电网电能质量的分析及谐波治理
姓名：孙士云学号： 08B306015
1 研究的意义
良好的电能质量是保证电力设施和用电设备安全、可靠、高效运行的基础。随着生产和技术的发展，用电负荷日益增长，各种基于微处理器的控制系统和基于半导体功率器件的电力电子设备的应用迅速增加，节能和环保要求也不断提高，与此密切相关的电能质量问题日益受到更多的关注。对电能质量实施有效控制，已逐渐成为提高设备运行质量和节能降耗的重要方面。譬如油田配电网具有用电容量大、设备分散、配电线路长等特点，对配电网电能质量实施有效的监测控制更为重要。对配电网电能质量状况进行系统的检测与分析，是进行电能质量问题治理实现电能质量有效控制的基础。
2 电能质量及其分析与评价准则
2．1 电能质量问题的背景
一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz或60Hz)和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等、相位互差120。的对称状态。因此，在输配电系统中常用频率、有效值、波形质量和三相电压的对称度来描述其运行状态的优劣。由于系统运行状态的变化、电网规划的不恰当、电力负荷本身存在的各种问题以及其他不可预见的电力系统故障等原因，理想状态在实际运行当中并不存在，因此就提出了电能质量的概念。电能质量问题的提出由来已久，可以说基本上同电力系统自身的发展同步，并随着电力系统的发展而不断增添新的内容。在电力系统发展的早期，电力负荷的组成比较简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成，因此衡量电能质量的指标也比较简单，主要有频率偏移和电压偏移两种。进入上世纪80年代以来，电能质量问题逐渐引起电力公司和电力用户的广泛关注，其原因是多方面的，归纳起来主要有以下四点：
(1)现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高，许多新的电器和装置都带有基于微处理器的控制器和功率电子器件，它们对各种电磁干扰都极为敏感。
(2)对电力系统运行总效率的重视程度不断加强，特别在用电设备方面表现突出。例如，高效率电机变频驱动、为降低损耗和校正功率因数而采用的并联电容补偿器，以及用户大量的电子设备等。但这些设备的使用又会导致电网谐波污染，更广义的称为电气环境污染，致使供电电压干扰水平加重，对电力系统安全运行带来直接的或潜在的危害。
(3)电力用户已提高了对电能质量的认识，正在了解诸如供电间断、电压凹陷、电路通断引起的暂态现象等实际问题。为满足高科技生产流程的需要，维护用电设备的正常运行，越来越多的用户向电力部门提出了高质量供电的要求，甚至通过签定供电合同和质量协议的方式以获得保证。
(4)电力网的各个部分都是相互联系的，因此综合协调处理至关重要。任何一个局部的故障或事件都有可能造成大面积的影响，甚至是重大损失。这迫使供电部门在保证向用户提供优质电力的同时，还需极力避免遭受用电设备产生的电力干扰，维护电网安全运行。因此电能质量已经成为一项系统工程问题。
2．2 电能质量的定义
对于电能质量的定义，电力公司、电力设备生产厂家和电力用户各有各的观点。电力公司常将电能质量定义为供电可靠性并用统计数据来表示。显然，这个定义仅仅考虑了电力公司对用户保持持续供电的能力，而忽略了系统运行条件对用户设备性能的影响。电力设备生产厂家则将电能质国量定义为能使设备正常运行的供电特征，因此不同的设备制造商往往存在不同的电能质量标准。电
力用户则可能把电能质量简单定义为是否向负荷正常供电，将电能质量问题定义为导致用户设备性能降低、失效或误动作的电压、电流或频率偏移等任何电能问题。由此可以看出，电能质量实际是对可能引起电气设备电能质量问题的各种类型电力系统干扰问题的总称。就其本质来讲，电能质量其实是电压质量，主要描述输配电电压偏离其理想状态的程度，内容涉及频率偏移、长期电压偏移、短期电压偏移、电磁暂态、三相不平衡、波形失真、电压波动和闪变等共七类电磁现象。
2．3 电能质量问题的具体内容及其危害
(1)频率偏移
频率偏移是电能质量的一个重要指标，它定义为电力系统基波频率偏离额定频率的程度。大容量负荷或发电机的投切以及控制设备不完善都有可能导致频率偏移。在电网中如果发生较大频率偏移可能导致电网瓦解和安全方面的严重后果，因此电网中均具备对运行频率的严格监测与控制措施；同时，电压频率决定于发电机的结构和转速，在电力的输送和分配过程中不会发生变化，易于集中控制；因此，在大电网中有害频率偏移发生的概率极低。但在小水电、中小型柴油发电机等供电时较易发生频率偏移。对电力用户而言，频率偏移会直接影响电机转速和效率，进而影响系统正常运行或产品质量；频率降低引起异步电机和变压器激磁电流增加，所消耗的无功功率增加，恶化了电力系统的电压水平；对于以供电频率作为时间基准的设备会产生较大的影响；严重频率偏移可导致设备工作异常甚至损坏；频率的变化还可能引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。
(2)长期电压偏移
当超过规定限值的电压偏移持续时间超过1min时可以定义为长期电压偏移。可分为持续中断、欠电压(电压降低到标称值的80％～90％)和过电压(电压有效值上升到标称值的ll 0％～1 20％)三种情况。长期电压偏移的产生通常与输、配电系统中的故障、电压调节不当或功率因数补偿不当等因素有关，也与负荷及功率因数变化导致的线路压降变化等因素有关。长时电压偏移过大会对电力系统的正常运行产生不利影响，主要表现在以下几个方面：
各种电力及用电设备均是按照其标称工作电压设计的，长期电压偏移必将会导致设备性能下降、失常甚至损坏。例如：电压降低引起异步电动机的转矩减小、转速降低，电压减小10％；电动机轴端负荷恒定时，滑差增大约0．6％；若转速不变，则转速转矩下降约20％；负荷率为85％的电动机，电压降低10％～15％时则可能失去稳定性。电压降低引起照明设备的效率降低，使对电网电压敏感的电子设备不能正常工作；对于有恒定功率需求的设备，欠电压往往会导致电流增加而使铜损增加，损耗与温升增加，效率降低。电压过低还会引起补偿电容器组输出无功减少，严重时可能引起连锁反应而导致全网性的电压崩溃。电压升高损害电气设备的绝缘，使变压器、电动机等以电磁感应为基础的电工设备激磁电流增加甚至工作在饱和状态，致使设备过热甚至烧毁并产生有害的谐波电流；电压过高还会增加电力电子设备、功率电子器件、电容器等的电压应力，严重时导致器件击穿损坏。
(5)短期电压偏移
这是另一类电压质量问题，只是与长期电压偏移相比，其持续时间相对较短，最长不超过lmin。它包括三种情况：供电间断、电压凹陷和电压突起。
①供电间断
供电间断是指供电电压或电流降到标称值的10％以下，持续时间不超过lmin的电能质量问题。产生供电间断的原因既有可能是由于雷击输电线或配电线、树木倾倒、刮风等原因而造成的电力系统瞬时I生故障，也有可能是因为设备失效或控制装置的误动作而引起的不正常工作状态，但以前者居多。供电间断的恢复时间因安装的保护装置的性质而异，但一般在30s以内。由于控制装置误动作或断线引起的供电间断，持续时间无规律可循，也有可能发展为长期供电中断。
②电压凹陷
电压凹陷是指工频电压降低到标称值的10％～90％之间，持续时间在0．5个工频周期到lrain 之间的电压质量问题。瞬时性电压故障往往也以电压凹陷开始。大电力负荷的投入、大容量电容器的切除、大电机或多个电机的同时启动都有可能引起邻近负荷的电压凹陷。变电站内某条配电线路的单相接地故障也有可能引起邻近馈电线路的电压凹陷。单相接地故障引起的电压凹陷，持续时间一般在3~U30个工频周期之间，这主要依赖于断路器的切除时间。大容量电动机启动时，启动电流数倍于电动机的额定电流，产生的后果类似于电力系统故障，电压凹陷的持续时间与电动机启动
时间有关，约在数秒以内。
③电压突起
电压突起是指工频电压有效值上升到标称值的ll0％～1 80％之间，持续时间在0．5工频周期到lrain之间的电压质量问题。单相接地故障会引起非故障相的电压突起，另外，大电力负荷的切除或电容器柜的充电也会导致类似的电压质量问题。它的持续时间与电压凹陷基本类似。
对于短期电压偏移问题的重视是近十几年来的事情，主要原因在于计算机控制系统的大规模应用和自动化控制系统的不断精细化。对于一个计算中心来说，2s的供电间断或电压凹陷会造成计算机系统的工作紊乱，使处理了几个小时的数据损坏，或者使成千上万元的业务作废。解决短期电压偏移问题，既可以在负荷侧进行，也可以通过改造配电网来达到目的，但目前主要集中在负荷侧。为了降低这些电能质量问题对生产和生活的影响，用户不得不架设双路配电线和装设备用电源、不间断电源、稳压器等各类电气装置。提高配电网的自动化程度、改造配电网的结构会在某种程度上解决短期电压偏移问题，而用户电力技术的发展则为在系统侧解决短期电压偏移问题提供了新的手段，即在馈电线上装设动态电压恢复器。动态电压恢复器由换流器、储能设备(电容器或蓄电池组)以及串联在馈电线路上的串联变压器组成。当出现电压凹陷或间断时，它会通过串联变压器向馈电线叠加一个精确的补偿电压以消除短期电压偏移的
影响。
(4)电磁暂态
电磁暂态是指电力系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，电压或电流数值的暂时性非工频变化，它没有方向性，既有可能为正值，也有可能为负值。产生电磁暂态的主要原因有雷电波冲击和电力系统故障等，可分为冲击暂态和振荡暂态两类。
①冲击暂态
冲击暂态定义为电压或电流在稳态下突然的非工频变化，变化是单方向的，通常表现为电压尖峰、电涌或瞬态过电压，常用其幅值、上升时间和延迟时间来描述。产生冲击暂态的主要途径就是雷电。冲击暂态常常导致电气设备因为过电压而损害，还有可能激发电力系统的自然振荡而导致振荡暂态。为此，电力线路等重要的电力设备都采取各种有效的避雷措施。
②振荡暂态
