（电力系统及其自动化专业论文）高精度多通道电能质量智能监测仪的研制.pdf

a b s t r a c t p o w e rq u a ii t y t e c h n o i o g y l sa n i n t e r d i s c i p ii n a r y a n d p l o n e e r i n 9 s u b j e c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n dt h ep r o q r e s s 0 fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g v ， s o m ep a w e rq u a i i t vd r o b i e m sa r ef r 伽b a dt 0 w o r s e r e s e a r c h e sa b o u t o n l i n ep d w e rq u a ii t v m o n i t o r i n qa r em o r ea n d m o r e a t t a c h e di m p o r t a n c et ob yo v e 广s e a sa n dd o m e s t i ce x p e r t s ， s c h o i a r s ，a n d e l e c t r i cp o w e rp e r s o n n e i s as e r i e s0 fd i 口i t a lm e a s u r e m e n tt h e o r i e sa n d m e t h o d sa r eu t j ij z e di nt h i si t e m p o w e r 口u a i j t vm o n i t o 厂j n gp r o bj e m sa r e a n a i y z e da i j - a r o u n da n d s v s t e m j c a l l y 。s p e c i a i i v ， t h em e a s u r e m e n t t h e o r i e sa n dm e t h o d s0 nh a r m o n j c s ，in t e r h a r m o n i c s ， f l u c t u a t i o na n d f l i c k e r0 fv o i t a q e ， s h o r t t i f 呛v o l t a q ec h a n g e sa n de l e c t r o m a q n e t i c t r a n s i e n t si ne i e c t r i cp o w e rs v s t e m sa r es t u d i e di nd e p t h t h r o u g h r e s e a r c h e so fp 呻悖rq u a | l t vd e t e c t i n qt h e o r i e sa n dm e t h o d s ，d s pb a s e d d e t e c t i n qa r i t h m e t i c sf o r 口叫悖rq u a | i t va r ee s t a b | i s h e d t h e r ea r em a n vk l n d s0 fd l q l t a ls i q n a lp r o c e s s i n q t h e o r i e sa n d m e t h o d s a n ds o 鹏o ft h e m ， f o re x a 硼p i e ，d i s c r e t ef o u r i e 订a n s f o 吼( 0 f t ) ，f a s tf 0 u r i e 仃a i i s f o h n ( f f t ) ， 岫v e l e tt r a n s f o r m ，zt r a n s f o r m ， d i q i t a lf e e r i n g ， h ii b e r tt r a n s f o r m ，a r t i f i c i a fn e u r a ln e t w o r k s ( n n ) a 广ef u z z vf o q i ca n d s o o na r eu s e di nt h i si t e m tt h ed r e s e n tt i m e ，d f t & f f ta r em o s t e f f e c t u a ft h e o r i e sa n dm e t h o d sf o rd i 口i t ajm e a s u r e i l i e n t so fs t e a d va n d a u a s i s t e a d vh a r 朔日n j c sa n di n t e r h a r l n o n i c s ，c 响p u t e r ，晴c ua n dd s p b a s e d a r i t h i 峙七j c so fd f t & f f th a v ea l ib e c o m eq u i t em a t u r ea i r e a d y t h e irk e y p o i n ti np r a c t i c a la p p i l c a t i o ni sh o wt 0r e s t r a i ne r r o r sp r o d u c e da w i n g t 0a s v n c h r o n o u ss a m d l l n ga n ds 1 日n a li n t e