（电力系统及其自动化专业论文）基于web的电能质量管理系统的研究.pdf

该系统面向用户需要，用户首次通过i n t e r n e t 使用系统时，先下载一些相应 的功能组件，并永久备份在客户机中，做到“一次下载永久使用”，这样可降 低网间资源的占有率，充分体现网络使用的高效性。在a s p 文件中，利用a d o 实现与数据库连接，结合用户从页面输入的查询量、查询对象以及商询时f b j 的 信息，形成完备的s q l 指令对相应的数据库表和视图进行操作，可在友好界面 的引导下，指引用户快速、准确地查询所需的图形和统计报表。 最后，叙述了本系统中服务器的建立。w e b 服务器使用a s p 技术，通过i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e s ) 和m t s ( m i c r o s o f tt r a n s a c t i o ns e r v e r ) 建立一个 集成服务器环境，使用a d o 数据访问对象访问数据库。应用服务器中电能质量 监测数据处理、电网相关参数管理等程序使用v b 开发实现。整个服务器系统 的重点是数据库访问及监测数据的处理，保证数据访问的完整性、可靠性和安 全性。 本文所建立的电能质量管理系统较之传统的电能质量监测系统有较大的进 步，增强了电能质量管理的互操作性和伸缩性，为大范围的信息共享和综合研 究提供了新的应用平台。 关键词：电能质量监测系统数据库w e ba s p 客户机朋务器 r e s e a r c ho nw e b - b a s e dp o w e r q u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e m a n dk sa u t o m a t i o n g r a d u a t e ：j i n d i n g h e a d v i s o r ：x i a n y o n g x i a o w i t ht h e r a p i dg r o w t ho fe c o n o m i c s ，p o w e rq u a i l t yi s s u e h a si n c r e a s i n g l y c a p t u r e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nf r o mb o t hu t i l i t yc o m p a n i e sa n d t h e i rc u s t o m e r s o n o n eh a n d ，w i t ht h ei n c r e a s eo fn o n l i n e a rl o a d s ，t h e r ea l em o r ea n dm o r ef a c t o r st h a t w i l l b r i n gc h a l l e n g e o nt h e p o w e rq u a l i t y , f o r i n s t a n c et h e p r o g r e s s o np o w e r e l e c t r o n i c s a p p l i a n c e a n di t s i m p l e m e n t a t i o n i n i n d u s t r y a n d t r a n s p o r t a t i o n c o m p a n i e s o n t h eo t h e rh a n d ，p e o p l eh a v eh i g h e rr e q u e s to nt h ep o w e r q u a l i t ya n d r e l i a b i l i t yo fp o w e rs y s t e mb e c a u s em o r ec o m p l e x ，r i g i da n dp o w e rq u a l i t y s e n s i t i v e a p p l i a n c ei sw i d e l yu s e d a tt h es a n l et i m e ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e l e c t r i c p o w e ri n d u s t r y , s t a b i l ep o w e rq u a l i t yi s s u e s ，s u c ha sv o l t a g ef l u c t u a t i o na n df l i c k e r ， f r e q u e n c yf l u c t u a t i o n ，h a r m o n i c s ，h a v ei n c r e a s i n g l yc a p t u r e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n f r o m u t i l i t yc o m p a n i e s a n dt h e i rc u s t o m e r s t r a n s i e n tp o w e r q u f l i t yi s s u e sh a v e b e e n b e c o m i n ge