2．2 监测高速瞬态信号

高速电压／电流瞬态信号的产生一般与被测线路本身无关，大都是由闪电、突然短路，开关拨动等原因引起的，它们的幅值会在瞬间窜到很高，持续时间也相当短，一旦这样的信号超过了定义的触发门限，PS4000将捕捉到这个信号。触发门限分为 “绝对值门限”和“相对值门限”两种。

当设置为绝对值门限时（比如设到180V），那么，在监测开始以后的任何时候，只要信号的幅值超过了＋180V或－180V，这个信号就会被捕捉并被记录下来。如果设置为相对值门限，比如20V，PS4000将以正常情况下的波形作为参考，在这种情况下，当实际波形幅度高于或低于同一点的正常波形幅度20V以上时，PS4000将捕捉记录这个信号。

在进行瞬态信号监测时，PS4000可提供瞬态事件和瞬态波形两种记录方式。

    （1）瞬态事件

在这种记录模式下，PS4000将记录瞬态事件的发生时间、发生相线、峰值大小和持续时间。与浪涌／跌落测试的显示方式一样，瞬态监测的显示也包括表格显示和图形显示两种方式。

（2）瞬态波形

瞬态监测时的瞬态波形可以详细地记录瞬态事件信息，它们将持续50ms，并在事件发生前的一个周期开始记录，同时可在整个监测时间里捕捉最坏的一个信号。

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关键词：电能质量；分析；改善；措施；研究

Key words： power quality；analysis；improvement；measures；research

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）34-0127-02

0 引言

与煤炭、石油相比，电能的应用程度越来越广，被用在动力、照明、通信、传媒等各大领域，几乎任何一个领域都离不开电能，电能的应用程度是一个国家科技和经济水平的重要标志。电能质量指的是电网中各点电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合标准的程度，一般通过电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、电压暂降和上升五个指标反应出来。其中，前两项指标在一定程度上取决于电网结构、电网调度、调频方式、系统无功补偿设备和调压所决定。从电能质量的概念充分体现出电压波动的影响以及改善电能质量的意义。鉴于此，下文将重点解析如何改善配网的电能质量措施。

1 电能质量的概念

电能质量是衡量电力企业基于公用电网为电能用户端提供的交流电能的品质特性。从理论层面来讲，通过公用电网输送到用户端的电能，其频率、正弦波形必须是恒定的，并且必须是标准电压。但实际生活中，有谐波源、冲击负荷和不对称负荷接入电网，通过下列几个名词可以对电能质量的概念有更深入的理解：

①电压质量：实际电压和理想电压的偏差。通过电压质量可以衡量电力企业向电能客户输送的电能合格与否。

②电流质量：该指标反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，实际运行中对电流波形与供电电压相位有非常严格的限制条件，以确保高功率因素运行，提高电能质量，降低线损。

③供电质量。该指标反映电压质量和供电可靠性，供电企业从客户投诉的反映速度来侧面衡量供电质量。

2 电能质量主要问题及其影响

电能质量的主要问题体现在电压波动、电压跌落以及谐波的影响。

2.1 电压波动的影响

电压波动的影响体现在以下几方面：

①电压波动造成较高输出精度要求的仪器设备其精度达不到要求。

②电压波动会导致使用电能的计算机等设备工作状态异常。

③电压波动造成电热设备运转不正常，当电热设备的电压低于额定电压时，延长升温时间，造成供热量减少；当电热设备的电压低于额定电压时，缩短发热元件的寿命。

④电压波动会导致荧光灯亮度忽明忽暗，如果电压波动幅度较大，会使荧光灯有闪烁感。

⑤电压波动会严重影响异步电动机的转矩、转差率、负荷电流，导致转速时快时慢或负载运转。

2.2 电压跌落的影响

电压跌落的影响体现在以下几方面：

①电压跌落会造成敏感控制器的误动作，从而引起跳闸；造成计算机系统失灵；造成自动化装置停顿或误动作；造成由变频调速器停顿而引发的接触器脱扣或低压保护起动等现象；造成电动机、电梯等停顿，严重时造成人员伤亡、经济损失或设备毁坏。

②电压跌落对供电过程的影响比较严重，并且会造成不小的经济损失，几个周期的电压跌落会导致部分设备运转异常，造成产品质量下滑，严重时会直接导致整个生产线陷入混乱。此外，计划断电后供电秩序会按计划有序恢复，所造成的损失是可控的，但是电压跌落后是无序起动，所造成的损失有时是无法控制的。

2.3 谐波对电气设备的影响

谐波对电气设备的影响体现在以下几方面：

①旋转电机遭受谐波干扰时，通常会产生附加损耗，并伴随振动、噪声和谐波过电压等现象。

②当电容器遭受谐波干扰时，通常会出现电容器局部放电现象，并且电容器介质会加速老化，服务年限大大缩减。经由电容耦合、电磁感应和电气传导的谐波干扰，会使通信线路产生感应电流，在某些状况下会对通信设备以及人员安全造成重大威胁。

③变压器遭受谐波干扰时，会产生较大的噪声，在谐振条件下谐波电流会对变压器造成一定的破坏作用，引起变压器绕组附加损耗、外壳、外层硅钢片以及个别紧固件发热，严重的会造成局部过热。

④遭受谐波干扰时会出现拒动或误动现象。在衰减时间较长的暂态过程中（如变压器合闸涌流中的谐波分量），继电保护和自动控制装置的谐波分量和谐波含量都会有一定幅度的增大，极易引起继电保护误动作。