振荡暂态定义为电压或电流在稳态下突然的非工频变化，变化是双向的，通常表现为短时衰减震荡，常用频谱成分(主导频率)、持续时间和幅值进行描述。根据其频谱范围，振荡暂态可分为高、中、低三种情况。高频振荡暂态的主导频率一般在0．5～5MHz之间，持续时间约为几个微秒，它往往是受当地的冲击暂态激发而引起的。中频振荡暂态的主导频率在5～500kHz之间，持续时间约为几十个毫秒。背靠背电容器的充电、电缆线路的投切以及冲击暂态的激发都会产生主导频率为几十千赫的振荡暂态。主导频率低于5kHz，持续时间在0．3～50ms之间的暂态称为低频振荡暂态。低圈频振荡暂态在输配电系统中经常遇到，很多情况都可能导致低频振荡暂态。电容器柜的充电会产生主导频率在300—900Hz之间，峰值约为2倍正常电压的低频振荡暂态。配电网中存在的主导频率低于300Hz的低频振荡暂态，主要同配电网中的铁磁谐振现象和变压器充电而产生的励磁涌流有关。电磁暂态的主要危害为破坏电气设备的绝缘、电压击穿半导体器件和其他电子器件、烧毁电路板；导致额外损耗、设备绝缘和零部件提前老化、设备性能劣化、寿命缩短；干扰电子设备和电力电子
器件的正常工作、导致设备误操作或功能失常；造成数据处理程序出错、数据文件部分破坏、数据传输错误、通讯干扰等。
(5)三相不平衡
三相不平衡定义为相电压或相电流对于三相电压或电流平均值偏移的最大值。在三相电力系统中，三相不平衡的程度常用负序和零序分量与正序分量有效值之比来表征。三相电压或电流不平衡的产生既有设计方面的原因，如单相电气设备三相分布的严重不对称，也有大容量单相负荷存在的客观条件，如单相电气机车，电弧炉等；另外，运行故障也会导致三相不平衡的产生。
三相电压不平衡对旋转电机的危害最大，会导致5～7倍电流不平衡，负序电流流入同步电机或异步电机，会使电机因产生附加损耗而过热、产生附加转矩而增加电机震动，导致效率降低、寿命缩短甚至过热烧毁；额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量大于2％的状态下运行，由于发热，其绝缘寿命缩短约一半，如果某相电压高于额定值，则其寿命缩短更严重；凸极式同步电机对负序分量存在很强的谐波变换效应，三相不平衡会导致同步电机产生电力谐波，污染电力系统的运行环境。对三相整流系统的晶闸管而言，三相电压不平衡不仅会增加控制的困难，还会导致非特征谐波的产生。零序电流的存在会对邻近的通信线路产生很强的干扰。解决三相不平衡问题要从系统设计和补偿两个环节人手：一方面尽量对称分布单相负荷，并对大容量单相负荷装设相应的补偿装置；另一方面可以考虑安装专门的电压或电流平衡装置。
(6)波形失真
波形失真定义为理想工频正弦波的稳态偏移，常用其频谱含量来描述。波形失真主要包括五个方面的内容：直流偏移、谐波、间谐波、陷波和噪声。
①直流偏移
交流电网中如果存在直流电压或电流，则称为直流偏移。产生直流偏移的主要原因是由于地磁暴产生的电磁干扰和电网中半波整流设备的存在。直流电流流过电力变压器会引起电力变压器的直流偏磁，产生附加损耗而过热并降低其使用寿命。直流电流还会导致接地体或其他联接器具的电化腐蚀。
②谐波
谐波定义为具有供电系统基波整数倍频率的正弦电压或电流。导致波形失真的原因是非线性负荷的存在。谐波失真水平可以用每个单一谐波成分的幅值和相位描述，也可以用某一个特定的参数，如谐波失真度来描述。谐波失真度或畸变率(THD)是评价电力系统中谐波含量的主要指标，它定义为各次谐波分量总有效值与基波分量有效值之比。然而，这一参数往往会使人们产生误解。例如，当调速电机轻载时，尽管谐波失真度很高，但谐波电流的幅值却很小，对电力系统的危害也不严重。为了统一描述谐波电流的危害水平，于是人们又提出了需量失真度(TDD)的概念，它定义为各次谐波分量的总有效值与额定负载电流的有效值之比。谐波污染对电力设备的危害是严重的，主要表现在如下几个方面：谐波电流在旋转电机绕组中流通，使电机产生附加功率损耗而过热，产生脉动转矩和噪声；引起无功补偿电容器组谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过负荷或过电压而损坏，对电力电缆也会造成过负荷或过电压而损坏；增加电力设施负荷，特别由于集肤效应和邻近效应的存在，使输电线路、变压器等因产生附加损耗而过热；电压或电流波形的畸变改变了电压或电流的变化率，增加介质应力和过电压，影响断路器的断路容量，对晶闸管的使用寿命产生严重影响；对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动或拒动；使计量仪表，特别是感应式电能表产生计量误差；造成通信干扰。
对电力系统谐波的研究近年来主要集中于分析和治理两个方面。对于前者，目前已经提出了基于牛顿一拉夫逊迭代的谐波潮流理论、基于研究网络注入电流响应的谐波扩散理论和基于状态估计和同步量测技术的谐波状态估计理论。谐波治理一般从两个方面人手，一方面限制用户向系统注入的谐波电流水平，另一方面应设法消除电网中的谐波成分。对于前者，主要通过在电力电子设备中
采用新技术，限制谐波电流的注入量，如选择性谐波消隐技术和功率因数校正技术。对于后者，主要通过在电网中装设滤波器来实现。
③间谐波
间谐波定义为具有供电系统基波频率非整数倍频率的正弦电压或电流，它常表现为离散频率或宽带频谱。间谐波广泛存在于各级电网中，产生的主要原因是静止频率变换器、变频器、感应电机和电弧设备等。电力线路上的载波信号也可以认为是间谐波。间谐波会引起同谐波干扰同样的危害，还会干扰载波信号和引起CRT等显示设备的闪烁干扰。
④陷波
陷波是由于换流器换相而产生的周期性电压干扰，它也可以利用傅立叶变换分解成一系列谐波级数。由于谐波次数普遍较高且谐波幅值不大，所以一般不予考虑。
⑤噪声
噪声是指叠加在每相电压或电流、中性线或信号线之上的，频率超过20kHz的不希望的电气信号。电力电子设备、控制电路、电弧装置、固态整流器以及供电系统的投切都会产生电磁噪声。噪声会影响微机和可编程控制器的正常工作，装设滤波器和隔离变压器会有效降低电磁噪声的影响
(7)电压波动和闪变
电压波动是指工频电压包络线的一系列变动或周期变化，常以其相邻的方均根值(或峰值)的极值之差相对于额定值的百分数表示，其变化范围通常在额定值的±10％之内。电弧炉和轧钢机等大容量冲击性负荷的存在是引起电压波动和闪变的根本原因。
电压波动的主要影响就是引起白炽灯等照明设备、电视机等电器设备的闪烁现象。为了降低电压波动和闪变的影响，人们采用两种方法：一是尽量降低冲击负荷接入点的系统阻抗；二是装设电压波动补偿装置。
2．4电能质量问题的起因与责任
电能既是一种经济、实用、清洁且容易控制和转换的能源形态，又是电力部门向电力用户提供的一种特殊产品，它同样具有产品的若干特征，如可被测量、预估、保证或改善。如今，“电能”作为走进市场的商品，与其它商品一样，无疑也应讲求质量。
然而与其它产品不同的是，提供优质电能是由发电、供电、用电三方共同保证的。实际上，发、供电系统只能够控制电压的高低和频率，而不能控制某一负载汲取电流的大小和波形。系统在实际运行时，电压与电流之间总是存在着不可分割的紧密联系，尽管发电机提供了几乎纯正弦的电压，但通过系统阻抗的电流可能造成对公共连接(PC C)电压的扰动而使之变化，如：短路电流可能引起电压的跌落，或者完全消失；雷电电流注入系统引起冲击电压，造成频繁的绝缘闪络，还可能导致如短路故障等其他现象的产生；谐波源负荷注入的畸变电流流经系统阻抗时也使母线电压发生畸变，该母线上的其它电力用户将承受非正弦波电压等等。因此，大多数电能质量问题并不是源于电能的生产过程，而是源于电能的输送、分配和使用过程。除自然因素和配电操作导致的问题以外，电力用户也是导致各种电能质量问题的重要因素。因此关于电能质量问题一直存在许多分歧和争论，主要表现在园电能质量问题发生的原因与责任上，供用电双方从认识和看法上往往存在很大的不同。例如，为适应用户负载功率因数的变化，配电系统中经常需要进行电容器投切操作，有可能引起暂态过电压而损坏用户设备，也可能造成用户设备掉电，此时用电方会简单地抱怨供电质量太差，以至于投诉；当电网某处发生短路故障，很可能在一些负荷公共连接点出现不同程度的短时电压凹陷，其结果造成某工厂的变频驱动装置掉电，而供电方可能会认为对该工厂的电力供应是正常的；电压的波形畸变往往是由于电力用户负载向电网注入大量谐波电流引起的；三相电压的不平衡往往与电力用户负载三相电流的不平衡有关；由于电力用户电气设备硬件老化、软件不成熟或者控制系统不可预知的错误动作，可能引起故障而使电能质量受到影响等等。
因此，在更广泛的意义上讲，电能质量还应包括电力用户对电能的使用质量，其本质是用户电
力负荷从电网汲取电流的质量。很多情况下，用户设备导致的电能质量问题，对配电设施、其它用户以及用户自身都造成了不良影响。对电能质量的评价与控制应包括电压和电流两个方面，也正因如此，国际国内关于电能质量限制标准几乎无一例外地包含对这两个方面的限制。现代电网与负荷构成的发展变化是工业生产不断发展的必然结果，有利于电力用户提高生产率并获得更大的经济效益。同时，采用高效电力负荷设备可大量节约能源、延缓用电需求，从而节省电力建设所需的大量投资。因此提高供电质量、满足生产发展的需求已经成为供用双方共同的愿望。深入分析和研究电能质量问题，探寻在一定条件下发生电能质量问题的因果关系，明确责任和义务，也是电力工业适应市场竞争和可持续发展所必需的。
2．5 关于电能质量的国家标准及评价准则
(1)关于电能质量的国家标准
目前我国关于电网电能质量的国家标准有以下5个：
GB／T 15945—1995 电能质量电力系统频率允许偏差
GB／T 12325—90 电能质量供电电压允许偏差
GB 12326--2000 电能质量电压允许波动和闪变
GB／T 15543—1 995 电能质量三相电压允许不平衡度
GB／T 14549—93电能质量公用电网谐波
(2)国家标准对电能质量的要求
以上国家标准将对电能质量各项指标限制要点归纳如下：
①供电频率允许偏差
电力系统正常频率偏差允许值为±0．2Hz。
当系统容量较小时偏差值可以放宽到±0．5Hz。