x t r u s i v e ，s u c ha sv o l t a g ew e l l ，v o l t a g es a ga n dv o l t a g ei n t e r r u p t i o n ，a n d b r i n gc u s t o m e r sa m o u n to fl o s s b e c a u s em o r ea n dm o r ec u s t o m e r sa r ec o n e e m e d a b o u tp o w e rq u a l i t yi s s u e s ，i ti sn e c e s s a r yt oe s t a b l i s hap o w e rq u a l i t ym a n a g e m e n t n e t w o r ku n d e rt h es i t u a t i o n a si n t e m e ti sg r o w i n gr a p i d l y , i tb e c o m e sap o p u l a ri s s u ei nc o m p u t e rw o r l d ， e s p e c i a l l y b e c a u s eo fi t s o p e na r c h i t e c t u r e p o w e rq u a l i t ym a n a g e m e n t w i l lb e i m p r o v e dg r e a t l yi fi n t e m e ti si n t r o d u c e d d u e t ot h ep o p u l a r i t yo fw e bs k i l la n dt h e t r e n do fn e t w o r k , c o m m u n i c a t i o n ，t h ea p p l i c a t i o no fw e bt e c h n o l o g yi np o w e r q u a l i t ym a n a g e m e n t i ss t u d i e di nt h i sp a p e r u n d e rt l l en e t w o r ke n v i r o n m e n t 血er e s e a r c ho ft h i st 1 1 e s i sf o e u s e so n w e b b a s e dp o w e rq u a l i t y m a n a g e m e n ts y s t e m i tt a k e sa d v a n t a g e so fb o t h “f a t c l i e n t s c h e m ea n d t h i nc l i e n t s c h e m et og e tt h eb e s ts o l u t i o no f c o m p o s i t ep o w e r q u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m t h r o u g ha s s i g n i n gt a s k st oc l i e n ta n ds e r v e rr a t i o n a l l y , t h ec l i e n ta n ds e r v e rc a r lm a k et h eb e t t e ru s eo f t h e i r p r o c e s s i n ga b i l i t yt oa c h i e v e t h e g o a lt h a tt h es y s t e m c a l lh a v et h eb e s tp e r f o r m a n c ew i t ht h el e a s tr e s o u r c eo c c u p i e d b yd a t aa n da p p l i c a t i o np r o g r a m t h i sp a p e re x p l a i n sa r c h i t e c t u r eo f e a c hl e v e lw i t h r e l e v a n tt e c h n o l o g ya n dd e t a i l so fi t si m p l e m e n t a t i o n t h i ss y s t e m a p p l i e sa c t i v es e r v e rp a g e s ( a s p ) t e c h n i q u e a n do t h e rr e l a t e dw e b t e c h n i q u e st oc a r r yo u tc o m p o s i t ed a t aq u e r yb a s e do n t h ed a t a b a s ew i t hl a r g ed a t a s i z ea n dc o m p l i c a t e dd a t as t r u c t u r e s u c ht e c h n i q u e sa sd a t aa n a l y s i s ，c o n t r o la n d p r o c e s s i n ga