3 改善电能质量的意义

电能质量影响电力系统的稳定性和可靠性，改善电能质量势在必行。改善电能质量的意义可总结为：

①改善电能质量有助于提高输电系统的安全性和稳定性，以确保其可靠运行。从这点来看，改善电能质量无疑是衡量电网安全性以及供电管理水平的重要参考指标。

②改善电能质量能够为国民经济总体效益的提升、用电效益节能、线路损耗的控制、供电管理环境的优化以及工业生产提供可靠的技术保障。

③改善电能质量是在电力改革大环境下，电力企业为适应市场发展形势和电力竞争而采取的有效手段。

④改善电能质量有助于维持产业生产秩序，同时能够为电力用户提供安全可靠的电能。

4 改善配电网电能质量的措施

本文从以下三个方面提出改善配网电能质量的措施：

4.1 提高电压合格率的措施

①严格按照电力规划安排变电站位置，缩小供电半径，调整配电网的接线结构，使供电范围更加合理。

②通过改造配电网，加大配电网导线型号。

③对110kV及以下电压等级的变电站至少采用一级有载调压，加强无功补偿工作的管理力度，做好配电网无功平衡、电压质量的监测，开展无功电压问题的分析研究，使电网结构、无功潮流分布、有载调压装置和无功补偿设备、就地自动调压和无功就地自动投切装备符合无功电压质量管理的有关要求。

4.2 抑制电压波动与闪变的措施

在现代电网结构中，必须借助现代化无功电压补偿装置抑制电压闪变。目前最具代表性的无功电压补偿装置主要是静止无功补偿装置以及新型无功发生器。

静止无功补偿装置能够对电压闪变进行快速、动态的无功补偿。它可以对动态无功负荷的功率因数进行矫正；对电压波动进行优化调整，以确保电力系统的静态/动态的稳定性。它还可以降低过电压，降低闪烁频率，使电压和电流平衡运行。

新型无功发生器，通过与系统进行双向无功功率交换，以维持电压恒定，可实现从感性到容性全范围内的连续调节，使得其无功输出相当于同容量静止无功补偿装置的1.4-2.0倍。同时，大幅度减少变压器分接头的切换次数，进而减少由此引起的分接头故障次数，减了事故的隐患和故障损失。

4.3 抑制谐波的措施

改善配电网的电能质量，在抑制谐波上，我们可以考虑通过两种方法来达到目的：一种方法我们可以考虑根据谐波检测结果对谐波超标的负荷进行综合治理；另一种方法在实际工作中，应该在变电站的母线上加装谐波补偿装置达到抑制谐波的效果。常见的谐波补偿装置分为三类：无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。根据工作需要，选择适合的谐波补偿装置抑制谐波，达到改善配电网电能质量的目的。

5 结束语

电能质量对人们的生产、生活及经济和社会的影响越来越大，电力负荷容量与数量的增加、客户对电网的电能质量提出的要求越来越高和客户对停电容忍度的降低，从各个方面体现了电能质量影响到人们的生产、生活和社会的经济发展。文中从提高电压合格率、抑制电压波动与闪变和抑制谐波这三个方面，提出了改善配电网电能质量的措施，从而为电力客户提供更优质的电能。

参考文献：

[1]王辉华.配电网电能质量提升研究[D].浙江：浙江大学，2012.

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1.1扩展Prony法的优越性分析采样频率为5000Hz，采样点数为500。设信号为由表1可知，对于频率较为靠近，幅值相差较大的谐波信号，Prony法可以得到2个正弦分量，精确分析出其频谱特性，但傅里叶法受频谱泄露的影响，不能精确分析得到频谱参数。但这里需要指出的是，当采样频率和采样点数满足一定关系（本例中采样点数为采样频率的100倍，即频率分辨率为0.01Hz）时，傅里叶变换可以分辨出式（1）中2个频率分量，但这样做无疑大大增加了计算量。

1.2扩展Prony法的噪声敏感性分析采样频率为5000Hz，采样点数为500。利用Prony法分析原信号，结果见表2。由表2中可知，Prony法对于没有噪声叠加的信号具有良好的频谱分析能力。看出，Prony法对噪声敏感，在周期性脉冲噪声的影响下分析结果偏差很大，出现了大量高次谐波，且这些谐波的幅值相较于150Hz的幅值分量而言，不能忽略。原信号、经Prony法拟合后未消噪的信号及二者的误差分析如图1所示。为了使用Prony法能够较为准确地分析谐波，必须采取措施对信号进行消噪。

2数学形态学滤波器

数学形态学是一种非线性图像（信号）处理方法。该方法在分析信号时只取决于待分析信号的局部形状特征，有别于传统的时频域分析方法。其基本思想是利用一种被称为“结构元素”的小矩阵在信号中不断移动，探测信号中各部分之间的关联，并提取有用信息来描述信号特征。在具体实施上，就是利用两种基本的形态变换（即膨胀和腐蚀）处理信号，并描述信号中各部分的几何联系。将膨胀和腐蚀两种基本运算进行不同组合，可以得到较为复杂的开、闭基本运算，级联后选择合适的结构元素，即可形成数学形态学滤波器。

在利用数学形态学滤波过程中，结构元素的形状是影响滤波的关键要素。本文假定采样的电气化铁道谐波信号仅受到周期性脉冲信号的污染，选择能够抑制周期性脉冲信号的结构元素即可。选择第1.2节中含噪声的谐波信号，分别仿真实验了矩形、菱形、圆形和三角形结构元素在消除周期性脉冲噪声时的效果，结果证明，三角形结构元素的滤波结果最为精确。滤波结果如图2所示。2.1数学形态学滤波器的有效性分析仍取第1.2节中叠加周期性脉冲的噪声信号，选择三角形结构元素滤波。原信号、经Prony法拟合后的消噪信号及误差分析如图3所示，经滤波后分析结果见表4。由表4和图3可以看出，滤波器不能完全滤除脉冲噪声，仍然存在虚假频谱。但虚假频谱的幅值相较于真实频谱的幅值已很小，不影响对频谱的判断。因此可以认为数学形态滤波器在滤除周期性脉冲噪声上是有效的。