用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过±0．2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的安全、稳定运行以及正常供电。
②供电电压允许偏差
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10％。注：如供电电压上下偏差同号(均为正或负)时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的士7％。220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7％，-10％。对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。
③电压允许波动和闪变(见表1、表2)
④三相电压允许不平衡度
电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。电气设备额定工况的电压允许不平衡度和负序电流允许值仍由各自标准规定，例如旋转电机按GB755((旋转电机基本技术要求规定。接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1．3％，根据连接点的负荷状况，邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，可作适当变动，但必须满足
⑤谐波(见表3、表4)
(3)关于电能质量的评价准则
国家标准提供了电能质量评价的基本准则，但不是唯一的准则。国家标准主要是针对公用电网，强调的是公共连接点(CCP)的电能质量，主要是为供电方和用电方提供一个评价电能质量的共同准则。一方面对供电方在公共连接点提供的电压质量提出了要求，另一方面对用电方接人在公共连接点的用电线路电流质量进行了限定。在实际运行的系统中，由于具体情况的多变性，往往不能简单地套用国家标准的规定。例如旋转电机按GB755 旋转电机基本技术要求》规定”。再如关于电能质量的国家标准并没有对电力用户负载的功率因数提出要求，然而如果用户负载的功率因数较低或波动较大，可能会引起用户内部配电网和公共连接点的电压偏离或波动，同时过低的功率因数还会大量占用用户自身及公用电网的线路和电力设施容量，并导致线损增加、电能浪费，还可能招致供电部门的罚款。同时，公共连接点的电能质量并不能完全反映电力用户内部配电系统的电能质量。国家标准没有也很难对电力用户内部配电系统的电能质量做出规定或给出推荐值。电力用户对其内部配电系统的电能质量的评价准则，应当以电能质量是否满足系统内电力设备和用电设备正常运行的需求、是否会导致电能质量问题或问题的严重程度是否可以接受为主要依据确定。这在很大程度上决定于系统内的线路状况、设备的特性与额定值、设备对各种电能质量问题的敏感程度以及用户对系统和设备运行质量的要求等因素。另一方面，各种标准对电能质量的要求往往以给出对各种相关指标的明确限定值方式加以规定，这对于判定电能质量是否符合标准规定是方便的，但是对于评价电能质量问题所造成的影响而言是不确切的。由于各种电能质量指标的偏离所导致的问题一般是随
偏离程度的增加而渐变的，例如谐波电流所导致的附加损耗一般与谐波电流强度的平方成正比，因而在客观上并不存在一个允许与不允许的清晰界限。对于电力用户系统内的电能质量评价而言，通过实际检测，对各种电能质量问题的严重程度及其影响做出客观的评价，以确定是否需要采取治理措施，要比简单地划定一个合格与不合格的界限作为评价的标准更为合理。
3 电力谐波问题及其治理技术
理想的电力系统是以单一而固定的频率、规定固定幅值的电压，以及完整的正弦波形供应电能的，但是实际上这些条件没有一个能满足。电压和频率偏移问题以及如何使它们处于控制之下的方法，是常规的电力系统分析与控制的课题。波形畸变(即谐波)问题在电力系统中原来是不具体探讨的，但随着社会的发展和科技的进步，一方面谐波污染随着非线性负载的数量和容量日益增加而日趋严重，另一方面供电方及其电力系统设备、用户方及其用电设备对电能质量的要求越来越高，因此人们对这个问题也越来越重视。如何有效地治理谐波，将谐波控制在允许限值以下，是具有重要实意义的课题。
3．1 谐波问题研究概述
“谐波”这一名词起源于声学，在声学中谐波表示一根弦或一个空气柱以基波频率的倍数频率振动。电气信号也是如此，谐波被定义为一个信号，该信号的频率是实际系统频率(即电网额定频率)的整数倍。在国际电工标准(i]~c555-2)与国际大电网会议(CIGRE)的文献中定义：“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的h次分量”。IEEE标准519—1981中定义为：“谐波为一周期波或量的
正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。
早在18世纪和19世纪，几位数学家，特别是Fourier J．B．J．，为谐波计算奠定了基础。电力系统的波形畸变也并不是个新现象，从交流电的出现在21世纪的今天，如何将其限制在可以接受的范围内一直是电力工程师所关心的问题。在20世纪20年代和30年代的德国，研究者由静止变流器引起的波形畸变提出了电力系统谐波的概念。当时最有影响的是Rissik H．所著的((The Mercury Arc Current Converter))，另一篇有关静止变流器产生谐波的经典论文是Read J．C．在1945年发表的((The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics ，至今仍被研究者广泛引用。上世纪50年代和60年代在高压直流输电方面促进了变流器谐波的研究。在这一时期发表了大量的论文。Kimbark E．W．在其著作(Direct Current Transmission~中对此进行了总结，该书包括了电力系统谐波方面60篇以上的参考文献。上世纪70年代以后，国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，其中从1984年开始，每两年召开一次的电力系统谐波国际会议(ICHPS)，极大地推动了谐波领域的研究和交流。不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定，同时对谐波治理问题的研究也蓬勃发展起来。
我国对谐波问题的研究起步较晚。吴竞昌等l988年出版的《电力系统谐波》一书是我国有关谐波问题早期较有影响的著作。随后，许克明等也于l991年出版了《电力系统高次谐波》，张一中等1992年出版了《电力谐波》，夏道止等1994年出版了《高压直流输电系统的谐波分析及滤波》，林海雪等1998年出版了《电力网中的谐波》，这些著作都对人们认识和研究谐波做出了很大的贡献。此外，唐统一等和容健纲等分别于1991年和1994年独立翻译了Arrflaga J．等的《电力系统谐波》，也在国内有较大的影响。1998年，王兆安等出版的《谐波抑制和无功功率补偿》是国内迄今为止较为全面的介绍谐波分析和治理方法的著作，特别是其中关于有源滤波器的分析和阐述，被国内许多研究者广泛引用和参考。近些年来，国内期刊和有关会议上发表的谐波相关问题的研究论文也非常多，谐波问题已经成为研究热点。因此可以说，我国对谐波问题的研究起步于上世纪80年代，在90年代有了长足的发展，与国外研究水平的差距正在不断减小。
谐波问题的研究可以分为以下四个方面：
(1)与谐波有关的功率理论的研究；
(2)谐波标准的研究；
(3)谐波测量和分析；
(4)谐波治理。
当电网电压或电流中含有谐波时，如何定义各种功率是一个至今尚未得到圆满解决的问题。这是一个关系到电量计量、分析及控制的重要问题。如何使定义科学严谨，又能满足各种工程和管理的需要，还有许多问题需要研究。传统的平均功率理论在系统存在谐波时是不完全适用的，容易造成诸如电能计量偏差等问题。针对有源滤波器APF而提出的瞬时无功功率理论，目前是解决谐波相关问题使用得最为广泛的功率理论，当然该理论也并不是放之天下皆准的，也存在一定问题。近年来，这方面的工作主要集中在将传统功率理论与瞬时无功功率理论进行统一，这是一条研究问题的较好的途径。
为了保证电网和用电设备安全、经济、稳定的运行，目前许多国家、国际组织以及一些大电力公司都制定了相应的谐波标准，其中较有影响的是IEEE519 1992和IEC555—2。我国水利电力部早在1984年就颁发了电力系统谐波管理暂行规定 (SD126—84)，到1 994年，国家标准GB／T14549-93 电能质量公用电网谐波正式颁布。
虽然各个谐波标准不尽相同，但都是大同小异，且所有标准都基于以下三个目的：
(1)将电力系统电流和电压波形的畸变控制到
系统及其所接设备能够允许的水平；
(2)以符合用户需要的电压波形向用户供电；
(3)不干扰其它系统(如通讯系统)的正常工作。
谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。利用谐波测量装置来监视和测量电网的谐波干扰状况，已是保证电网安全运行必不可少的措施。为此，世界各国都生产、研制和改进了一系列的谐波测量设备，如失真度计、谐波电压表和谐波电流表、谐波功率流向计、波形分析仪、频谱分析仪以及磁带记录仪等，近年来由于数字技术的发展，基于软件算法和微处理器的谐波分析仪开始采用。
由于谐波具有固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，难以对谐波进行准确测量，为此许多学者对谐波分析问题进行了广泛研究。谐波分析算法中使用最为广泛的是快速傅立叶变换(FFT)方法及其改进算法，基于自适应理论、基于小波(Wavelet)变换和基于神经网络的方法近年来也受到了较大关注，但是在有源滤波器中应用最为普遍的是基于瞬时无功功率理论的谐波测量方法，而且该理论也可以分离出各次谐波用于谐波分析。近几年来，国内外有关谐波问题的研究论文和成果大量涌现，该领域的研究呈现出欣欣向荣的景象，足见人们对谐波问题的重视程度和渴望治理谐波的迫切要求。