r ei n t e g r a t e dw i t ht h ei n f o r m a t i o nq u e r ya n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mu s i n g w e b t e c h n i q u e ，t a k i n gt h ec o n s i d e r a t i o no fa p p l i c a t i o n ss e c u r i t ya n dt h es y s t e m s p e r f o r m a n c e d e s i g no ft h i ss o l u t i o ni si m p l e m e n t e da c c o r d i n g t ou s e r s n e e dd i r e c t l y u s e r s n e e dd o w n l o a d c o r r e s p o n d i n g f u n c t i o n c o m p o n e n t s a n ds a v et h e mi nc l i e n t w o r k s t a t i o np e r m a n e n t l yw h e n t h e yw a n t t ou s et h i ss y s t e mt h r o u g hi n t e r n e tf o rt h e f i r s tt i m e t h i sm e c h a n i s mi ss o - c a l l e d ”d o w n l o a do n c e ，u s ep e r m a n e n t l y ”i tc a n h e l p t or e d u c et h e o c c u p a t i o n r a t eo f n e t w o r kr e s o u r c e t h ee f f i c i e n c yo f t h en e t w o r k u s ei sf u l l yr e p r e s e n t e d i nt h ea s pf i l e s t h ec o n n e c t i o nw i t hd a t a b a s ei sr e a l i z e db y a d o b a s e do nt h ei n f o r m a t i o na b o u tq u e r yo b j e c t t i m e ，a n dc o l u m n s p r o v i d e db y u s e r sf r o mt h e p a g e s ，s e l f - c o n t a i n e ds q lc o m m a n d sa r e c r e a t e dt o o p e r a t e o n c o r r e s p o n d i n gd a t a b a s e t a b l e sa n dv i e w s s ot h a tu s e r sc a ng e ta l ln e e d e d f i g u r e sa n d s t a t i s t i c s r e p o r t f o r m s e x a c t l y a n dr a p i d l yw i t l it h eg u i d a n c eo ff r i e n d l yu s e r i n t e r f a c e f i n a l l y , t h i sp a p e r n a r r a t e st h es e t t i n g u pp r o c e d u r e so ft h es e r v e ri nt h i ss y s t e m w e bs e r v e ru s ea s p t e c h n o l o g y , s e tu pa ni n t e g r a t e ds e r v e re n v i r o n m e n tt h r o u g h i i s ( i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e s ) a n dm t s ( m i c r o s o f tt r a n s a c t i o ns e r v e r ) ，u s ea d o t o v i s i tt a r g e t sd a t a b a s e p r o g r a m s ( s u c ha sp o w e r q u a l i t ym o n i t o r i n gd a t ap r o c e s s i n g ， e l e c t r i cg r i dr e l e v a n t p a r a m e t e rm a n a g e m e n te t c ) a r ed e v e l o p e dt h r o u g hv bi n a p p l i e d s e r v e et h ef o c a l p o i n t o fw h o l es e r v e rs y s t e mi sv i s i t i n gd a t a b a s e a n d m o