3电气化铁道仿真模型

电气化铁道仿真模型包含牵引网线路模型、牵引变压器模型、AT所模型和铁路机车模型4部分。

3.1牵引网线路建模电力铁路牵引网线路包含馈电线、承力索、接触线和钢轨4部分，均与大地构成电气回路。利用Carson理论可得到导线-地回路的自阻抗为将牵引网线路化简建模，考虑将承力索与接触线二线合并，两条钢轨合并，与馈电线形成3根线，利用式（3）和式（4）可以得出3根线的单位自阻抗和单位互阻抗，再乘以距离，即得铁路沿线的线路仿真模型。

3.2牵引变压器仿真模型工频单相交流牵引变电所的主要功能是降压和分相，为牵引负荷供电，其主要设备为牵引变压器。牵引变压器主要接线型式有三相V-v型接线、斯科特接线、单相平衡接线等，其中三相V-v型接线因为接线容易，是使用较多的一种接线型式。其接线原理见参考文献[10]。

3.3AT所仿真模型电气化铁道有4种供电方式，即简单供电方式、吸流变压器BT（booster-transformer）型供电方式、自耦变压器AT（auto-transformer）型供电方式和同轴电缆CC（coaxialcable）型供电方式。我国主要采取AT型供电方式，该方式适用于高速重载等大电流运行的情况。Simulink中利用单相双绕组变压器来实现，通过改变其接线得到AT所模型。

3.4电力机车仿真模型机车建模对象为交直型韶山8型（SS8）电力机车，该类机车主电路部分采取大功率晶闸管与二极管组成的不对称半控桥式整流电路，如图4所示。机车的具体特性与参数见参考文献。机车运行情况的不一致，三段桥的开断状况也不一致。以100km/h的额定速度运行情况为例：此时，a1、b1满开放，b1、x1移相调节，a2、x2满开放。整流电压约为0.75~1.00倍的额定电压。鉴于b1、x1移相调节，故在建立仿真模型时需要设定触发角及电动机反电势。在考虑机车牵引控制特性函数与整流电路关系的情况下可推得机车反电势和导通角α。

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一、引言

电能质量分析仪 ，是对电网运行质量进行检测及分析的专用便携式产品。可以提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析，能够对电网运行进行长时间的数据采集监测。同时配备电能质量数据分析软件，对上传至计算机的测量数据进行各种分析。电梯质量，一般意义上而言，是指优质供电、包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。

在高层建筑林立的当代生活中，电梯已经成为人们不可缺少的“伙伴”，除对电梯功能的需求外，人们追求更多的是电梯的安全性与舒适感[1]，却很少有人去关心电梯的能耗问题，这使得电梯成为高层建筑中仅次于空调的第二大能耗设备。据相关数据统计，到2013年年末，全国电梯总耗电量达到680亿千瓦时以上，约占建筑内总耗电的8%～15%，其耗电量是相当巨大的，相当于大亚湾核电站年发电量的 5.4 倍，三峡电站年发电量的 50%。当今世界正在发生广泛而深刻的变化，全球范围内绿色经济、低碳技术等正在兴起，抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈，国外对机电产品的能效要求越来越高，严重威胁着我国电梯产业的海外市场[2]。

二、电梯能耗检验中的意义

《中华人民共和国节约能源法》中规定，“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”。 《中华人民共和国特种设备安全法》第七条规定：特种设备生产、经营使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理，确保特种设备生产、经营、使用安全，符合节能要求[3]。电梯作为第二大特种设备，也必须按照《中华人民共和国特种设备安全法》的要求进行生产、经营和使用。因此，为了确保真正实现电梯的节能降耗目的，必须要对电梯的能耗进行有效的检测。

如今，绿色建筑作为可持续发展的热门话题，是房地产开发商和国际客户追捧的名词。而能效是判断一栋建筑是否符合绿色建筑的评判标准之一。

电梯能耗的检测是引导节能电梯以及电梯节能设备产业发展与国际市场接轨的有效手段。但是，因为电梯能效的定义是一个复杂的问题，所以没有相关的标准来对电梯的能耗进行评价。由于电梯是根据不同建筑量身定做的集机电为一体的精密设备，并且存在不确定的运行状况和使用条件。电梯的能耗不仅与电梯本身所采用的驱动方式、额定载重量、额定速度、制动方式、调速方式策略等许多因素相关，而且还与电梯所在建筑的楼层数量以及使用电梯的客流分布密切相关[4]。当前所用的电梯能耗检测方法，因为其操作繁琐、成本高、不具有通用性，或者方法过于简单而导致检测误差过大。

如果不能对电梯的能耗进行有效的检测，就不能对电梯的能效有一个合理、公平的评价。所以合理、公平、便于操作的电梯能效的检测方法，研制、设计电梯能效监测系统来实现电梯能效的远程自动测试是非常必要的。通过检验检测到的数据来分析在用电梯的能效状况与能效变化规律，为电梯的节能改造奠定坚实的基础。同时可以为电梯使用单位选购低能耗的电梯进行指导，为政府进行电梯能效的审查和监管提供技术支撑，对于促进节能电梯的研制和开发具有重要的指导意义。