3．2 谐波治理的措施
谐波治理的措施主要有三种：一是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力；二是主动治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波；三是被动治理，即外加滤波器，阻碍谐波源产生的谐波注入电网，或者阻碍电力系统的谐波流人负载端。
受端治理的措施主要有以下几种：
(1)选择合理的供电方式。将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电网供电，可以减小谐波对系统和其它用电设备的影响，这必须在电网规划和设计阶段考虑。
(2)避免电容器对谐波的放大。改变电容器的串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限定电容器组的投入容量，可以有效地减小电容器对谐波的放大并保证电容器组的安全运行。
(3)提高设备抗谐波干扰能力。改进设备性能，使其在谐波环境中能够正常工作，当然这是有一定限度的，谐波较大时用电设备仍将受到严重影响。
(4)改善谐波保护性能。对谐波敏感设备采用灵敏的谐波保护装置，这能够保证在谐波超标情
况下，设备不致于损坏，但不能保障设备的正常工作。
主动治理谐波的措施主要有以下几种：
(1)增加变流装置的相数或脉冲数。改造变流装置或利用相互问有一定移相角的换流变压器，可有效减小谐波含量，其中包括多脉波整流和准多脉波整流技术，但是装置更加复杂。
(2)改变谐波源的配置或工作方式。具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限制会大量产生谐波的工作方式。
(3)采用多重化技术。将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加，以消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。
(4)谐波叠加注入。利用三次倍数的谐波和外部的三次倍数的谐波源，把谐波电流加到产生的矩形波形上，可用于降低给定的运行点处的某些谐波。缺点是必须保证三次倍数的谐波源与系统的同步，且谐波发生器的功率消耗常常高达整流器直流功率的10％。
(5)采用PWM技术。采用脉宽调制PWM技术，使变流器产生的谐波频率较高、幅值较小，波形接近正弦波。这种方法只适用于自关断器件构成的变流器。
(6)设计或采用高功率因数变流器。比如采用矩阵式变频器、四象限变流器等，可以使变流器产生的谐波非常少，且功率因数可控制为1。
被动治理谐波的措施主要有以下几种：
(1)采用无源滤波器PF(Passive Filter)。在谐波源附近或公用电网节点装设单调谐及高通滤波器，可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿，运行维护也简单。
(2)采用有源滤波器APF(Active Power Filter)。在谐波源附近和公用电网节点装设并联型或串联型APF，可以有效地起到补偿或隔离谐波的作用，并联型还可以进行无功功率补偿，但装置造价较高。
(3)采用混合型有源滤波器HAPF(Hybrid Active Power Filter)。HAPF兼具PF成本低廉和APF 性能优越的优点，属于APF的分支和发展。HAPF的种类很多，大致可分为与PF的混合、与其它变流器的混合等两类。
在被动治理谐波的措施中，无源滤波器本质上是频域处理方法，也就是将非正弦周期电流分解成傅立叶级数，对某些谐波进行吸收以达到治理的目的。有源滤波器则是在时域中对非正弦周期电流进行分解后，再进行适当的电流补偿，从而改善系统的电流波形。
PF是目前使用最为广泛的谐波治理措施，它利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。PF成本低、技术成熟，还可以补偿无功功率，但存在以下不足：
(1)只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器只能消除特定次
数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率以上的谐波。
(2)滤波器参数影响滤波性能。由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果。LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。
(3)对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好。当滤波器投入运行之后，如果谐波的次数和大小发生了变化，便会影响滤波效果。并且需要根据高次谐波次数的多少设置多个LC滤波电路。
(4)滤波特性依赖于电网参数。电网的阻抗和谐波频率随着电力系统的运行工况随时改变，对谐波电流的滤除效果受电力系统阻抗的影响较大。
(5)PF可能与系统阻抗发生串联或并联谐振，从而使装置无法运行，使该次谐波分量放大，使电网供电质量下降。
(6)随着电源侧谐波源的增加，可能会引起滤波器的过载，电网中的某次谐波电压可能在LC网
络中产生很大的谐波电流。
(7)同一系统内，在装有很多滤波器的情况下，欲取得高次谐波流入的平衡是很困难的。
(8)电容器组无功功率补偿能力与公共连接点电压的平方成正比关系，补偿效果并不理想。
(9)消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。
与传统的PF一样，APF(包括HAPF)也是给谐波电流或谐波电压提供一个在谐振频率处等效导纳为无穷大的并联网络或等效阻抗为无穷大的串联网络，但是一台APF理论上可以拥有无穷多个谐振频率。与PFSH比，APF具有以下一些优点：
(1)滤波性能不受系统阻抗的影响。
(2)不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果。
(3)原理上比PF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。
(4)实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。
(5)由于装置本身能完成输出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。
(6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负
序进行补偿。
(7)谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。
(8)可以对多个谐波源进行集中治理。
《电网电能质量控制》 A 1. 电能质量的基本要求是什么？ 解答：为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下基本特性： （1）以单一恒定的电网标称频（50Hz 或60Hz ，我国采用50Hz ）、规定的若干电压等级（如配电系统一般为110kV ,35kV ,10kV ,380V/220V ）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。 （2）始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。 （3）电能的供应充足，即向电力用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。 2. 简述长时间电压波动的内容及其特征 解答：长时间电压变动是指，在工频条件下电压均方根值偏离额定值，并且持续时间超过1min 的电压变动现象。 长时间电压变动可能时过电压也可能欠电压。 过电压 欠电压 持续中断 3. 什么是对称分量变换(120变换)？ 它适合哪种分析场合？ 120变换又称对称分量变换，它是一种把三相电流相量用正序、负序和零序对称分量来表示的变换。其变换公式为 (2-59) 式中， 互为共轭。 ???? ????????????=??????c b a 22211131i i i a a a a i i ,2321 ,232132232j e a j e a j j --==+-==-ππ
应用场合：是一种计算电力系统不平衡情况的工具，也可用于N相系统。 4. 改善电压偏差的措施有哪些？ 解答：（一）配置充足的无功功率电源 （二）系统调压手段 （1）电压偏差的调整方式：逆调压、顺调压、恒调压 （2）电压偏差的调整手段：用发电机调压、改变变压器变比调压、改变线路参数调压。 5. 什么是电力系统频率的一次调整和二次调整？ 解答：频率的一次调整是指利用发电机组的调速器，对于变动幅度小、变动周期短的频率偏差所做的调整。 频率的一次调整是指利用发电机组的调频器对于变动幅度大、变动周期长的频率偏差所做的调整。 6. 电压波动与闪变有哪些危害？ 1引起车间，工作室和生活居室等场所的照明灯光闪烁，使人的视觉易于疲劳甚至难以忍受而产生烦躁情绪，从而降低了工作效率和生活质量。 2 使得电视机画面亮度频繁变化以及垂直水平幅度摇晃。 3造成对直接与交流电源相连的电动机的转速不稳定，时而加速时而制动，由此可能影响产品质量，严重时危及设备本身安全运行。例如，对于造纸业，丝织业和精加工机床制品等行业，如果在生产运行时发生电压波动甚至会使产品报废等。 4对电压波动较为敏感的工艺过程或实验结果产生不良影响。例如使光电比色仪工作不正常，使化验结果出差错。5导致电子仪器和设备，计算机系统，自动控制生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受到损害。 5导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电力换流器换向失败等。 顺便指出，波动性负荷除了会产生以上总结的闪变危害之外，由于自身的工作特点所决定，还会产生大量的谐波，并且由于其三相严重不对称带来的的