r c e p t i o na n di ti ss t u d i e din d e p t hi nt h i s ；t e m t h r o u g hs y n c h r o n o u ss a m p l i n ga n da d d i n 9a p p r o p r i a t e w l n d o wf u n c t i o no no r i q i n a ls i q n a l s t h ei e a k a g ep r o b le 釉o fd f t f f t i sr e s o i v e dint h ei l b e 铂 怕v e i e tt r a n s f o r mi sas o r to f 口r e a t i ve f f e c t i v et i m e f r e q u e n c y a n a l v s i s t 0 0 ia n dd r o v i d e san e wa 口p r o a c h f o ra n a i v s i so fn o n s m 0 0 t hs i g n a l k e r n e l0 fw a v e l e tt r a n s f b r mi sm o t h e r 翻v e i e tu s e dt od i s t i l 口a r t sf r o m o r i q n a is i q n a l so 广d l s a s s e m b l eo r i q i n a is i 口n a i s k e vp o i n t so f 岫v e e t t r a n s f o r ma r ew a v e i e tf i i t e rd e s i 口n sa n d 聃j i t j r e s o i u t j o na n a l y s j s a r i t h m e t i c sa n dt h ec o n t e n t so fj ta r ee x p a t j a t e dd e t a il e d l y u n j v e r s a ii t v0 f 嘲w e l e tt 广a n s f d r mj sb e s tf o rp a w e rq u a li t yd i g l t a l m e a s u r e 咖m t ，a n dw a v eie tt r a n s f o n niso n eo ft h et r a n sie n tp o w e rq u al it y d e t e c t i n qm e l ：h o d sc u r r e n t l v b a s e do n i t ， d e t e c t i n 口a r i t h m e t i c sf o r s h o r t t i m ev 0 i t a q ec h a n q e s ， t r a n s i e n tv | b r a t i o n s ，t r a n s i e n ti m p a c t s ， v o i t a q ef i u c t u a t i o n sa n df ii c k e r s ，t i m e c h a n g eh a r m o n i c s ， n i c k se t ca n d e i i m i n a t i o na r i t h m e t i c sf o rn o i s ea r ee s t a b i i s h e di nt h ei t e m s o m eo f t h e ma r ea 口p i l e dc o 姗憾n d a b l va lr e a d yl nd s p ，a n ds 0 i i i eo f 廿1 e ma r e 贰 t e s t i f i e do ft h e irv a ii d i t ya n df e a s i b i i t yw i t hc d m p u t e rb a s e dm a t l a b e i n u f a t l o n ， d e s p i t en 0p r a c t i c a fe n g i n e e r i n ga p p ii c a t i o n d i g i t a if ii t e r i n gi st h eo n eo f m o s tr a d i c a id i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g m e t h o d s ，a n d f o re x a m p i e ， r e c o m m e n d a t o r vv o l t a q e f l u c t u a t i o na n d f | i c k e r m e t h o d so fe ci sd i q i t a lf ii t e r i n qm e t h o d s k e vd o i n t so fd i q i t a l f ii t e r i n ga r eo fd i q i t a if ii t e rd e s i q n s a l t h o u q ht h e o r i e s0 fd i q i t a i f il t e r i n gb e c o m e sc o n s i d e r a b l e m a t u r i t va ir e a d v ， h o wt 0d e s i q n c o m p ii c a t e df i t e rt 0b ec l o s et 0d is c r e