三、电能质量分析仪在电梯检验中的应用

电梯作为现代建筑中能耗仅次于空调的电气设备，其能源的有效利用问题引起了各界高度的关注，尤其是在能源日益紧张的今天，节能更是显得十分重要。为保障政府对电梯行业实行节能审查和监管，推广电梯节能技术，需构建一种客观公平、为业界人士所认可的电梯能源利用效率检测及评价方法，该方法能够客观真实地反映各种型号、规格的电梯在能源利用效率方面的性能。

电能质量分析仪主要由现场测试部分和数据处理软件两部分组成，其工作模式主要有谐波、波形、报警、趋势图、功率和电能、截屏、波形捕捉7 种工作模式，含有 4 个电流接口、5 个电压接口，因此可以测量单相、两相、三相三线、三相四线、三相五线的启动电流、各相电流和电压、功率、累计功能、谐波影响等，还可以测量电梯处于发电状态时回馈给电网的电能质量，如电压波动情况、不平衡度、谐波等，这非常有利于测量电梯所回馈的能量质量与数量。

电梯能耗测试的目的主要是针对电梯间歇性工作特点，按照一定的运行楼层顺序、额定载重量，依据电梯“每吨千米的耗电量（η）”这一评价参数来对电梯进行能耗评价。利用电能质量分析仪对电梯能耗进行检验，主要包括电梯运行时的能量损耗测试和待机时的能量损耗测试，由于每部电梯的附件配置不同，例如风扇、照明等附件，其所损耗的电量也会有所不同，所以在利用电梯质量分析仪进行运行时能量损耗测量时，将不考虑照明和风扇等附件；进行待机能量损耗测试时，应考虑照明和风扇等附件的损耗。利用电能质量分析仪对电梯运行时的能耗测试的方法如图1所示：

图1 电梯运行时的能耗测量

电梯待机时所损耗的能量测试方法如图2所示：

图2 电梯待机时能耗测量

电梯在满载上行和空载下行时时，对于电网而言是一耗能设备但；是电梯在满载下行和空载上行时处于发电状态，而大部分电梯制造企业针对这一部分回馈电能主要是通过能耗电阻以热量形式消耗掉，随着科学技术的发展，电梯能量回馈装置应运而生，在电梯处于发电状态时将这一部分电能回馈电网以达到节能的目的[5]。

四、总结

本文详细分析了电能质量分析仪的工作原理，以及在电梯能耗检测中的具体应用，并能很好的测量出电网电压、频率、所受的电磁干扰等参数，从而更好地为电梯的节能提供一些参考资料，为节能减排做出贡献。

参考文献：

[1]严兵弟.电梯节能技术分析与探讨[J].兰州：甘肃科技，2011.9，27（17）。

[2]游君子.电梯能效监测系统的研究与设计[D].广州：华南理工大学，2011.11：1。

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中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号：

1 光伏并网对电能质量的影响

光伏电源并网对电能质量方面的影响主要体现在电压波动与谐波这两方面。

光伏电源输出功率受光照影响大，具有波动性、间歇性、周期性等特点，容易造成电网电压波动闪变。随着光伏发电在电源中比例不断增大，其波动性、间歇性和周期性对电网调峰的影响将愈加显著，容易造成电网频率的波动。此外，还存在诸如电压脉冲、浪涌、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题

[1]。同时，光伏电源通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电流不平衡等电能质量问题。谐波的危害在电力系统中是多方面的，主要有

[2]：容易导致继电保护误动作；引起谐振、过电压或过电流；增加输电线路、电动机的损耗等。

针对分布式光伏发电接入对配电网电能质量的影响，一些学者相继进行了研究分析。文献 [3]、[4] 中从光伏电源的渗透率、线路长度、系统动态负荷水平以及是否装设无功补偿装置等方面，分析了光伏电源接入薄弱线路末端时对典型配电网电压稳定的影响。研究表明：光伏电源接入配电网线路越长、动态负荷比例越高、光伏电源渗透率越高，光伏电源的出力变化对配电网线路电压的影响越大。文献 [5] 通过理论与仿真分析得出，光伏电源接入配电网引起电压越限的主要原因是太阳辐照度的变化。由于太阳辐照度变化引起光伏电源出力的上升或下降，进而可能抬升或者下拉其并网电压，引起配电线路的电压波动或越限。文献 [6] 分析了影响光伏电源并网谐波水平的主要因素，其中光伏逆变器的电能转换特性直接决定了光伏电源并网电能质量。

2 光伏并网电能质量要求

为保证电力系统的电能质量，我国在一系列标准中规定了光伏等电源接入以及公共电网的电能质量要求。这些标准对于制定光伏电源的并网标准起到了重要的参考作用。在光伏电源并网电能质量方面，目前主要依据国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》的要求。该规定明确光伏电源并网在谐波、电压偏差、电压波动与闪变、电压不平衡度、直流分量等电能质量方面的指标[7]。

其中，光伏电源向电网注入的谐波电流允许值按此光伏电源安装容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。光伏电源并网点的电压偏差应满足 GB/T 12325 的要求。光伏电源所接入的公共连接点的电压波动和闪变应满足 GB/T 12326 的要求，其中光伏电源引起的闪变值按照光伏电源装机容量与公共连接点上的干扰源总容量之比进行分配。光伏电源所接入的公共连接点的电压不平衡度及光伏电源引起的电压不平衡度应满足 GB/T 15543 的要求，其中光伏电源引起的电压不平衡度允许值按 GB/T15543 的原则进行换算。光伏电源并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流电流额定值的 0.5%。