供电局电能质量实时监测系统 技术方案 南京华瑞杰科技有限公司 二OO九年四月
目录 第一部分前言 (1) 第二部分主站系统技术规范 (2) 1、系统设计目标 (2) 3、系统平台设计 (4) 3.1、系统总体设计思想 (4) 3.2、系统总体设计原则 (5) 3.3、系统逻辑结构 (6) 3.4、系统硬件拓扑结构 (7) 3.5、系统软件平台 (8) 4、系统功能组成 (8) 4.1、维护工作站子系统 (9) 4.2、前置采集子系统 (9) 4.3、数据处理子系统 (9) 4.4、数据分析应用子系统 (9) 4.5、报表管理功能 (12) 4.6、二次安防子系统 (12) 4.7、W EB浏览 (13) 4.8、PQDIF接口 (13) 第三部分装置技术规范 (14) 3、监测装置的功能 (16) 3.1监测功能 (16) 3.2显示功能 (17) 3.3通讯接口 (17) 3.4设置功能 (18) 3.5统计功能 (18) 3.6记录存储功能 (18) 3.7触发功能 (19) 3.8对时功能 (19) 3.9 报警功能 (19) 4、监测装置性能及技术指标 (19)
4.1电能质量数据处理 (19) 4.1.2分析数据 (19) 4.1.3统计数据 (20) 4.1.4日报数据 (20) 4.1.5事件数据 (20) 4.1.6允许误差限 (20) 4.2电气性能要求 (21) 4.2.1电源电压 (21) 4.2.2电压信号输入回路 (21) 4.2.3电流信号输入回路 (21) 4.2.4功率消耗 (21) 4.2.5停电数据保持 (21) 4.2.6气候环境条件 (21) 4.2.7可靠性 (22) 4.3结构、机械性能 (22) 4.3.1结构 (22) 4.3.2机械性能 (22) 4.4电磁兼容性 (22) 4.5绝缘耐压性能 (23) 5、功能表 (24) 附件：HRJ704终端物理结构及面板定义 (25) HRJ703终端物理结构及面板定义 (30)
Q/CSG 中国南方电网有限责任公司企业标准 南方电网电能质量监测系统 验收技术规范 Q/CSG110004-2011 ICS 备案号: 目录 前言 (2) 1 范围 (3) 2 规范性引用文件 (3) 3 术语和定义 (3) 4 总则 (4) 5 工厂验收 (5) 6 现场验收 (8) 7 实用化验收 .............................................................. 10 附录 A 验收流程 ........................................................... 12 附录 B 验收文
档 ........................................................... 16 附录 C 工厂验收测试原始记录表 格 (80) 前言 为使中国南方电网有限责任公司电能质量监测系统验收工作具有专业性、规范性和可操作性,特制定本规范。 本规范由中国南方电网有限责任公司技术标准工作领导小组批准。 本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口并解释。 本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人: 主编单位:中国南方电网有限责任公司生产技术部 参编单位:广东电网公司生产技术部 广东电网公司深圳供电局 广东电网公司电力科学研究院 深圳领步科技公司 主要起草人:马健皇甫学真黄荣辉邱野梁洪浩刘文山钟聪曾强江健武赵继光李锐马明杨盛辉王海峰主要审查人:曾江韩民晓肖遥梅桂华刘军成董旭柱刘路彭波黄滔辛阔况华吴永华 1范围 本标准规定了电能质量监测系统工厂验收、现场验收及实用化验收的验收职责、验收组织与验收标准等内容。 本规范适用于中国南方电网有限责任公司(以下简称南方电网公司所辖交流 50Hz 电网范围内电能质量监测系统的验收工作。
智能电网 智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，来实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 智能电网概念的发展有3个里程碑： 第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图，是IBM一个市场推广策略。 第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。 可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。 第三个是中国能源专家武建东提出的“互动电网。互动电网，英文为Interactive Smart Grid，它将智能电网的含义涵盖其中。互动电网定义为：在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。 互动电网还可以通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、智能家电控制和电池集成充电等的多用途开发，实现用户富裕电能的回售；可以整合系统中的数据，完善中央电力体系的集成作用，实现有效的临界负荷保护，实现各种电源和客户终端与电网的无缝互连，由此可以优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。 互动电网既是下一代全球电网的基本模式，也是中国电网现代化的核心 实际上，互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲，互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成，也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成，对于推动新技术革命具有直接的综合效果。由此，智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。可以认为，互动电网学说的本质就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产—电网体系得革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动。
电网电能质量控制B一、单选题 1.将参考坐标由旋转电机的定子侧转移到转子侧的坐标变换为（B）。 A.αβ变换 B.dq变换 C.傅里叶变换 D.小波变换 2.电能质量的基本要素是：电压合格、频率合格和（C） A.周期合格 B.电流合格 C.连续供电 D.三项平衡 3.电压波动与闪变的关系，以下叙述正确的是（B）。 A.电压波动是由闪变引起的，是一种电磁现象 B.闪变是电压波动的结果，是人对照度波动的主观视感反应 C.两者表述的意思相同 D.两者没有关系 4.单调谐滤波器有（A）种谐振频率。 A.一 B.两 C.三 D.四 5.电压暂降已经成为现代电力用户所面临的最重要的（A）干扰问题之一。 A.电能质量 B.用电质量 C.电压 D.电磁 6.长时间电压变动不包括（A）。 A.电压凹陷 B.过电压 C.欠电压 D.持续中断 7.具有故障自动恢复装置的断电为（A）。 A.短时间中断 B.长时间中断 C.电压中断 D.电流中断 8.GB/T15543-2008规定，电力系统公共连接点的正常电压不平衡度允许值为（C）。 A.4% B.3% C.2% D.1% 9.关于电能质量评估的复杂性的描述，错误的是（D）。 A.多个质量指标共同作用于一个系统，组合太多 B.电网节点多，电能质量问题具有传播性 C.不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同 D.电能质量测量仪表精度不够 10.根据IEEE定义电压电压暂降的电压下降幅度为标准电压的（A）。 A.90%-10% B.90%-1% C.85%-10% D.80%-1% 11.低压380V配电系统中电压谐波畸变率的允许值为（A）。 A.5% B.10% C.3% D.7% 12.在实际电力系统中，正序性谐波都有哪些（C）。