t i o n a r yc u r v eisn o ta na w f u | i v e a s yj o b 0 t h e 广w i s e ， t r a n s i t i o na r e ao fd i q i t a if ii t e ra f f e c t sm e a s u r e p r e c i s i o n f o ru t ii z i n qd i q l t a if 1 t e r i n gm e t h o d st om e a s u r ev 0 i t a q e f i u c t u a t l o n sa n df li c k e r sh j 口ha c c u r a t e v ， d j g r e aj f ij t e rd e s i 日n sa r e n v e s t i q a t e di nd e 9 t h 1 nd o n er e s e a r c h 口r o c e s s ，s o m ec o m d i i c a t e dd i q i t a i f ii t e r i n qa r i t h m e t i c sa r ee s t a b ii s h e dt o i m i t a t ev is u a i a c u i t v c o e f f i c i e n tc u r v e sh i q ha c c u r a t e i v ，s ot h a tac h o k ep o i n t0 fv o l t a q e f l u c t u a t i o n sa n df ii c k e rd i 口i t a lf il t e rm e a s u r e m e n ti ss 0 i v e d ， f b e r tt r a n s f o r mi sae s p e c a f i n e a rt r a n s f o r m ，o u t p u t so fw h i c h p r o d u c ep h a s i cm o v e m e n tr e l a t i v et oi n p u t s0 n i va n di t sa d a 口t i v et 0 d e t e c tin go fr e a c tiv ep o w e rp r o d u c e db vn o n | in e a rv olt a q ea n dc u r r e n t a ne m b e d d e ds t u d vo nhi | b e r tt r a n s f o r md e t e c tn qm e t h o do fn o n | in e a r r e a c t i v ed o w e ri s d o n e ，a n dl ti sa c t u a | l z e dw i t hd s p a n ni sa na r t i f i c i a ii n t e i ii q e n c ed o s s e s s i n gi e a r n l n ga n dm e m o r y f u n c t i o n 1 ti sv e r ve f f e c t u a ii nn o n lin e a ri m i t a t i o na n dm o d e i d e n t i f i c a t l o n ，a n di sp 广0 p i t i o u st 0i d e n t i f i c a t i o n0 fp o w e rq u a ii t y d i s t u r b a n c es t v l e s i fa n n sa r e n t e q r a t e dw i t ho t h e ra 广t i f i c i a l i n t e il l g e n c e ss u c ha sf u z z v1 0 9 j c s 。 e x p e r ts y s t 册s ，a d a p t a b i ii t ya n d i n t e | li g i b i ii t v0 ft h e mc a nb ei n c r e a s e d t h e r e f o r e ， a ni n d e p t hs t u d y o nc 伽d o s i t i v e 州n si sd o n eint h isi t e m a f t e r t h e o r va n a i v s i s a n da r i t h m e t i c s 鲫u i a t i o n d e v e l o p m e n to fh i g h p r e c i s i o nm u l t i p u r p o s ep o w e rq u a l i t yi n t e l l i g e mm o n “0 r i n gm e t e rb e g i n s as e r ie s o fn e wt e c h n i q u e ss u c ha sh i g hs p e e df l o a td s p ，h i 曲s p e e da 雕l 【i c u ，e m b e d e d l i n u xe t ca r ep r e s e n t e d ，a n das e r i e s0 fn e wd e s i q ni d e as u c ha sh a r d w a r e d e s i 日no fm o d u l a r i z a t l o na n dm o d u l a r iz a t i o na n do b i e c to r i e n t e dd e s i g n o fs o f t w a r eint h i si t e m 。