n i t o r i n gd a t ap r o c e s s i n g ，g u a r a n t e et h ei n t e g r a l i t y , d e p e n d a b i l i t ya n ds e c u r i t yo f d a t av i s i t i n g t h ep o w e rq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e ms e tu pi nt h i sp a p e rm a k e sg r e a t e r p r o g r e s sc o m p a r e d w i t ht h et r a d i t i o n a l p o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs y s t e m ，h a v 。 s t r e n g t h e n e dm u t u a l l yo p e r a t i o na n dr e t r a c t i l i t y o fp o w e rq u a l i t ym a n a g e m e n ta n d h a v eo f f e r e dt h en e wa p p l i c a t i o np l a t f o r m f o ri n f o r m a t i o ns h a r i n ga n ds t u d y i n g s y n t h e t i c a l l yo f t h eb i gr a n g e k e y w o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；m o n i t o r i n gs y s t e m ；d a t a b a s e ；w e b ；a s p ；c l i e n t s e r v e r 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 1 绪论 1 1 选题背景及电力系统w e b 技术的应用环境 1 1 ，1 选题背景 社会的不断进步和科学技术的飞速发展，一方面为电力系统的发展和进步 提供了空间和新的技术手段，另一方面却也给电网安全运行带来许多负面影响， 由此也给电力工作者和研究者带来了许多新的研究课题。电能质量问题的提出、 研究就是这两方面综合影响带来的一个很显著的例子。自二十世纪8 0 年代以来， 电能质量这一术语已成为电力部门和电力用户使用越来越频繁的词语了。 随着对电力系统扰动敏感的各种设备的广泛使用【l 】以及涉及到的相关经济 方面1 2 1 ，人们逐步提高对电能质量问题3 】的认识和关注，并渴望电力部门对电力 系统运行情况提供广泛的监测m l 。由于高压直流输电系统的应用和大量变频 器、整流器、电弧炉等非线性负载的接入，使得电网中的谐波污染情况日趋严 重，谐波含量不断增加：由于个别超高压输电线路不循环换位和电动机车等大 容量非对称负载的接入，局部电网的不对称度比较严重；由于大容量轧钢机等 冲击性负载的接入，部分电网的暂态干扰较大，电压波动与闪变现象时常发生； 此外，还由于目前电力供需矛盾仍比较大，电网中的自动调压、无功自动补偿 装置正确动作率不高等原因，造成用户端电压严重不稳定，用电高蜂时电压过 低，而在用电低谷时又会偏高，电网的频率有时也会受到负荷过重的影响。以 上现象，都属于电能质量方面的问题【6 “，它们不仅对电网的安全、稳定运行极 为不利，而且还会对用户用电设备的正常工作以及工农业的持续高效生产有十 分不利的影响。因此，电能质量问题越来越受到广大用户的广泛关注，焦点可 概括为以下几个方面： ( 1 ) 电力部门大力发展用电设备 效率的电机变速驱动以及为降低损耗、 以提高电力系统运行总效率。例如，高 校正功率因数而采用并列电容补偿器， 还有大量使用的用户电子设备等。但是这又会导致电网谐波污染，电能质量水 平下降，从而对电力系统安全运行带来潜在或直接的影响和危害，甚至重大损 失。这迫使供电部门在保证正常供电的同时，还要极力避免用电设备带来的干 扰。 ( 2 ) 终端电能用户已提高对电能质量的认识。他们正在掌握这方面的更准 确的实际情况，如供电间断，大功率器件的投切，电压跌落引起的暂态现象等， 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 并且向电力部门提出了改善供应电能质量的要求。 ( 3 ) 现代用电设备对电能质量的要求较之传统设备要高的多。很多新的电 器和装置，如电视机、计算机等都是基于微处理器和功率电子器件，丽它们对 各种电磁干扰都极为敏感，因此对电能质量的要求越来越高。 ( 4 ) 电能质量也是电力市场兴起与发展的要求。随着电力系统管制的放松。 电力市场的发展和应用，在电力市场环境下，供电表现为一种商业行为。电能 作为商品在电力市场运行机制下不同的发电公司包括独立电能生产者在发电侧 实行竞争，输配电系统( 即电力公司) 与发电分离独立经营管理，为发电公司 和用户提供输送电服务，用户侧也可作为独立实体参加价格控制，这样一个开 放和鼓励竞争的运行环境必然使得电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增 长的需求，还必须满足较高电能质量的要求，为用户提供安全、可靠、而且清 洁的电力能源成为电力部门获利经营的先决条件，也是实现良好的社会效益的 唯一手段。