1、數字技術在電能質量監測中的應用摘要：電能質量關系著電網的安全經濟運行，是工業產品質量的保障，對降低能耗及人類生活環境等產生重要影響。隨著現代工業技術的發展，電力負荷的種類越來越多，特別是非線性、沖擊性負荷在容量上、數量上日益增大，使公用電網中的各種干擾成分不斷增加，電能質量日益惡化。如何有效的提高電能質量迫在眉睫。本文介紹了電能質量及其指標，并列舉了國內電能質量的解決方案。關鍵詞：電能質量技術應用網絡技術網絡系統中圖分類號： tm711文獻標識碼： a文章編號：1007-9416(2012)08-0090-021、電能質量定義電能質量 (power quality)，從嚴格意思上講，衡量電能質

2、量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優質供電，包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量四個方面的相關術語和概念。2、電能質量指標電能質量的主要指標有：電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、公用電網諧波和公用電網間諧波等。電壓不平衡是指三相電壓的幅值或相位不對稱。不平衡的程度用不平衡度（電壓負序分量和正序分量的均方根值百分比）來表示，典型的三相不平衡是指不平衡度超過2%，短時超過 4%。在電力系統中，各種不平衡工業負荷以及各種接地短路故障都會導致三相電壓的不平衡。過電壓是指持續時間大于 1 分鐘，幅值大于標稱值的電壓。 典型的過電壓值為 1.1 1.2 倍標稱值。過

3、電壓主要是由于負載的切除和無功補償電容器組的投入等過程引起，另外，變壓器分接頭的不正確設置也是產生過電壓的原因。欠電壓是指持續時間大于 1 分鐘，幅值小于標稱值的電壓。 典型的欠電壓值為 0.8 0.9 倍標稱值。其產生的原因一般是由于負載的投入和無功補償電容器組的切除等過程。另外，變壓器分接頭的錯誤設置也是欠電壓產生的原因。電壓驟降是指在工頻下， 電壓的有效值短時間內下降。 典型的電壓驟降值為 0.1 0.9 倍標稱值，持續時間為 0.5 個周期到 1 分鐘。電壓驟降產生的原因主要有電力系統發生故障，如系統發生接地短路故障；大容量電機的啟動和負載突增也會導致電壓驟降。電壓驟升是指在工頻下，

4、電壓的有效值短時間內上升。 典型的電壓驟升值為 1.1 1.8 倍標稱值，持續時間為 0.5 個周期到 1 分鐘。電壓驟升產生的原因主要有電力系統發生故障，如系統發生單相接地等故障；大容量電機的停止和負載突降也是電壓驟升的重要原因。供電中斷是指在一段時間內， 系統的一相或多相電壓低于 0.1 倍標稱值。瞬時中斷定義為持續時間在 0.5 個周期到 3 秒之間的供電中斷，短時中斷的持續時間在 360 秒之間，而持久停電的持續時間大于 60 秒。電壓瞬變又稱為瞬時脈沖或突波， 是指兩個連續的穩態之間的電壓值發生快速的變化，其持續時間很短。電壓瞬變按照電壓波形的不同分為兩類：一是電壓瞬時脈沖，是指疊加

5、在穩態電壓上的任一單方向變動的電壓非工頻分量；二是電壓瞬時振蕩，是指疊加在穩態電壓的同時包括兩個方向變動的電壓非工頻分量。電壓瞬變可能是由閃電引起的，也可能是由于投切電容器組等操作產生的開關瞬變。電壓切痕是一種持續時間小于 10ms的周期性電壓擾動。它是由于電力電子裝置換相造成的，它使電壓波形在一個周期內有超過兩個的過零點。由于其頻率非常高，用常規的諧波分析設備無法測出，因此以前一直末把此項作為電壓質量的一個指標。我國還對應頒布了六項的電能質量相關標準，分別是：(1)gb/t 12325-2008電能質量供電電壓偏差；(2)gb/t 15945-2008電能質量電力系統頻率偏差；(3)gb/t

6、 15543-2008電能質量三相電壓不平衡度；(4)gb/t 12326-2008電能質量電壓波動和閃變；(5)gb/t 14549-1993電能質量公用電網諧波；(6)gb/t 24337-2009電能質量公用電網間諧波。3、電能質量監測既然電能質量有如此多的指標， 應如何了解并掌握電能質量是否滿足各項指標，就需要專用的儀器對電能進行質量監測。那么什么是電能質量監測呢？電能質量監測是指采用符合規范的測試儀器或設備對電網中所關心節點的電能質量相關指標進行測量并與限值對比分析的過程。電能質量監測經歷了三個階段的發展：第一個階段 : 電能質量初步探討時期。對于電力系統諧波”污染”的認識始于 19

7、20-1930 年，問題出自于德國對當時的靜態整流器產生的波形畸變的探討，到本世紀五、六十年代，隨著高壓直流輸電技術的發展，西方工業化國家對此進行了全面而深入的研究，但是直到七十年代以來出現的兩種情況才促使了世界各國對諧波問題的廣泛重視，并引起了諧波理論方面的重大發展。第二個階段 : 電能質量在國內初步發展。隨著web網絡技術的在線監測系統的應用，并且各方人士開始積極探索和應用如何通過電能質量的在線監測對電力設備的預防性維護提供一些有用的建議等等，在這個時期國內的廠家技術發展日新月異，隨著數字信號處理dsp 芯片的應用迅速發展，電能質量監測產品系列完善，web技術在電能質量在線監測領域的應用，