a c c o r d i n q l v ， i nt h ed e v e i o p e ds e t ，t h e r ea r e m a n ve x c e | | e n c e ss u c ha su n i v e r s a i i t v ， i n t e 广c o n v e r t i b il l t y ， e a s y u p q r a d e ，h i g ha c c u r a c v ，m u i t i f u n c t i o n ，v a s t p u r p o s ea n ds oo n in0 r d e rt 0 帕k et h ed e v eio 口e dm o n i t o r i n gm e t e ra c hie v e s 0 re x c e e d s a n t i c i d a t i v ed r e c i s i o na n df u n c t i o n ， a r i t h m e t i c s ， c ir c u i t r i e sa n d s o f t w a r e sa r et e s t e da n da m e li o r a t e dt i m e sw i t h o u tn u m b e r ， a n dw h o i e0 f s e ti se x d e r j m e n t e do njnc o m p ii c a t e d i a b o r a t o r i a le n v ir o n m e n ta n dr u n s i nc o m p i i c a t e do p e r a t i o n a ie n v ir o n m e n ta c t u a i i y k e yw o r d s ：p o rq u a l i t y ：l l l o n i t o r m a t h e i l l a t i ct r a n s f o r m ： n g ；d s p ：a 跚；踟b e d d e dl i n u x a r t i f i c ；a l ；n t e l ；i g e n c e 叁 第一章绪论 1 1 立项依据和研究意义 1 1 1 立项依据 高精度多通道电能质量智能监测仪将集成谐波监测仪、电能计量仪、电能质 量监测仪、电力故障录波仪、电力参数检测仪等，属高新技术项目。高精度多通 道电能质量智能监测仪不仅可广泛用于电力系统内部的变配电站，也广泛用于 各种工业、电气化铁道、城市地铁以及重要的商业、农业和民用用户，也可作为 教学、科研的实验设备。基于此，长沙威胜电子有限公司瞄准国内外电力系统电 能质量监测技术发展趋势，将高精度多通道电能质量智能监测仪列入2 0 0 3 年新 技术年度发展计划，确定为重要高科技产品开发项目。 1 1 2 研究意义 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 门向电力用户提供由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品，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。在现代社会中，电能成为极为重要 的能源，提高和保证电能质量已经成为世界上许多国家包括我国在内日益重视的 问题。为了保障电能质量，在电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节都 需要对电能质量准确监测。 在现代电力系统中，一方面，现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更 高；另一方面，对电力设备运行总效率的重视程度不断加强，大量使用电力电子 装置，这些设备的使用导致电网谐波污染。 近年来，由于电力电子装置如高效率电机变速驱动，为降低损耗和校正功率 因数而采用的并联电容补偿器等，在电力系统中被广泛应用，一方面对电力系统 的电能质量提出了更高的要求，如许多新的电器和装置都带有基于微处理机的控 制器和功率电子器件，它们对各种电磁干扰都极为敏感；另一方面给电力系统带 来了新的污染，更广义的称为电气环境污染，致使供电电压干扰水平加重，恶化 了电能质量，带来了诸多问题，对电力系统安全运行带来直接的或潜在的危害， 人们对电能质量的认识在不断提高，从而使传统的电能质量指标体系不能适应新 的情况，迫使提出和推行新的电能质量指标体系，从而使传统的电能质量监测仪 面临淘汰的命运，开发和使用新的高性能电能质量监测仪成为必然。实际上，电 能质量己受到了越来越多的电力企业和电力用户的关心，而在线监测是电能质量 监测技术发展的新趋势。与此同时，计算机技术、信息处理技术、自动化技术、 集成电路技术以及微电子技术的迅速发展，为发展高性能电能质量监测仪提供了 坚实的物质基础，也为仪器仪表企业开发高性能电能质量监测仪提供了机遇。 随着电力系统的发展和科学技术的进步，尤其是近二十年来，微电子技术、 计算机技术、精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术、 网络技术、纳米技术、激光技术、超导技术等高新技术获得了迅猛发展。这一背 景和形势，不断地向电能质量监测提出了更高、更新、更多的要求，如要求速度 更快、灵敏度更高、稳定性更好、使用更方便、成本更低廉等。