因此，电网的质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电网质量 监测是当前国际上的一个研究热点【4 卅。对于象我国这样的发展中国家更具有不 可忽视的现实意义和战略意义。 从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。电能质量问题是指电力系统扰 动产生的电力系统电压或频率问题，它常用电压骤升、电压骤降、短时停电、 电压不平衡和谐波五个指标来描述。电能质量问题从电力部门的观点可表示为 频率和供电质量：从用户的的观点可表示为电压质量i 。 为了提高电力系统的供电质量，确保系统安全、可靠运行，需要对系统中 的谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡度等扰动进行监测，必须建立电能质 量监测分析系统。因为电力系统干扰具有一定的随机性，它与负荷特性及系统 工作情况有关，随时间、空间的变化而变化，往往引发事故的干扰出现的时间 较短，发生条件特殊，所以需要采用实时在线监测系统对电力系统的各项电能 质量指标进行长期监视，摸清污染情况，以便采取相应的措施进行控制。 现代社会是一个信息社会，为了保证信息的共享性及传递的快速性传统 的用户监测仪模式已经不再适用，一对一的数据通信方式已不能满足信息及 时、快速共享的要求f 6 3 ，充分利用i n t e r n e t 技术和网络资源，已经是当今社会不 可避免的，把网络技术引入电能质量监测中，建立一种新的用户服务器模式， 是广大电能质量研究者的共同心愿，这对提高电力系统供电的安全性、可靠性 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 和经济性，保证用电设备的正常工作和工农业生产的持续高效，都有十分重要 的意义。 1 1 2 电力系统w e b 技术的应用环境 在国外，电力系统自动化的应用通常是以计算机通信技术的发展及其在电 力系统中的应用为基础的。随着计算机技术的不断成熟和完善，如i n t e m e t 技术、 面向对象技术、数据库技术、j a 、，a 技术、中间件技术，多代理技术、厂站自动 化技术、信息安全技术、电力市场运营技术等的出现及完善，必将使我国的电 力系统自动化迈上一个新的台阶。 在电力数据网络的各层网络中传输的数据来自于各种不同的电力设备，应 用于不同的电力应用软件系统。按照时间更新变化速度，可以将它们分为实时 数据和非实时数据。实时数据主要是指关于电力生产与调度的信息，例如调度 中心之间的实时数据，调度中心与厂站之间的实时数据，电量计费数据，故障 录波数据，微机保护的远方监测数据等等，它们的特点是变化速度快，并且需 要及时传递出去。非实时数据主要是指与管理办公有关的信息，例如公用信息 查询、计划信息管理、科技信息管理等等，它们的特点是变化更新比较慢，甚 至不变化，数据处理量较大，具有随机性和突发性。这两类数据中实时数据的 传输和查询控制较为复杂。 在我国电力系统中，s c a d a 系统的应用最为广泛，技术发展也比较成熟。 其主要特点之一在于数据库技术的应用，大量的实时数据被有章可循地进行管 理，能够实现真正意义上的数据共享，以供各应用系统调用分析【5 4 1 。国家电力 数据网( s p d n e t ，s t a t e p o w e r d a t a n e t w o r k ) 就是在电力通信网的数字微波通信 和光纤通信迅速发展的基础上。为了适应不断增长的调度和管理等信息传递需 求而建立起来的计算机的通信网络。它的建成并投入运行，为电力调度自动化 系统的全国联网和m i s 系统的全国联网奠定了基础，为保证电力系统的安全、 经济、优质运行提供了技术措施。 1 2 国内外发展动态 在国外，最早的一台电能质量仪器是g e 公司在上个世纪2 0 年代开发的闪 电冲击记录仪，该记录仪提供的数据有：脉冲幅值。时间数据以及日期数据。 四川人学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 到了6 0 年代m a r t z l o f f 研制了一种按照相机排列的以对数扫描率的高持续性示 波镜来记录电能质量信息：闪电冲击的电压波形。到6 0 年代中期，第一批电能 质量监测仪广泛用于采集统计数据。直到8 0 年代中期，图形电能质量记录仪出 现，通过电话线用于信号和波形记录。使用该仪器，能知道记录的是什么波形， 但是波形解释还要依靠技术人员，而且数据通信为一对一。多对一数据通信在 9 0 年代e p r i 的分布式电能质量项目中出现，大量的数据从数以百计的地点获 得，从而在电能质量的数据存储中也就包括了处理过后的统计值和未经处理的 原始值【1 0 1 ”。 到上世纪未本世纪初，i n t e m e t 使得多对一的数据遥信变得简单而且更快。 通过i n t e m e t 能够方便传输数据和信息到所需要的任何地点。应用好的算法提取 有用信息，并把该信息传送给系统人员和未经培训的用户，系统人员和用户可 以使用信息做出决策，这才达到电能质量监测的最终目的。e p r i 和t v a 联合 研发了一套网络型电能质量监测系统，完全开放的体系结构和模块化的系统能 够在各种系统平台中使用【l ”。 w e b 技术在电力系统中的应用逐渐发展成熟。