3 光伏发电系统建模

本文基于 DIgSILENT 仿真平台建立光伏电源的详细模型，其中直流侧采用文献 [8] 中的简化工程计算数学模型，以基于光伏组件 IV 特性的受控直流源表示。交流侧基于逆变器模块建立光伏逆变器控制模型。一般情况下，在不考虑逆变器饱和因素影响下的理想逆变器通过内环的电流控制得到调制比 Pmd和 Pmq，如图 1 所示。其中 Id_ref和 Iq_ref根据控制目标确定。

实际光伏电源的输出功率是随着外部工作条件的变化而变化的。当光照强度、工作温度发生变化，MPPT 控制器将动作，调整工作电压至当前工况下的最佳工作点。因此包含 MPPT 的逆变器可由控制目标直流端工作电压Udc和功率因数 θref得出 Id_ref和 Iq_ref。

4 算例分析

本文结合某建筑光伏电源并网算例，依据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定的要求》对其谐波电流特性进行分析。该客户现有 35 kV 变电站 1 座，安装 2 台主变压器型号为 SFZ10–12500/35，两台主变并列运行。光伏电源分两组，其中 PV1 装机容量 3.5 MWp ；PV2 装机容量 3 MWp ；分别通过 800 m 电缆线路型号为 YJLV22–10–(3×240) 就地接入客户变电站。客户内部负荷 Load1有功 6535 kW，无功 2504 kvar ；内部负荷 Load2 有功6430 kW，无功 2486 kvar。光伏电源接入系统如图 2 所示。

该光伏电源由 500 kVA 光伏逆变器组和升压变压器组成，其中 PV1 由 7 台逆变器组成，PV2 由 6 台逆变器组成，均通过10 kV升压变压器接入35 kV变电站10 kV母线侧。500 kVA 逆变器额定电流为 1070 A，谐波电流参数如表 1所示。根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》

的要求，结合光伏电源的接入方式，基于 DIgSILENT 仿真平台计算出光伏电源运行过程中产生的各次谐波的最大注入电流如表 2 所示，由于光伏电源内部升压变压器为Dyn11 型接线，三角型绕组为三次谐波电流提供通路，它所产生的三次谐波磁通将抵消。通过对比可以看出，光伏电源各次谐波电流注入值均在国家标准规定的范围内。

5 结束语

本文讨论分布式光伏发电接入对配电网电能质量方面的影响，总结光伏电源在并网电能质量方面需要满足的要求。基于 DIgSILENT 仿真平台，分析某光伏电源的并网谐波电流。结果表明：该系统接入配电网后在谐波电流注入方面满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》的要求。

此外，作为光伏电源接入电网电能质量评估的重要内容还应对光伏电源接入对电网无功电压水平、电压偏差、电压波动、谐波电压等电能质量方面的影响进行评估，并提出相关的建议或改进措施。

参考文献

[1] 郑湃. 光伏电站运行控制若干问题研究[J]. 农村电气化,2011, (3):57-60.

[2] 丁宁, 孟涛. 太阳能光伏发电系统中的谐波及其治理[J].中国能源, 2010, (12):31-32.

篇8

 

1 引言早期的电能质量问题主要局限在频率偏移和电压偏移两个方面，但随着电子电力技术的迅速发展，公共电网中使用了大量的非线性负荷，由此产生的干扰也日趋严重，不仅严重影响了对电力质量要求严格的控制设备，还需要去处设法解决诸如电压中断、电压跌落和开关暂态等多方面的问题。为了控制和治理电能质量问题，应该对各种电能质量扰动进行准确辨识和分类，测量电网的电能质量水平，分析和判断产生各种电能质量问题的原因，为电能质量的改善提供依据。因此如何快速准确地监控、分析和改善电力系统的电能质量，并而在此基础上方便进行网络管理成为当前迫切需要解决的重点。电能质量监测作为其中的一个关键环节, 在电力系统安全管理和技术监督过程中起着重要作用。深入而系统地对电能质量做出精确的检测和利用网络技术对其分析的结合及应用是一项值得研究的问题。

要改善电网的电能质量，首先要精确的检测和分析电能质量，电能质量分析仪就是用来实现这一任务的专门仪表。它能对电网的电流与电压信号进行高速采样，通过高速CPU对采集来的数据进行计算，对电网上的电压，电流，功率。论文格式。有功功率，无功功率，谐波，闪变，浪涌等各种参数进行实时测量并显示。随着电子信息技术的高速发展，现代高端仪表都向着数字化，便携化，智能化，网络化的方向发展。

传统的电能质量分析仪主要是通过RS232或者USB接口连接PC，或者通过modem由电话线连接到Internet网络上，实现远程控制与监控。近期市场推出的少量产品，有带有线局域网接口的电能质量在线监测产品，但尚未找到通过目前流行的无线局域网(802.11b/g)进行联网的相关产品。

本文介绍一种带有无线局域网接口的手持式电能质量分析仪。用户可以通过笔记本电脑，PDA, 智能手机等带无线局域网接口的终端，对电能质量分析仪进行访问与控制，也可以通过无线路由器，通过广域网对本仪器进行监测与控制。

2 DSP设计算法（1）有效值算法。论文格式。

电流,电压及有功功率离散有效值算法为：

（1）

（2）

（3）

其中为采样值，M为整数周期内的采样点数

（2）谐波算法

电流与电压谐波采取快速傅里叶算法[1]，计算参数为：ADC采样速率为12.8kbps, 并能跟踪电压频率，做到一周波采集256点，数据宽度16bit, 窗口宽度为1024，窗口形状为矩形。

j=0,1,…,N-1 （4）

最高计算谐波次数为50次。

（3）电压闪变算法

闪变是对调幅波的检测，有常用的几种检波方法为:平方检波、整流检波和有效值检波。平方检波是使电网电压U(t)经过平方后，再通过滤波器去掉直流分量和2倍工频分量处理后。然后提取出调幅波U(t)。平方检波相比其它两种检波方法，它的直流分量和2倍工频分量与调幅波之比均小于1,因而推荐使用平方检波方法。具体的检测框图如图1所示：