电能质量在线监测系统的设计和实现 孙毅,唐良瑞,龚钢军 (华北电力大学信息工程系,北京102206) 摘要:随着社会的发展,电能质量问题越来越受到社会的关注,其取决于发电、输电、供电和用电方,关系到各方的利益,电能质量在线监测的网络化是一种必然趋势。该文给出一种电能质量在线监测系统的设计实现方案,使得电力部门可以及时、详细、精确地掌握电力系统电网的电能质量状况,正确、合理地评估电网的电能质量水平。 关键词:电能质量; 虚拟仪器; 在线监测 中图分类号:T M764 文献标识码:A 文章编号:100324897(2004)1720060204 0 引言 随着社会的快速发展,电能的使用面临着一种新的问题:一方面是电能需求量在不断增加;另一方面是社会对电能质量的要求也越来越高,要求在电能使用中实现质和量的统一。电能质量的问题,取决于发电、输电、供电和用电方,要保证电力系统电网的电能质量,必须由电力部门和接入电网的广大电力用户来共同维护,因此为了切实维护电力部门和用户的合法利益,保证电网的安全运行,净化电气环境,必须加强对电力系统电网电能质量的监测和管理。 目前,电能质量的监测方式主要有三种:设备入网前的专门检测、设备使用中的定期或不定期检测和在线监测。由于电能质量问题的特殊性,前两种监测方式的监测数据不能全面和准确地反映出电力系统电网的电能质量信息,因此电能质量监测应该采用在线监测。电能质量在线监测技术是严格按照《电能质量供电电压允许偏差》、 《电能质量公用电网谐波》、 《电能质量电压波动和闪变》、 《电能质量三相允许不平衡度》、 《电能质量电力系统频率偏差》和《电能质量暂时过电压和瞬时过电压》等六项电能质量国家标准,通过利用电能质量在线监测设备对电力系统电网进行在线监测,从而连续收集、记录和存储电力系统电网的频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、谐波、三相不平衡等稳态信息,以及电压跌落、电压骤升和电压中断等暂态信息。 随着对电能质量问题的日益重视,电力部门希望通过在电力系统电网中的各等级变电站和特殊点安装专门的电能质量在线监测装置,并且组建电能质量在线监测系统,力求实时、精确地测量电力系统电网的电能质量 ,分析电能质量问题产生的原因,及时采取技术措施来改善电力系统电网的电能质量。为了适应电力部门的需求,本文给出一种电能质量在线监测系统的设计和实现方案,以供参考。 1 基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统 1.1 系统简介 本电能质量在线监测系统为分层分布式系统,以计算机技术、虚拟仪器技术和网络通信技术为依托,通过将电网中的各监测站点连成整体,实现了电能质量在线监测的网络化。电能质量在线监测系统提供给电力部门大量实时、精确的电能质量数据信息,为电力部门的安全生产提供了保证[1]。由于目前大量变电站已经接入本地局域网,而且通过局域网通信可以保证数据传输的实时性、可靠性,本系统利用现有的局域网来组建电能质量在线监测系统,当然,也可选用串口或调制解调器的方式组建监测系统。 电能质量在线监测系统由数据监测子系统、通信子系统、服务器子系统三部分构成。系统结构如图1所示。 图1 电能质量在线监测系统 Fig.1 On2line m onitoring system of power quality 06第32卷 第17期 2004年9月1日 继电器 RE LAY V ol.32N o.17 Sep.1,2004
电能质量检测分析监控新技术 来源：中国论文下载中心 摘要：随着科技的进步，现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变成引起电压波动和闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰或“污染”[1]。电网中正面对越来越多的电能质量问题，这使得电能质量的研究十分紧迫。电能质量检测是获得电能相关数据的最直接手段，也是电能质量其他后续高级应用研究的前端。 关键词：电能质量检测神经网络 1 电能质量研究中新技术的应用背景 随着科技的进步，现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变成引起电压波动和闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰或“污染”[1]。电网中正面对越来越多的电能质量问题，这使得电能质量的研究十分紧迫。 另一方面，电能质量正逐步受到供电企业和电力用户的共同关注。进入20世纪90年代以来、随着半导体、计算机技术的迅速发展，一批高新技术企业应运而生，出现大量的微机控制装置和生产线.对电能质量提出了新的要求；而电力市场的发展，使供电企业进一步认识到：用户的需要也是自身的需要。在这样的背景下，因电能质量不良而使用户设备停机或出次品的情况.仍应看作电能质量不合格。当然，电能质量不良有多种情况，用户对电能质量的敏感程度也各不相同。一船来说，供电企业可对不同的电能质量划分等级、分别定价、用户可以自由选择。但由于我国目前还未能实现优质优价。因此，进一步改善电能质量的工作基本上要求在用户侧解决。随着各种用电设备对电能质量敏感度的变化，电能质量的范围进一步扩大.分类更细要求更高[2]。在新的电力市场环境下，电能质量已成为电能这种商品的消费特性，很大程度上体现了供电部门服务品质。所以有关部门正在加大对电能质量的监管和治理。 这些背景下，电能质量的研究迫切需要一些新技术来推动，通过这些新技术的应用，从而使电能质量从检测、分析和监控等方面得到提高，从而有利发现问题和规律、改善供电质量和服务。 2 电能质量检测中的新技术 电能质量检测是获得电能相关数据的最直接手段，也是电能质量其他后续高级应用研究的前端。 2.1 当前电能质量检测的情况 对电能质量进行监测是获得电能质量信息的直接途径，虽然这方面的检测仪器已不少，但大多数只局限于持续性和稳定性指标的检测，而传统的基于有效值理论的检测技术由于时间窗太长，仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题，因此需发展满足以下要求的新检测技术[3]：①能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形。因为许多瞬间扰动很难用个别参量(如有效值)来完整描述，同时随机性强，因此需要采用多种判据来启动量和装置，如幅值、波形畸变、幅值上升率等。②需要测量各次谐波以及间谐波的幅值、相位，需要有足够高的
技术规范
一、前言 1、本招标文件提供的要求是最低限度的技术要求，所使用的标准和规范如与卖方所执行的标准发生矛盾时，按较高标准执行。 2、卖方所提供“大中型光伏电站移动检测平台电能质量监测装置”及内部元器件应符合国家相关标准及安全规范，卖方所提供的所有产品及技术文件除非在技术规格中另做规定外，均应使用相应的国际标准化组织标准/或其它先进国际标准。 3、如果卖方没有以书面形式对本技术规范书的条文提出异议，则意味着卖方提供的设备完全符合本规范书的要求。如有异议，应在投标文件中以“对技术规范书的意见同规范书的差异”为标题的专门章节加以详细描述，并按附录A的格式填写。 二、项目介绍 本装置应用于大中型光伏电站移动检测平台，满足大中型光伏电站现场检测的要求，可安装在光伏电站各监测点，组成区域电能质量监控网络，实时采集、监测、分析、输出监测点的所有电能质量参数，并以此为依据分析被测光伏电站电能质量是否达标。检测平台的原理框图如下： 图1大中型光伏电站移动检测平台电气框图 此招标设备为电能质量监测装置及电能质量监测系统软件。 三、供货的相关要求 1、供货范围：电能质量监测装置6台、电能质量监测系统软件一套，并包括相应辅助设备，由电能质量监测装置厂家负责调试后，整体交付。
2、要求卖方准时发货，货物在2010年月日前发到买方单位（南京市浦口高新技术开发区创业路1号），在买方单位检验合格后，买方出具验收报告。 3、要求供货商在提交投标文件时，提供设备的安装和电气接线图纸，并加以详细说明，以便买方单位进行装置的电气、配线设计工作。 4、要求设备满足长时间连续工作的检测要求。 5、设备的所有部件应是全新的、高质量的、没有缺陷的、并具有合理的设计和制造。使用的材料应是适用的、长寿命、高可靠性、低损耗、少磨损和易调整的。 四、电能质量监测装置的要求 4.1技术要求 1）采样率：每周波512点及以上； 2）数据存储深度能够达到一个月以上，无记录事件被遗忘； 3）数据通信协议公开，在线实时监测数据满足刷新要求；离线存储数据带时间戳,存储格式开放，支持按时间段和数据类型的快速查询和提取 4）支持GPS同步对时功能，典型同步精度为0.1ms； 5）仪器回路数可以灵活配置，单台仪器能够提供对多个回路（每路至少包括3相电压和3相电流）的监测。 4.2主要功能 1）参数测量功能：在线实时监测被测光伏电站的电能质量参数，包括：电压、电流、功率、电量、频率、电压暂降、骤升、中断、闪变、浪涌、三相不对称、谐波THD、TDD、直流分量等。 2）数据与波形处理功能：具备16/20* bit的实时波形和故障录波功能，时间标精度为0.001ms；能够将各监测点的数据，根据选定的时间段或测试数据筛选条件进行进一步分析处理。 3) 图形输出功能：能够输出功率变化曲线、电网频率变化曲线、基波电压/基波电流长期变化曲线、电压/电流总畸变率长期变化曲线、电压/电流各次谐波长期变化曲线、长期/短期闪变值变化曲线、指标越界波形曲线、频谱曲线等。 4）报表输出功能：能够对历史数据调用分析，并对各监测点的电能质量数值分别产生分钟-小时-日以及自定义时间段报表；能够产生越界参数分析结果报表，并最终生成综合电能质量报告和数据分析文档。 5）通讯功能：装置必须具备与车载集控系统通讯的功能；通讯方式包括RS232/485、Ethernet；通讯协议公开，能够接收来自车载集控系统的指令并反馈信息。
议智能电网与电能质量的关系 摘要：随着社会的进步、科学技术的发展，人们对电能的需求日益攀升，对电能质量标准越来越高、要求更加的严格。因此，在对电能质量的不断深入研究中，人们期望能够改善电能质量的必要影响因素如谐波、电压偏差等，以此来抓住新科技发展的良好机遇并解决我们生活中每日剧增的新挑战如能源压力、数字化社会、高压电能的需求。于此，智能电网的出现与发展对传统电网形式暴露的诸多问题给人们提供了更好的解决方向。它也是今后电网的发展趋势。 关键字：电能质量；影响因素；智能电网； 引言 众所周知，电能是一种经济实用、清洁环保、便于能量传输与转换的能源形式。它几乎成为了每一个行业生存发展的必要能源，因此电能的质量对于企业的生存发展有着关键性的作用。而近年来，在社会的快速前进，经济、科技的迅猛发展的大环境下，与我们的生活息息相关的、不可或缺的电力系统正面临着越来越多的挑战，其中包括全球暖化、能源压力和生态文明意识的提升，以及数字化社会对供电可靠性和电能质量的严格要求等。所以，现代电网不能再固步自封，必须与时俱进，重视并且要解决因社会发展带来的各类电能质量问题，满足现代社会对电能质量新的、高标准的需求。为此，在北美和欧洲已经形成了强大的研究群体在开展“智能电网”的研究和实践。在中国，智能电网虽然仍旧方兴未艾，但鉴于它对电能质量问题的改善与解决有着重要作用，所以它必然是今后的发展趋势。 一、电能质量的概念 从广义上讲，电能质量就是指优质供电，给予企业等稳定、良好的电能供应。但目前，对电能质量的定义仍旧没有一个相对统一的衡量标准。世界各国都有着不完全相同的界定。从不同的角度对电能质量也会有不同的理解，比如在供电角度看，电能质量是指供电的参数符合标准及供电的可靠性；从用户角度看，电能质量问题是指一切会引起用电设备运行故障的供电电压、电流及频率的异常扰动。通常电能质量可用电网谐波、电压波动和闪变、电压暂将与中断、电磁暂态、波形失真、三相不平衡度等指标来表示。IEC 标准对电能质量的定义为:电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性。最严重的电能质量问题是电压跌落和电压完全中断。根据美国电气与电子工程师协会（IEEE）标准化协调委员会的技术定义, 电能质量问题表现为电压电流或频率的偏差和造成用户设备的故障或错误动作的任何电力问题。 二、电能质量的影响因素 电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量。人们通过研究把对电能质量这个抽象的概念通过一些评价指标如谐波、三相不平衡度等将其具体化。对电能质量的影响因素研究就需要研究影响这些评价指标波动的因素。从技术上讲，影响电能质量的因素主要包括四个方面：