文献1 1 3 中，基于w 曲的电 力潮流模拟在电气工程教育中提出，使用了一个基于j a v a 的图形用户界面来实 现电力系统运行和控制的教学。文献【1 4 】实现了基于w e b 的s c a d a 演示系统， 采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 体系架构，描述了独特地w e b 应用。文献【1 5 】建立了 一个基于w e b 电能质量监测系统，采用了w e b 数据库和3 层c s 体系架构，用 户通过浏览器根据不同权限可直接操作系统。文献 1 6 】描述了一个基于w e b 的 多通道电能质量监测系统。文献 1 7 1 描述了一个基于i n t e m e t 的电能质量监测系 统，文中采用了应用层，中间装置，协议层和逻辑层的软件结构。文献 1 8 】介绍 了使用现有软件和网络技术设计一个网络型电能质量监测系统。通过文献 【1 5 1 8 】可以看出，国外电能质量监测已经逐步从一对一的监测模式发展到基 于w e b 的网络型监测构架，文献中通常采用3 层c s 架构，在中间层构建一个 w e b 服务器用以处理w e b 事务和电能质量监测中的一些数据处理事务，用户通 过浏览器可直接查看监测点的电能质量状况。 目前国内电能质量的监测分析多数采用电能质量分析仪或谐波分析仪等， 这些专用测量仪器一般是在同一地点进行相关电量的测试，实现对某些电能质 量指标的测量，这种传统的用户监测仪( 或分析仪) 模式，存在较多不足有待 4 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 改进，例如对于某一监测点监测数据不能实现多用户共享，而且对于单一用户 每次使用监测分析软件时都必需先与监测仪通信以获得监测数据等等。尚不具 备对电能质量的综合测量、分析、判断和控制功能。对电能质量的在线监测尚 没有得到应用因而不能及时发现电能质量的异常现象。因此，建立电能质量 的远程、综合、集中监测与分析系统【”一引，对影响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分析，对保证供电系 统的安全运行，是非常重要的。 在电能质量监测和分析系统中，需要采集和处理大量的数据【7 q 儿】，将其归 类统计，实现数据动态交互查询，以帮助电能质量管理人员进行分析决策。传 统的数据管理模式虽然技术较为成熟、简单易用的优点，但用户查询的规模和 区域受局域网限制，且系统开发、客户端维护工作量大。基于w e b 技术的电能 质量管理系纠”，采用c s 三层体系架构，通过在中间层构建w e b 服务器和应用 服务器，w e b 服务器用于处理w e b 事务，应用服务器主要用于处理监测中的数 据处理和管理事务，采用一种新的兼顾“胖客户”方案和“瘦客户”方案归6 j 两 者优点的混合式的电能质量监测解决方案 3 8 , 3 9 】，实现浏览器模式下电能质量各 个指标的查询与分析、图形显示以及报表打印输出等各项功能，可以克服上述 缺点。 1 3 本文所做工作 本文首先概述了电能质量的定义、分类、管理以及电能质量监测的特点和 要求。然后根据当前我国电能质量监测现状主要是传统的用户监测仪模式，针 对电能质量监铡的发展前景，联系到i n t e r n e t 技术的迅猛发展，详细论述了基于 w e b 技术电能质量管理系统，提出了一种新的用户服务器监测仪管理模式。 i 本文提出利用a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 技术1 1 9 , 6 7 1 ，基于服务器一监测 仪在浏览器中实现电能质量监测和数据分析的综合方法。该方法以服务器一数 据库为基础，将统计、分析、数据处理技术等技术与采用w e b 技术的信息查询、 发布系统有机结合，方便快捷实现电能质量的综合分析查询，为实现浏览器模 式下数据查询与分析提供了全新的解决方案； 2 研究实现了一个电能质量数据采集及分析系统的网站平台； 3 提出实现了查询与分析并举，数据处理、图表显示、报表输出打印等模 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 块化功能，支持在任意查询时间内进行电能质量分析，提高了信息的能见度， 减少了数据处理时间和信息资源的浪费； 4 采用用户分类分级权限管理和视图调用机制，多类用户多套界面，提高 代码重用性和系统安全性； 5 完成软件设计、编程、测试和调试。 6 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2 电能质量概述 现代社会中，电能是种最为广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家 发展水平的主要标志之一。随着电力市场的形成和推进，电力部门不仅要满足 用户对电力数量不断增长的需求，还必须满足较高电能质量的要求。电能质量 问题已经受到电力部门和用户的广泛关注【9 , 2 0 , 2 1 l 。下面对电能质量有关问题做一 个介绍。 2 1 电能质量的概念和分类 2 1 ，1 电能质量的概念 随着电力部门的深入改革，竞争机制的引进，电力市场成为我国电力不可 避免的发展趋势，终究要打破我国原有发电、输电、配电一家垄断局面。随着 电力市场的出现及应用，电能也就成为一种经济实用、清洁无污染的特殊商品。 是商品当然也就有质量之说，只是这种商品的特殊性在于其质量是由发电厂、 供应方和用户三方共同决定的。 