图1. IEC推荐的闪变检测流流程框图

（4）示波显示

在示波模式下，屏幕显示采样来的电压与电流波形，在画屏幕时，由于LCD屏幕只能显示有限的点数。所有的采样点不能同时显示出来，在显示时采用数据抽取的方法来实现平滑显示,同时，对于波形中的异常部分，又能够着重显示出来。论文格式。

3 辅助与控制电路手持式单相电能质量分析仪，硬件系统框图如图1所示。

 

图2. 电能质量分析仪硬件系统框图

电流信号通过电流传感器输入，转化为电压信号，送到预处理电路; 电压信号通过电压衰减电路，也送到预处理电路，处理成合适的电压，并进行低通滤波；电流跟电压信号再一起送到高精度ADC电路进行模数转换。转换结果送到CPU进行数据信号处理，实时计算出有效值，功率，谐波，闪变等物理量并在LCD上显示出来。所有计算的结果，也可以通过外接的SD存储卡存储下来。用户可以通过键盘，对仪器进行操作控制。RJ45、无线网卡及USB接口是仪器的对外接口。用户可以根据实际情况，很方便地选择相应的连接方式。

4 软件设计智能仪表由于功能繁多，采用高端的数字处理芯片，因此常采用嵌入式操作系统进行软件开发，以提高工作效率，这里使用Linux操作系统平台软件设计。

主要包括以下工作: WiFi模块和应用程序的开发。

（1）WiFi模块

在计算机网络与无线通信技术的基础上出现的无线局域网，它主要依靠射频技术( Radio Frequency) 来实现计算机之间的通信。通过接入点AP(AccessPoint ) ,客户端以无线通信的方式可以与有线网络或无线网络互连。

1999年IEEE批准了802.11无线网络的延伸规范802.11b, 标志着无线网络产品的新标准的诞生。802.11b的工作频率为2.4GHz, 最高传输速度达到了11Mbps, 这极大的推动了无线网络应用,也获得了众多硬件厂商的支持,现在市场上的无线网络产品大都符合802.11b网络标准。

Linux可以对无线局域网进行支持,只需要将驱动程序源码针对终端环境进行交叉编译,生成驱动模块,然后在终端的Linux 中加载模块, 再使用iwconfig 和iwpriv命令进行配置后，就能很好的支持PCMCIA/CF卡以及无线局域网。

（2）应用程序的开发

首先在一台Linux的主机上进行程序编写。编译通过后,下载到终端的机器上,终端上电后,根据配置文件，终端会自动装载并启动Linux操作系统,然后启动WiFi模块连接网络,进行正常操作。

5结论该文提出了基于WIFI无线网络的电能质量分析仪系统设计方法，无线局域网络的使用, 能方便的实现网络化线监测。使用了高速DSP 处理器对采集所得的数据能进行间谐波分析等复杂的分析，本装置功能完善, 精度也较高, 有着很高的性价比，能够满足高精度测量分析的需要。

【参考文献】

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21(1): 121-126.

篇9

引言：改革开放以来，我国国民经济的迅猛发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的观实意义。

一 衡量指标

由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。

1.谐波和间谐波：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。

2.电压波动和闪变（fluctuation&flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。

3.压偏差：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起)的总称。

4.频率偏差：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。电压三相不平衡：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。

二 分析方法

1频域分析法

频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。

频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描

述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。

2时域仿真法

时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序。

采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。

3基于变换的方法

在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有Fourier变换、神经网络、二次变换、小波变换和Prony分析等5种方法。

3.1小波分析法

小波变换是新的多尺度分析数字技术，它通过对时间序列过程从低分辨率到高分辨率的分析，显示过程变化的整体特征和局部变化行为。常用的小波基函数有：Daubechies小波、B小波、Morlet小波Meyer小波等。

小波变换的优点是：具有时－频局部化的特点，特别适合突变信号和不平稳信号分析。可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点是：在实时系统中运算量较大，需要如DSP等高价格的高速芯片；小波分析有“边缘效应”，边界数据处理会占用较多时间，并带来一定误差。

3.2神经网络法

神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础，它既是高度非线性动力学系统，又是自适应组织系统，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。

神经网络法的优点是：可处理多输入－多输出系统，具有自学习、自适应等特点。不必建立精确数学模型，只考虑输入输出关系即可。缺点是：存在局部极小问题，会出现局部收

敛，影响系统的控制精度；理想的训练样本提取困难，影响网络的训练速度和训练质量；网络结构不易优化。

3.3二次变换法

二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基本原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。

二次变换的优点是：可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻；精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点是：无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值；不具有时域分析功能。

三 控制策略

PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

非线性鲁棒控制：超导储能装置(SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型，既可应用反馈线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进行控制，也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

四 技术

1.FACTS技术

FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪80年代末期由美国电力研究院（EPRI）提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

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Abstract: Power quality importance with the rapid development of national economy and the unceasing enhancement, and increasingly the power departments and consumers. This paper elaborated the quality of electric energy of the basic theories and its research methods of power quality, introduces the related control strategies and techniques, and the development direction of this domain undertook preliminary discuss.