8、實現了數據的實時測量、存數、分析、共享。第三個階段 : 電能質量監測的高級應用。電能質量網絡平臺的應用將為未來的專家系統提供基礎。未來的專家系統綜合了國內外諧波界知名專家的研究成果，采用智能模糊分析方法，對自動存儲于數據庫中的數據進行分析，找出污染源、發現諧振點，并對電網整體電能質量進行評估，仿真分析，提出整治建議，使得日后的治理工作更有針對性和有效性，對節省治理投資有重大的現實意義。目前，發展成熟的電能質量監測與分析系統以計算機技術、數據庫技術、網絡通信技術為依托，結合電網中各個監測點構建成一個完整的電能質量監測網絡系統，從而實現對電網各項電能質量指標的在線監測和統計分析。整個系統軟件從功能

9、上可以分為監測單元、通信服務、數據庫、監測與分析平臺等多個子系統。(1) 終端監測單元：由電能質量監測儀完成。(2) 通信服務系統：主要由監測儀通信系統、通信服務器以及通信模塊組成，其中監測通信系統負責接收通信服務器指令、 解析指令、查找打包所需數據并通過通信模塊上傳到通信服務器；通信服務器負責所有與電能質量監測儀進行的數據通信，并支持以太網接口、usb 接口等通信方式。(3) 數據庫服務系統：主要由數據庫、數據庫內部處理程序以及數據庫管理模塊組成，數據庫用來存儲電能質量監測與分析系統中各項電能質量監測儀上傳的監測數據；數據庫同時還為系統中監測與分析平臺提供數據檢索等數據服務支持。數據庫支持m

10、ssql 和oracle 等大型數據庫。(4) 監測與分析平臺：主要由在線監測、電能質量分析與參數設置管理組成。在線監測主要負責監測電能質量數據的實時刷新紀錄，按照國家標準要求每3 秒鐘刷新一次實時數據；電能質量分析主要負責對統計分析的數據進行數值表、曲線分析以及報表打印處理等操作；參數設置管理主要負責對系統的各種參數以及電能質量監測儀的各種參數進行設置和管理。4、國內電能質量解決方案有了先進的電能質量監測系統對電能質量指標的監測，國內又是如何實現對電壓調整、頻率調節、諧波抑制、無功補償、閃變控制、瞬態電壓事件的控制呢。我國常用的技術手段有配電系統無功補償裝置 (svg) 、有源電力濾波器 (

11、apf) ，動態電壓調節器 (dvr) 。4.1 配電系統無功補償裝置 (svg)無功補償技術是一種很傳統的電力技術，它代表了一個國家電力水平的高低，無功補償通俗的講就是將低壓變壓器傳輸過來的無用功轉變為有用功。配電系統無功補償裝置(svg) 具有以下特點 ;(1) 補償方式 :svg 采用的是電源模塊進行無功補償，補償后的功率因素一般在 0.98 以上。(2) 補償時間 : 無功補償需要在瞬時完成， 如果補償的時間過長會造成該要無功的時候沒有，不該要無功的時候反而來了的不良狀況；svg 在 5-20 毫秒的時間就可以完成一次補償。(3) 有級無極 :svg 可以從 0.1 千法開始進行無極補

12、償，完全實現了精確補償；(4) 諧波濾除 :svg 不產生諧波更不會放大諧波，并且可以濾除50%以上的諧波；(5) 使用壽命 :svg 使用壽命在十年以上，自身損耗極小且基本上不要維護。4.2 有源電力濾波器 (apf)電力有源濾波器是運用瞬時濾波形成技術，對包含諧波和無功分量的非正弦波進行“矯正” ，這與基于穩態頻譜的“濾波”概念已有很大的不同，而類似于自適應濾波技術中的“干擾抵消器”。因此，電力有源濾波器有很快的響應速度，對變化的諧波和無功功率都能實施動態補償，并且其補償特性受電網阻抗參數影響較小。apf 可分為單相 apf 、三相三線制 apf 、三相四線制 apf 及有源線路調節器 (

13、aplc) 等。三相四線制 apf 主要是為了補償電源中線上的電流諧波、無功功率及三相之間的不平衡問題。當功率額定值較小時，其主電路可直接采用三相逆變器，而將直流側電容中點聯接到電源中點上。當負載功率較大時可用四橋臂的逆變器，將第四橋臂單獨用于補償中線；為了實現三相獨立調節，還可使用更復雜的三個單相橋式逆變器進行分別補償。有源線路調節器是向電網中的某個( 或幾個 ) 優選節點注入消諧波補償電流，以達到在一定范圍內電網的電能質量綜合治理。目前更高層次的電力有源濾波技術在國外尚處于研究階段。有源電力濾波器 (apf) 具有以下特點： (1) 不僅能補償各次諧波， 還可抑制閃變，補償無功，有一機多能

14、的特點， 在性價比上較為合理；(2) 濾波特性不受系統阻抗等的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險； (3) 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； (4) 濾波特性不受系統阻抗等的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險。4.3 動態電壓調節器 (dvr)dvr 則是目前保證對敏感負荷供電質量非常有效的串聯補償裝置，因為它通過自身的儲能單元，能在ms級內將電壓跌落補償至正常值，因此是抑制動態電壓干擾的有效補償裝置，它主要由儲能單元、dc/ac 逆變器模塊、連接變壓器等部分組成，儲能容量可根據用戶電壓跌落統計數據確定，逆變器的模塊一般采用由igb 構成三相全橋結構，采用 pwm調制方式，這種結構控制靈活，便于分相補償。因而 dvr 與消除電壓跌落，提高大型綜合性敏感工業負荷的供電質量方面有顯著的效果。5