然而从人们对电能质量现象的注意到“电能质量”这一技术术语的出现并 广泛使用却也经历了一段时间。最初，人们在谈到电压和电流对电气设备工作 的干扰和供应的电能质量问题时，有的使用电力系统质量，也有的使用供电质 量、电压质量、耗电质量、电流质量等术语。据文献报道，最早使用技术术语 “p o w e rq u a l i t y ”( 电能质量) 时出现在1 9 6 8 年发表的一篇关于美国海军电子 设备用电源规范要求的研究论文中口引。此后，关于电能质量问题方面的研究越 来越多，世界各国电气工程界在关于电能质量问题所采用的技术名词也渐趋统 。有i n s p e c 数据库统计报道在1 9 8 5 1 9 9 6 年检索结果中，采用“p o w e r q u a l i t y ”( 电能质量) 术语的有2 0 5 1 次，而采用“v o l t a g eq u a l i t y ”的只有2 1 0 次1 2 2 1 。鉴于此，电气与电子工程师协会( i e e e ) 标准化侨调委员会决定统一采 用“p o w e rq u a l i t y ”( 电能质量) 术语；而国际电工委员会( i e c ) 为强调设备 和设备之间，电源与设备之间的相互作用和影响，提出使用“e m c ( e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ) ”( 电磁兼容) 这一技术术语。 同时，i e e e 和i e c 在提出各自的术语后，也给出了其定义和分类。i e e e 对“电能质量”的定义：合格电能质量的概念，是指提供给敏感设备的电力和 接地适合于该设备运行的。国际电工委员会从电磁兼容现象及干扰的特性考虑， 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 也给出引起电磁干扰的基本现象分类。关于i e e e 和i e c 对电能质量的分类参 见文献 2 2 1 。 除此之外，在这一研究领域的许多文献和报告中还采用了一些未得到公认 的术语和补充定义。如： 1 电压质量( v o l t a g eq u a l i t y ) ，即用实际电压与理想电压间的偏差( 应理 解为广义偏差，即包含幅值、波形、相位等) ，以反映供电部门向用户供给的电 力是否合格。 2 电流质量( c u r r e n tq u a l i t y ) ，即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波 形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行。这 个定义有助于电网电能质量的改善，并降低线损，但不能概括大多数因电压原 因造成的质量问题，而后者往往并不总是由用电造成的。 3 供电质量( q u a l i t yo fs u p p l y ) ，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( q u a l i t yo f s e r v i c e ) ，它包括供电部门对用户投诉与抱怨的反映速度和电力价格( 合理性、 透明度) 等。 4 用电质量( q u a l i t yo f c o n s u m p t i o n ) ，包括电流质量和非技术含义，如用 户是否按时、如数缴纳电费等。它反映供用电双方相互作用与影响中用电方的 责任和义务。 实际上，供电系统只能控制电压的高低，不能控制某一负载汲取的电流的 大小，因而大多数情况是在讨论电压质量问题。本文中的电能质量主要指电压 质量。 2 1 2 电能质量的分类 现在，尽管对电能质量的技术定义还没有完全统一，各国的电力研究组织 及专家对电能质量的分类也有很多差别，但通过大量工作者在这一领域的不断 研究，在电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动与闪变以及电力系统的三相不 平衡等方面都达到了一定共识。我国参照i e e e 和i e c 的标准，结合我国电力 系统实际情况，采用采用了i e e e 标准规定的“电能质量”术语的说法，并制定 了我国电能质量的各项国家标准。下面简要介绍各项电能质量的概念和一些基 本公式： 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 电压偏差是指电力系统电压缓慢变化时，实际电压与系统标称电压之差 2 3 1 。其表达式为： 电压偏差( ) = 茎塑塑蓑警。 ( 2 1 ) 电能质量供电电压允许偏差( g b l 2 3 2 5 9 0 ) 规定电力系统在i 下常运行条 件下，用户受电端供电电压的允许偏差为： ( i ) 3 5 k v 及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的+ 5 一5 ： ( 2 ) 1 0 k v 及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的+ 7 一7 ； ( 3 ) 低压照明用户为额定电压的+ 5 一1 0 。 为了保证用电设备的正常运行，在综合考虑了设备制造和电网建设的经济 合理性后，对各类用户设备规定了如上的允许偏差值，此值为工业、企业供配 电系统设计提供了依据。 频率偏差交流电力的频率是和发电机组转速直接相对的电频率。一般电 力系统的标称频率有5 0 t t z 和6 0 h z 两种。