Key words: power quality analysis method; control technology

中图分类号：V242.3

1衡量电能质量的主要指标① 电压偏差：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。②频率偏差：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。③电压三相不平衡：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。④谐波和间谐波：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。⑤电压波动和闪变：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。

2电能质量问题的产生

2.1电能质量问题的定义和分类。电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。

2.2电能质量问题产生原因分析。随着电力系统规模的不断扩大，电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因。①电力系统元件存在的非线性问题。电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波；输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用。②非线性负荷。在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。③电力系统故障。电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

3电能质量分析方法

3.1时域仿真法。时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。

3.2频域分析法。频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。频率扫描和谐波潮流其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。

3.3基于变换的方法。在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有Fourier变换、神经网络、二次变换、小波变换和Prony分析等5种方法。①Fourier变换。Fourier变换是电能质量分析领域中的基本方法， Fourier变换的优点是算法快速简单。②神经网络法。神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。神经网络法的优点是：可处理多输入－多输出系统，具有自学习、自适应等特点。。缺点：存在局部极小问题，会出现局部收敛，影响系统的控制精度；理想的训练样本提取困难，影响网络的训练速度和训练质量；网络结构不易优化。③二次变换法。一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基本原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。优点：可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻；精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点：无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值；不具有时域分析功能。④小波分析法。小波变换是新的多尺度分析数字技术，它通过对时间序列过程从低分辨率到高分辨率的分析，显示过程变化的整体特征和局部变化行为。优点：具有时－频局部化的特点，特别适合突变信号和不平稳信号分析。可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点：在实时系统中运算量较大，需要如DSP等高价格的高速芯片。⑤Prony分析法。Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中，信号总是被认为可以由一系列的衰减的正弦波构成，这些衰减正弦波类似于小波函数。

4电能质量的控制策略

4.1几种电能质量控制策略。①PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。缺点：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。②空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。原理：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。③模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。④非线性鲁棒控制：超导储能装置 (SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。

4.2FACTS技术。FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

4.3用户电力（Custom Power）技术。用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

5电能质量控制的发展方向

5.1研究电能质量分析控制领域的基础性工作。要深入探索电能质量领域的基础性研究工作，包括电能质量的定义、评价标准与体系，电能质量问题的表现形式、影响因素、防治方法等。同时，积极研究电能质量控制的新方法、新技术和新策略，将更为先进、科学的控制理念和控制思想借鉴到电能质量管理领域。

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1 衡量电能质量的主要指标

目前我们关注的主要指标为国家技术监督局颁布的涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压允许不平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。

2 电力系统电能质量问题的产生的主要原因

电力系统元件存在的非线性问题包括同步发电机运行中感应电动势不理想；变压器励磁回路非线性特性；直流输电等。还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。在工业和生活用电负载中，非线性负载是电力系统谐波问题的主要来源。各种自然灾害、误操作、电网故障时、发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

3 电能质量低下的主要危害表现

电能质量各项主要指标低下都会对电网及设备造成不同的影响及破坏，但其主要危害表现主要是增加用电设备的损耗增加、寿命缩短、工作不正常，破坏电力系统的稳定性、影响电网经济运行，损坏系统设备，增加系统损耗，增大测量仪表误差，干扰通信，造成继电保护及自动装置误动，危及设备的安全，甚至造成系统瓦解崩溃等。

4 电能质量监测装置发展现状

电能质量监测设备的发展趋势倾向于采用永久性的固定设备对现场数据进行在线监测。基于DSP的数字式仪表已被广泛应用，且一般都可和计算机相连，构成数据处理能力较强的PC+DSP主从式结构，具有显示、存储、通信、人机对话等功能，并具有在线监测、智能化、网络化、实时性好、成本低和接口丰富等特点。

5 亳州供电公司电能质量在线监测系统方案设计分析

5.1 亳州供电公司电能质量现状分析

亳州供电公司地处皖北平原，承担亳州市三县一区8400km2，600万人口的供电任务，并随着近年来经济发展模式的变革，人民生活、工作方式都发生了巨大的变化，电网负荷逐年复杂化，大型工业、牵引机车、火电机组上网、煤矿：化工、冶金等主网高压用户逐年递增，城市配网中，变频设备、节能器具、照明、娱乐设施及计算机设备等的大量应用，且亳州市近年来处于城镇化发展、特色产业发展高峰期，大量工地基建项目开工，大批制药厂饮片厂纷纷投产，也就意味着，大量的电焊、电炉、电机、整流装置等投入使用。由于经济建设的高速发展，用电科普知识不能有效普及，大量用户并未充分考虑电能质量相关问题，另外配网中补偿电容器的设计大多未考虑谐波问题，更有大量用户不投或过投补偿装置，使谐波处于难以控制的状态，也是造成配网中谐波滋长的主要原因，若不加以控制，这种趋势将处于增无减的状态。

因此建立长期有效的电网电能质量在线监测点、并辅以机动灵活的临时监测点相互配合，用于监测、分析亳州供电公司电能质量问题，并根据分析结果加以治理，势在必行。

5.2 亳州供电公司电能质量在线监测布点选择

亳州供电公司主干线路为220kV供电，因此布点选择在各个220kV枢纽变电站中，接入所有等级母线电压，主变低压侧开关电流，及110kV重点用户及联络线路电流。以实时监测该变电站的电能质量情况，通过对变电站的电能质量监测，能判断与该站相接的其他110kV、35kV变电站是否可能存在电能质量超标情况。并通过临时监测点的建立现场测试各重点用户电能质量情况。

5.3 亳州供电公司电能质量在线监测总体设计实施方案

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中图分类号：TM73 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）08-000-01

电能作为广泛使用的能源之一，电能使用的程度逐渐成为一个国家发展水平的基础。随着科技快速发展与国民经济水平的提升，电能需求量也在不断增加，虽然电能供求关系的问题基本得到缓解，但是与电能质量方面有关的问题却日趋严重，其故障问题主要包括瞬时供电中断、电压跌落、电压脉冲和浪涌等。因此，必须结合我国具体国情，探索研究改进配电能质量的有效措施。