江苏电网电能质量分析与改进对策 刘成民 摘要：本文总结了近年来江苏电网及系统中大容量非线性用户的谐波等电能质量问题的现状，就包括频率在内的的各电能质量问题进行了分析，并对新形势下的电能质量问题，提出防止对策。为江苏电网进一步提高电能质量提供了技术支撑。 关键词:电网, 电能质量, 对策 Power Quality Analysis And Improved Strategy for Jiangsu Power Network Abstract The present condition of power quality problems such as harmonic of nonlinear customer of large capacity in Jiangsu power network and system is concluded. Different power quality problems in Jiangsu Power Network are analyzed. According to new positions of power quality problems, some protection and strategy are presented, which provide technique support for increasing power quality in Jiangsu power network. Keywords power network，power quality，strategy 1现代电能质量概念 我国现有的电能质量方面的标准包括以下五个方面： （1）电力系统频率允许偏差；（2）供电电压允许偏差；（3）电压允许波动和闪变；（4）三相电压允许不平衡度；（5）公用电网谐波。 目前国内电能质量方面的工作主要集中在电压(幅值)、频率和谐波方面，而随着国民经济的发展和技术的进步，一方面电网中各种非线性负荷及用户不断增长，增加了影响电能质量的不利来源；另一方面各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备使用也越来越多，对电能质量的要求更高，这两个方面的矛盾日益突出。为了确保有效控制电能质量，现实中不仅包括以上五个方面，更增添了新的内容：如电压凹陷、电压中断、电压瞬变、过电压、欠电压、间谐波等。从苏州、南京等地一批IT高新技术企业向供电公司提出供电电能质量和供电可靠性的要求，就鲜明的反映了电能质量的现实发展趋势。[1][2] 2江苏电网电能质量现状 2.1频率指标 2001年华东电网全网频率质量有所下降，江苏电网分摊的频率超出50±0.2HZ不合格时间为567.59秒，比2000年的267.7秒多299.89秒，合格率由2000年的99.999%下降到99.998%。不合格时间主要出现在6、7两个月，占全年不合格时间的68.2%。频率超出50±0.1HZ不合格时间为123337.05秒，比2000年的99203.06秒多24133.99秒，合格率由2000年的99.686%下降到99.608%。 2.2电压偏差指标 2001年江苏220千伏主网电压监控点2:00和9:00平均电压分别为230千伏和228千伏, 比2000年2:00和9:00平均电压230.8千伏和227.4千伏分别下降了0.8千伏和上升了0.6千伏。2001年全省220千伏电压监控点电压合格率为99.49%, 比2000年的99.4%上升0.09个百分点。 2.3电网谐波情况 （1）江苏500kV系统谐波数据
电网电能质量监测系统的设计与实现 发表时间：2018-06-19T10:45:57.313Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：李娟 [导读] 摘要：对于当前电网电能质量监测出现的问题,设计了一种针对DSP和ARM以及ZigBee无线传感网络技术的电网电能质量的监测系统,并且对当前系统架构进行了建立,硬件方案以及软件设计。 （国网清徐县供电公司山西太原 030400） 摘要：对于当前电网电能质量监测出现的问题,设计了一种针对DSP和ARM以及ZigBee无线传感网络技术的电网电能质量的监测系统,并且对当前系统架构进行了建立,硬件方案以及软件设计。 关键词：DSP ZigBee 电能监测 伴随着工农业生产的飞速发展,多种非线性的负荷和非对称性以及冲击性用电设备得到了多方面的使用,这种情况出现了很多的谐波干扰,严重的对于电网电能自身的质量受到了严重的影响。所以,实时有效的去对电网自身的电能质量给予监测,其对于确保电力系统自身的安全和稳定运行有着一定的意义。当前的电网电能质量监测系统都是使用有线形式去对监测数据进行传输,其使得在一些比较特殊的环境条件下去进行布线产生了极大的困难, 并不容易进行需要的维护。对于上述产生的问题, 设计了将DSP和ARM与ZigBee无线传感网络技术作为基础的一种电网电能质量的监测系统,其能够对电网电能自身质量其智能的在线监测给予有效的实现。 1 系统架构 1.1 ZigBee技术 ZigBee技术可以说属于一种近距离和较低复杂度，还有低数据速率以及低功耗和低成本的一种双向的无线通信技术,其主要是使用IEEE802.15.4无线标准的新一代无线传感器的网络系统。ZigBee网络自身有着自动的组网和自动路由以及自愈的功能,其自身能够在工作在2.4GHz的免执照的频段,使用调频以及扩频技术有着时延短和节点容量比较大的优点。并且2.4GHz无线信号其自身在强磁场和高电压环境里的传播有着较强的性能,数据的传输能力非常强大的,自身有着较高的可靠性,可以说其实对电网电能质量无线组网监测给予实现的一种有效的处置方案。 1.2 系统原理 通过电压和电流传感器构成的电压电流的检测电路,把被检测的高电压和大电流信号去转变为适宜的A/D变换的小信号,其自身景观滤波之后将其送到A/D转换器完成模数的转换。DSP数字信号处置器去对A/D转换结果进行读取并同时去对有关电能的质量参数进行有效的分析，完成运算以及处理,处理的具体结果使用ZigBee无线传感网络去将其传送到ARM的控制模块中,使其能够完成对数据进行的处理存储以及显示,使得电能质量参数能够实时的被监测到。电网其自身的电能质量监测系统架构示意图。 图1 电网电能质量监测系统架构示意图 2 硬件设计 2.1 信号采集处理模块 信号采集的处理模块主要是通过电压电流去对电路和滤波电路以及A/D转换器电路与DSP数字信号处理器以及外围电路共同构成的。 SP数字信号处理器采用TI的TMS320F2812芯片，这是一款高性能，低功耗，32位定点数字信号处理器。最高150MHz的工作频率为在短时间内实时控制和完成复杂算法提供了充足的条件。高性能的32位CPU包括16×16位和32×32位乘法累加器操作。，16×16位双乘累加器，可完成64位数据处理，高精度处理任务。具有丰富的硬件资源，片上Flash，ROM，RAM，定时器，多用途通用输入输出接口GPIO和仿真接口JTAG。支持TI的eX-pressDSPTM实时开发技术，TMS320DSP算法标准和CCS集成开发环境，为软件开发提供便利的环境。凭借其强大的数据处理能力，算法优化可以提高测量精度，并且使用外设接口资源可以有效降低电路的复杂性。 电压电流检测电路采用南京奇华公司生产的VSM025A电压传感器和CS040G电流传感器。传感器产生的噪声干扰由一个二阶巴特沃斯低通滤波器进行滤波。 A / D转换器选用TI高性能模数转换器ADS8364，具有6通道同步采样的16位高速并行接口，具有2.5V基准电压，低功耗和高采样率。 ADS8364的6个通道用于采样三相交流电压和电流。 ADS8364的数据端口D0-15和EOC分别连接到DSP的数据端口D0-15和外部中断INT1。 ADS8364的时钟信号由DSP控制。 DSP响应ARM控制模块的指令，控制ADS8364执行A / D转换，读取转换数据，执行快速傅里叶变换（FFT）和相关的电能质量参数计算，实现电压和电流信号的采集和处理。 2.2 ZigBee无线收发器模块 ZigBee无线收发器得模块主要使用的是ZigBee芯片CC2530和CC2530其属于TI公司支持ZigBee协议的一种系统芯片,集微处理器以及无线收发器是融合在一体的,可以说其属于业界标准非常标准的一种增强型的8051MCU内核还有与IEEE802.15.4规范相一致的2.4GHz的无线收发器。其中还包含了定时器以及可选32/64/128/256KB的Flash存储单元,并且还对于串行通信的接口以及UART接口还有21个可编程I/O引脚给予了丰富,并对于硬件资源简化了电路设计给予了丰富,CC2530和DSP主要是通过其自身的不同的串口去完成所需要的数据传输。无线收发器电路主要使用的是CC2530数据手册里所提供的一种比较典型的应用电路,天线主要是选择PCB天线[2]。 2.3 ARM控制模块 ARM控制模块主要是通过键盘和LCD显示，以及存储器还有ARM芯片以及外围的电路共同的构成。其自身应该进行实现的功能主要有:使用ZigBee网络使其能够对DSP发送控制的指令,接收并且对DSP中进行传送的数据给予保存,同时还需要对于其自身接收到的电能质量的相关参数还有电能参数给予有效的显示。 系统使用三星公司进行生产的ARM9系列的S3C2440处置器芯片,S3C2440主要使用的是16/32位RISC的处理器,其自身主要有外部的存储器与控制器和LCD控制器，以及USB的控制器，还有SD接口，以及4通道DMA与3通道UART、2通道SPI和24个外部中断源以及超过130个