我国采用5 0 h z 为额定频率。运行频 率与额定频率的差值为频率偏差【2 4 1 。 频率偏差= 实测频率一额定频率( 2 2 ) 谐波习惯上认为电网稳定的供电电压波形为工频( 通常为5 0 h z 或6 0 h z ) 正弦波形，即： ( f ) = x t 2 u s i n ( c o t + 口) ( 2 3 ) o ) = 2 拜， 式中【，电压有效值 口初相角 棚、，工频角频率、频率 但由于非线性负荷的存在，目前电网电压的波形往往偏离正弦波形发生畸 变，畸变波形可以用一系列不同偏离的正弦函数之和来近似表示，电流也一样。 s i n o ) l t 项称为基波，其周期与原畸变波形的周期相同，也就是电网中工频电压 的周期：其他各项均称为谐波笛1 ，即含有供电系统工频整数倍频率的电压或电 流称为谐波。 我们一般用谐波含有率h r ( h a r m o n i cr a t i o ) 、总谐波畸变率t h d ( t o t a l 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) h a r m o n i cd i s t o r t i o n ) 这两个术语来表示谐波的严重程度锄。这些谐波术语的数 学表达式如下： 第h 次谐波电压含有率： h r u 。：生1 0 0 ( 2 4 ) “l 式中 砜第h 次谐波电压( 方均根值) u 基波电压( 方均根值) 第h 次谐波电流含有率： h r i h = 孕1 0 0 ( 2 5 ) 1 1 式中 厶第h 次谐波电压( 方均根值) j 基波电压( 方均根值) 谐波电压含有率： u 。= 、( 巩) 2 yh = 2 谐波电流含有率： k 函 电压总谐波畸变率： 舰耻鲁圳。 电流总谐波畸变率： 爿r d ：生1 0 0 t 谐波源产生的谐波与其非线性特性有关。 线性特件丰善有三大类： ( 2 6 ) ( 2 。7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 当前，电力系统的谐波源，其非 1 铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性是 非线性： o 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2 电子开关型；主要为各种交直流换流装置( 整流器、逆变器) 、双相晶 闸管、可控开关设备等。在系统内部，则如直流输电中的整流阀和逆变阀等， 其菲线性呈现交流波形的开关切合和换相特性： 3 电弧型：各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其 电弧的点燃和剧烈变动形成的高度菲线性，使电流不规则的波动。其非线性呈 现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。 电压波动与闪变【2 6 1 电压波动( v o l t a g ef l u c t u a t i o n ) 为一系列电压变动或连 续的电压偏差。电压波动值表示式： d ：二匕! 1 0 0 ( 2 1 0 ) u 式中砜。、。分别为电压方均根值的最大最小极值 u 。为标称电压 供电电压在两个相邻的、持续1 s 以上的电压方均根值矾和玩之间的差值， 即为电压变动。在不超过3 0 m s 的期间内，同方向的二次或二次以上的电压方均 根值的变动，只算作一次变动，换句话说，在同方向小于3 0 m s 的快速电压变动 不计入电压变动【74 1 。闪变是指灯光照明度不稳定造成的视感f 7 4 1 。严格的说，闪 变这一术语是指人对照度波动产生的主观视觉效果，涉及因素不但与电压波动 的大小，照明装置有关，还与人的主观视觉有关。我们通常用短时间闪变值巴和 长时间闪变值b 来评价闪变严重程度。短时问闪变值只是衡量短时间( 若于分 钟) 内闪变强弱的一个统计量。长时间闪变值r 是由短时间闪变值推算出，反 映长时间( 若干小时) 闪变强弱的量值。 f 兄= 、s f 。lu p m ) 3 ( 2 1 1 ) - ，k = l 式中：只短时间闪变值 栉长时间闪变值测量时问段内包含的短时间闪变值个数 三相不平衡口7 1 三相平衡系统，指的是三相系统中三相电压数值相等，且 按a 、b 、c 顺序互成2 州3 角。但由于系统中存在种种不平衡因素，三相交流 电力系统往往是不符合这个条件的，即不平衡的。我们通常用不平衡度占来表 示三相电力系统的三相不平衡的程度。电压和电流不平衡度分别用蜀，和0 表 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 示，其值分别为电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比。正序分量 ( p o s i t i v e s e q u e n c ec o m p o n e n t ) 是将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分 解后，其正序对称系统中的分量。负序分量( n e g m i v e - - s e q u e n c ec o m p o n e n t ) 是 将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后，其负序对称系统中的分量。 表达式分别是： ， 三相电压不平衡度( ) = 1