一、配电网动态电能质量的含义

电能质量根据持续时间与产生时间的长短，可以划分为动态电能质量与稳态电能质量2种。而动态电能质量主要以暂态持续时间为主，其中暂态又细分为脉冲暂态和振荡暂态。其具体体现在以下几方面：（一）电压会发生骤降现象与骤升现象，持续时间达到0.5个周期～1s左右，有效值占标称电压的10～90%或者是110～180%；（二）电压会出现瞬变的现象，持续时间相对比较短，电压值变化十分迅速；（三）电压出现闪变现象，电压以波形包络线方式呈现出规则性的变化，以及电压幅值随时有可能发生变化。电能质量发生问题的主要原因是电压质量出现问题，尤其是电压跌落尤为突出。电压跌落的特点通常体现在跌落幅值和持续时间上，但是，在幅值大小与持续时间长短方面上目前还未有明确的限定范围。

二、电能质量问题发生的危害与原因

（一）电能质量问题发生的危害

1.公用电网中的元件由于谐波附加的耗损，导致发电、输电和用电设备效率不断下降；通过中线的大部分谐波会让线路过热，进而引发火灾事故。2.谐波会给电气设备的稳定运行带来影响，导致电机机械发生振动与噪声，进而造成各种设备出现过热、绝缘老化和使用寿命缩短，甚至是损坏等问题，例如变压器、电容器和电缆等。3.电网谐振会加大谐波电流，给电容器与串联的电抗器带来不良影响，烧坏电容器与电抗器。4.发出的信号会引起自动装置与继电保护进行误动作，造成供电中断。5.谐波会让电气测量仪表计量不精确，出现计算误差，给供电部门或者是电力用户带来巨大损失。6.谐波会干扰到附近的通信系统，发生噪声，影响了通信质量，严重的可能会造成信息丢失，给通信系统的正常工作带来影响。

（二）电能质量问题发生的原因

据相关研究数据显示，电子类用电设备、工序复杂的生产过程和自动化程度高的设备是导致电压跌落的重要原因，尤其是新引进的电子产品对供电质量的影响更大。因为超高压电网故障会引起配电网的电压大范围出现波动现象，导致系统出现故障问题；除此之外，保护动作后重合闸造成电压跌落，进而导致供电出现瞬时中断，若电压跌落次数频繁增加，就会发生连续跳闸问题。

三、配电网动态电能质量的解决对策

（一）动态电能质量的调节装置

在控制配电网动态电能质量问题方面，电力电子设备为动态电能质量控制提供了有效的技术手段。在当前的供电系统中，交流输电系统技术应用规模的延伸与发展在提高电能质量方面具有重要意义。而IGCT作为灵活交流输电系统技术的重要器件，具有很大的关断容量，且具备响应性能方便快捷，开关频率较快等优势。目前用来改善配电网动态电能质量问题的技术主要有：统一电能质量调节器、配电型静止同步补偿器、固态断路器、固态转换开关、静态电子分接开关、不间断电源、蓄电池储能系统、动态电压恢复器、电力有源滤波器及超导磁能系统等。

配电静止同步补偿器，又称为DSTATCOM控制装置；其组成部分包括逆变器、耦合变压器和自关断器件等；配电静止同步补偿器是一种交流电压源，其作用为：当供电系统产生扰动时，就会借助逆变压器中的电压对输出的无功进行控制，从而起到双向调节能力，例如感性无功及容性无功等能力。在进行设计时，采用了多样化的设计结构和设计方法，能够减少电力输出时所形成的谐波含量，且无需额外使用电力滤波装置。SSTA是一种固态转换开关，当供电网络有故障问题出现时，可借助SSTA在数ms内将敏感负荷转换到另一条供电线路上，而传统的切换设备需要的时间通常超过0.5s。UPS是敏感负荷的备用电源，能够有效阻止由于电压跌落引起的瞬时供电中断的情况。虽然UPS在响应性能方面具有很大的优势，但是，由于其自身容量比较小，且需要较高的投资成本，所以比较少用。DVR是一种电压恢复器，通常设置在敏感负荷和系统的馈线上，借助串联变压器将逆变器中的补偿电压传送到馈线上，进而为敏感负荷的供电质量提供保障。由于DVR能够补偿系统中电压跌落时所发生的差值，因此，在进行设计时，设计的容量应低于UPS值。此外，由于自身性价比高于动态响应特性稳定的优点，收到广大用户的青睐。而SMES主要是利用超导线圈将系统交流转换成直流磁能的形式进行贮存，并在需要时借助磁电将其反馈到系统中。虽然，当前已有小型SMES得到使用，但是因为容量较小，无法在工业化上大范围的进行使用。

（二）动态电能质量调节装置在实际中的应用

在国内发达地区，配电网动态电能质量补偿装置逐渐出现了新的产品，例如改善电压质量的串联补偿器、抑制负荷谐波电流与无功并联型器件等，正处于实用化阶段。而我国许多单位也研发了有源电力滤波器试验装置，例如快速动态无功补偿装置的应用，已经获得了国家的认可，具有良好的使用效果。

四、结束语

综上所述，企业效益和配电网密切相关，用户对电力的需求不断增加，在电能质量方面也提出更高的要求。因此，电力行业应注重配电网电能质量存在不足之处，并制定科学合理的策略进行处理。同时，建立一套完善的管理制度，加强检查力度，将检查工作落实到位，优化配电网，并定期加强电力工作人员专业知识的培训，提高实践能力与专业水平，更好的服务于广大电力用户。