电气工程及其自动化 本科毕业论文 电能质量(3)

（1）电压质量。给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门想用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降（升）与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等。

（2）电流质量。电流质量与电压质量密切相关。为了提高电能的传输效率，除了要求用户汲取的电流是单一频率正弦波形外，还应尽量保持该电流波形与供电电压同相位。电流质量通常包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。

（3）供电质量。它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量，它包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度。

（4）用电质量。它包括电流质量和非技术含义等，如用户是否按时、如数缴纳电费等。

上述关于电能质量的含义与解析反映了供用电双方的互相作用和影响以及责任和义务。虽然其含义很工程化，但对理解和认识电能质量是很有实用价值的。

另外，国际电工委员会（IEC）标准则对电能质量定义为，电能质量是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这里的“偏差”应广义理解，其内容涉及频率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、三相不平衡以及电压波动和闪变等。但是，IEC并没有采用“Power Quality”（电能质量）这一术语，而是用“EMC”（电磁兼容）术语来强调设备与设备之前，电源与设备之间的相互作用及影响，定义电磁兼容为设备或系统能在所处的电磁环境中正常运行并且不对该电磁环境产生任何不能容忍的电磁扰动。在电磁兼容的概念中，用排放（Emission）表示设备产生的电磁污染，用（Immunity）表示设备抗电磁污染的能力，并以此为基础，制定了一系列电磁兼容的标准。

1.2.2衡量电能质量的主要指标

由于所处立场不同，关注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。主要指标为国家技术监督局相继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。

(1) 电压偏差（voltage deviation）：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（frequency deviation）：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（unbalance）：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（harmonics & inter-harmonics）：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（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。

此外IEEE第22标准协调委员会和其他国际委员会从电压幅值和电压波形两个方面采用11种指标来衡量电能质量 ，其中电压幅值指标包括：断电（interruption）、电压下跌（sag）、电压上升（swell）、瞬时脉冲（impulse）、电压波动（fluctuation）与闪变（flicker）、电压切痕（notch）、过电压（over-voltage）、欠电压（under-voltage）、电压波形指标包括：谐波（harmonic）、间谐波（inter－harmonic）、频率偏差（frequency deviation）。

1.2.3目前存在的问题

对电能质量进行监测是获得电能质量信息的直接途径，虽然这方面的监测仪器已不少，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监测技术由于时间窗太长，仅测有效值已不能准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监测技术：

（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断来启动测量装置，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；需要有足够高的采样速率，以便能测得相当高次谐波的信。

（3）建立有效的分析和自动辨识系统，使之能反映各种电能质量指标的特征及其随时间变化规律。随着电力市场运营模式的逐渐实施和电能质量的法规化，供电质量将会引起越来越多的重视，开发电能质量的分析检测软件将是新的研究方向。

电能质量分析和计算的准确性不仅依赖对各种干扰数学模型的描述，还和网络参数的可信度有关，近年来，基于数字技术的数学分析方法主要应用在电能质量的一下

领域：

（1）分析谐波在网络中的分布；

（2）分析各种扰动源引起的波形畸变及在网络的传播；

（3）分析各种电能质量控制装置在解决相关问题方面的作用；

（4）多种控制装置的协调以及与其他控制器的综合控制等问题。

目前所采用的方法有三种：

（1）时域仿真方法，该方法在电能质量分析仲应用最为广泛，其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迸行研究。目前较通用的时域仿真程序主要有EMTP、EMTDC、NETOMAC、BPA等系统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、MATLAB、SABER等电力电子仿真程序两大类。由于这些仿真程序在不断发展中，其功能日益强大，还可利用它们进行电力设备、元件的建模和电力系统的谐波分析。

（2）频域分析方法，该方式主要用于谐波问题的分析计算，包括频率扫描，谐波潮流计算等。考虑到一些非线性负载的动态特征，近年来又提出一种混合谐波潮流的计算方式，即在常规的谐波潮流计算法基础上，利用EMTP等时域仿真程序对非线性负载进行仿真计算，可求出备次谐波动态电流矢量，从而得到动态谐波潮流解。

（3）基于变化的方法，这里主要指Fourier方式方法、短时Fourier变换方法，加窗傅里叶变换和小波变换(WT)方法。

1.3 电能质量治理概述

影响电能质量的原因各种各样，大体可以分为：

（1）内因。系统本身接有电弧炉、整流器、单相负荷、大功率电动机等干扰性负荷。这些负荷对电网产生负面影响，如谐波、无功冲击、负序等，而且这些负面影响可能通过公共连接点（ PCC）波及其它终端用户。因此，系统中必须安装相关装置，以 及时缓解这些问题，而且还应根据电能质量评估体系，利用经济杠杆约束此类用户对电能质量的影响。

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