配电网电能质量实时监测与管理系统及治理措施研究 发表时间：2017-09-22T15:18:34.050Z 来源：《电力设备》2017年第13期作者：邸峰 [导读] 摘要：当前，提升配电网电能质量已经是配电网的运行目标之一，而目前的运行质量还存在一些问题 （国网河北省电力公司唐县供电分公司） 摘要：当前，提升配电网电能质量已经是配电网的运行目标之一，而目前的运行质量还存在一些问题，所以，我们有必要对配电网电能质量进行实时监测，并从管理系统的应用出发，依靠系统来进行有效的监测和治理。本文思考了配电网电能质量的实时监测方案，并思考了管理系统应用方法和治理措施。 关键词：配电网；电能质量；监测；管理；治理 前言 配电网电能质量是很多学者、专家关注和研究的课题，将配电网电能质量放入到研究的视野之中，可以为我们带来更好的借鉴和参考，也有利于我们今后更好的管理配电网。 1、电能质量监测在国内外的发展现状 目前，我国已经逐步开展配电台区监测，作为配电的基础工作，但是受到个别原因的影响，像有些地方，其测试设备过于老化、陈旧，严重影响可用率，实用性较差，无法完成预期设定的效果。以多功能电度表为主的测量装置，在监测电压质量水平时采用了电压表测量；利用便携式测试仪器来测量谐波、电压波动及闪变，对变电所的每一级母线电压以及主变压器每一侧的谐波电流、电容器组的谐波电依次进行测量。无论任何一种监测手段或是管理模式，它都会有缺陷，对电网电能质量水平及实际系统运行状况无法及时进行了解，有明显的局限性，装置、系统实时监测能力较差，且功能单一仅限于电气元件运行参数的测量。 有些国家这方面的工作早已深入研究，韩国、日本、英国、美国、德国等国家也基本上投入应用中了。配网自动化，日本属这方面发展较早的国家，其配电线自动化达到了58％，德国在56％左右，韩国在45％左右，这些国家配电自动化的基本功能虽然少但适用，应用程度较高。“自动化孤岛”现象，是目前国内外配电自动化系统都普遍存在着一个较严重的问题，信息实现共享的程度较差，无法将数据来源统一。从当今的发展形势及存在问题来分析，以后的发展趋势必将利用网络化、集成化、通用化、实时性、开放式平台，灵活采用多种技术手段，面向对象式设计，并结合灵活输电、电网结构规划、需方管理等来实现。我们眼前的首要任务就是研制并开发出适合配电网络的智能化台区监测分析系统。 2、配电网电能质量存在的问题及其危害 2.1电压偏差 用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的。当其端子上出现电压偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异。 2.2公用电网谐波 由于硅整流、可控硅换流设备、电弧炉、电焊机等各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备、客户用电设备、用电计量、继电保护带来危害，成为污染电网的公害。谐波使电网中感性负荷造成过电压，容性负载造成过电流，影响用电计量准确度，对安全运行带来危害。例如使继电保护误动，引起故障；干扰电子设备，使计算机误动作，电子设备无触发；通信回路、弱电回路产生杂音，造成故障。 2.3电压波动和闪变 无论电网低电压或高电压运行，都会给电气设备的运行带来较大的危害，照明负荷电压低，使发光效率下降，影响照度；电压下降时，经常是电动机过负荷而烧毁，同时与会使电动机的启动十分困难，反之，长期高电压运行，会对电机的绝缘造成危害；电压偏低会增加供电线路及电气设备中的电能损失；电压偏低常常会引起低电压保护装置动作，电磁开关、空气开关跳闸，影响生产的正常进行，反之，电压偏高也将引起过电压保护装置动作，电气设备的电压线圈烧毁等。电压偏高或偏低都会影响到通信、广播电视等音像的质量，影响家用电器设备的正常工作，如电压偏低电冰箱、空调等难以启动；如果电网的无功功率严重匮乏，将导致电压崩溃，系统震荡，电网瓦解，严重危及供用电安全运行。 2.4电网频率 低频率会使发动机，电磁开关等用电设备烧毁；频率下降使电动机转速下降，因而使一些产品出现废品、次品、如纸的厚薄不均、棉纱的粗细等不均；低频率运行的电网稳定性差，降低了电网应付事故的能力，稍有波动就可能导致系统的瓦解崩溃。 高频率运行同样也会产生危害，损坏设备，高频率运行时，发电机、电动机和所有生产设备的转速将增加，电压上升，往往因超过原设计要求而遭损坏，影响广播、通信、电视等音像质量。 3、配电网电能质量监测技术 实际供电系统中，电能质量危害主要体现在用户密切相关的配电系统以及低压网络中，如低压跌落问题引起的设备误跳闸；短时断电现象造成计算机服务器数据丢失；谐波问题引起用户设备不正常发热等。下面详细的分析电能质量各项指标和监测方法。 3.1谐波的测量和分析 电网谐波主要由非线性负荷产生。国际上公认的谐波含义为，谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。因此谐波次数必须为整数。 谐波的测量通常是先将采样信号经过快速傅立叶变换求出各次谐波（电压或电流）分量的实部和虚部，然后利用公式求出k次谐波的幅值和相角，最后分别求出谐波含有率、总谐波畸变率、谐波功率、谐波阻抗等。 3.2电压波动和闪变的测量 3.2.1电压波动的测量根据电压波动与闪变的国家标准GB12326-2000，电压波动是指每半个基波电压周期均方根值的一系列变动或连续的改变。在配电系统中，这种电压波形现象有可能多次出现，变化过程可能是规则的、不规则的，亦或是随机的。 3.2.2闪变的测量和分析闪变定义为，电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反应。对于电压波动与闪变问题一直难以建立精确的数学模型。因此，闪变的评价方法不是通过纯数学推导与理论证明得到的，而是通过对同一观察者反复进行闪变实验和对不同观察
基于Internet 的电能质量监测与分析系统的研制 赵文韬,王树民,朱桂萍,潘隐萱 (清华大学电机系,北京市100084) 摘要:计算机网络技术的发展,为不同地点供电系统电能质量的远程集中监测和分析提供了有效的手段。论述了基于Internet 的供电系统电能质量的监测与分析系统,主要包括利用GPS 授时技术进行多点同步采样,利用Windo w s N T2000和IIS 建立网络平台,利用SQL Serv er 数据库管理供电网络运行数据,使用多种分析软件对供电系统的电能质量进行仿真分析,并提出治理措施。该系统可为供电系统的安全运行提供保障。关键词:电能质量;谐波;GPS;Internet 中图分类号:TM 93;TP274 收稿日期:2001-08-02。 0 引言 供电系统的电能质量直接关系到供电系统的安全运行和用户的用电安全。供电系统电能质量的监测和评估是对供电系统进行治理进而改善其电能质量的前提条件。当前国内供电系统电能质量的监测分析大多采用综合的电能质量分析仪或谐波分析仪等。这些专用测量仪器只能进行同一地点的现场相关电量的测试,对同一供电系统不同地点相关电量的同步测量及测量数据的传输和集中分析、评估则难以进行。因此,建立供电系统电能质量的远程、集中监测与分析系统,对影响供电系统电能质量的波形畸变、电压波动和闪变、三相电压和电流的不平衡度等指标进行全面仿真分析,对保证供电系统的安全运行,具有重要的理论和实际意义。Inter net 技术的发展实现了远程数据交换,为供电系统电能质量的远程监控和分析系统的建立提供了有效的手段。 该系统有以下特点:①可以实现同一供电系统、不同地点的电能质量监测,也可实现多个不同供电系统的集中监测;②对系统电能质量进行多层分析和评估;③对存在的电能质量问题提出合理的治理措施。 国外从20世纪80年代起就把人工智能和专家系统成功地应用到电厂状态监测与故障诊断技术中,产生了巨大的经济效益[1]。国内的一些科研院所也相继推出了类似的基于网络的分布式监测系统[2]。 本文构建了基于网络的供电系统电能质量监测和分析系统,其技术关键在于: a .使用GPS 技术保证采样数据的同步性和准确性; b .构建网站,提供友好、方便的远程诊断网络; c .使用工程数据库系统管理大型网络运行数据和分析结果; d .V B 和V C 等多种编程工具的结合提高了程序的运行效率。 1 系统结构 电能质量监测与分析系统整体的逻辑结构如图1所示。 图1 系统逻辑结构 Fig .1 Logic architecture of the system 同步采样装置:要求将不同地点电网电压、电流 瞬时波形记录下来,并且在采样数据中加上时间标签,以便于服务器端进行电能质量的相关分析。 客户端:软件主要包括浏览器、文件上载工具、文件压缩工具,采用客户端编程,将带有时间标签的采样数据进行压缩后上载到远程服务器端,同时可以下载服务器端的计算结果。 服务器端:提供WWW 方式的页面浏览服务,可进行用户信息查询和反馈信息给用户。服务器通过数据库管理各用户电网的设计数据和运行数据,并且安装有计算软件包,可进行谐波无功治理计算、电气化铁道分析、电弧炉负载的分析等。 该系统采用典型的客户/服务器模式,以尽量降低客户端的配置要求。根据客户提供的系统接线图,生成系统计算模型,再利用客户端提交的采样数据, 69 2002年3月25日 M ar.25,2002