目前，电能质量 监测已在向计算机化、网络化、智能化、集成化自目方向迅速发展，而且由于大量 高新科学技术的研究成果、跨学科的综合设计、高精尖的制造技术与严格科学的 实际应用，因而使它还正朝着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、 检测、控制对象全方位信息的方向阔步前进。可以看出，高科技化不但是现代电 能质量监测的主要特征，也是新世纪电能质量监测的发展主流。电能质量监测产 品的高科技化，日益成为电能质量监测科技与产业的发展主流。应运而生的高精 度多通道电能质量智能监测仪，由于它与传统电能质量监测仪相比存在稳定性 高、精度高、灵敏度高、线性动态范围大、功能多、智能化容易、用途广，功耗 小、体积小、重量轻、结构精密等诸多优点，特别是随着微电子技术的发展，其 高精度、多通道、智能化的优势越来越明显。随着电力系统自动化水平日益提高， 电力信息的获取和管理变得越来越重要，国内外的电能质量监测仪表市场对高精 度多通道电能质量智能监测仅的需求呈现愈来愈强烈的趋势。 我国自2 0 世纪9 0 年代开始发展电子式电能质量监测仪，己取得骄人成绩。 但是，电能质量监测仪行业整体综合技术水平尚只能达到国际2 0 世纪8 0 年代末 期或9 0 年代初的水平，与国外先进水平相比存在较大的差距。数字化、智能化 和精度不高是普遍现象。高精度、多通道、智能化的高性能电能质量监测仪基本 上依赖进口，造成产品价格居高不下，迫切需要发展我国有自主知识产权的高精 度多通道电能质量智能监测仪。另外，在我国加入w t 0 之后知识产权保护强度加 大咀及国外先进国家在高科技领域对我国实行技术封锁政策的新形势下，我国企 业面临新的挑战和机遇，一方面继续走仿造、引进，靠花钱买技术的老路不但无 法赶上世界先进水平，无法与世界大企业进行技术抗衡，还会因国内企业产品技 术雷同，竞争激烈导致销售不畅或被追降低售价造成利润下降，影响企业发展后 劲。实际上，由于国内各行各业的量大面广的中低档产品的生产能力已严重过剩， 产品市场竞争非常激烈，备企业为保证市场占有率，已经在产品价格上做了最大 的努力，整个行业产品价格处于微利状态，已没有降价的空间，又由于整个市场 需求处于供过于求的状态，产品价格上升的可能性微乎其微，只有一些高技术含 量的产品，因性能价格比具有明显的优势，才获得了可观的利润，这就要我国企 业必须改变发展思路，走科技兴企之路，大力增加产品开发投入；另一方面，由 于在中高档产品方面，如高精度多通道电能质量智能监测仪等又与先进国家产品 技术水平有差距，不能完全满足国内市场需求，需要进口，价格很高，存在很大 利润空间，如果集中精力走技术开发和创新之路，完全可能突破技术瓶颈，取得 自己的独立知识产权，使竞争能力发生阶跃性提升，从而迎来全新的发展机遇， 因此我国仪表企业组织起自己的强有力开发队伍，积极参与高精度多通道电能质 量智能监测仪开发研究，无疑将具有重要的战略意义和光明美好的前景。 1 2 国内外研究现状及其分析 1 2 1 电能质量概念 迄今为止，一方面，用什么样的词语来描述供电与用电( 系统与负荷) 双方的 相互作用和影响还未完全统一；另一方面，人们对电能质量的技术含义还存在着 不同的认识，还未能给出一个准确统一的定义。 起初，人们在谈到供电与用电( 系统与负荷) 双方的相互作用和影响问题时， 使用的技术名词上很不规范。例如，有使用“e l e c t r i cp o w e rs y s t 鲫sq u a li t y ” ( 直译为电力系统质量) ，或使用“q u a l l t yo fp o w e rs u p p i y ”( 供电质量) 等 词语的，对其含义也各有解释。有文献报道，在1 9 6 8 年发表的一篇关于美国 海军电子设备电源规范研究的论文中，最先使用丁“p o w e rq u a i l t y ( 电能质量) 这一词语。与此同时，前苏联等国家开始使用“v o i t a g eq u a l i t y ”( 电压质量) 。 此后，越来越多的研究人员表现出对电能质量或电压质量的关心，并在关于电能 质量问题应采用规范的技术名词上逐渐趋向一致，i e e e 标准化协调委员会和国 际电工委员会( i e c ) 也接受了“p o 岭rq u a li t y ”( 电能质量) 这一术语”。1 。但 是，i e c 此前并没有采用“p o 啪rq u a li t y ”( 电能质量) 这一术语。而是提出使 用“e m c ”( 电磁兼容) ”。术语，指出和强调设备与设备之间的相互作用和影响， 以及电源与设备之间的相互作用和影响。 什么是电能质量，由于出发点不同，电能质量存在很多不同的定义。i 旺e 标准化协调委员会对电能质量的技术定义为0 1 ：合格电能质量的概念是指，给敏 感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的( 在许多情况 下，接地系统对电能质量有很大的影响，以往对其认识不足) 。国际电工委员会 ( 1e c ) 给出的电能质量定义是指：在电力系统中某一指定点上电的特性，这些 特性可根据预定的基准、技术参数来评价”1 。而在i e c 提出的电磁兼容概念中， 采用排放( e m i s s i o n ) 来表示由设备产生的电磁污染，反映出电流质量问题”。，采 用抗扰( i 嗍u n i t v ) 来表示设备免除电磁污染的能力，反映电压质量问题。但是， 电力公司常将电能质量定义为供电可靠性，并用统计数字来表示；设备制造商常 将电能质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采 用不同的电能质量指标；从用户方面考虑，电能质量定义为导致用户设备失效或 不能正常工作的电压、电流或频率偏差。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并未得到公认的定义。例如，有把电能质量描述为众多单 一类型的电力系统干扰问题总称的；有把电能质量简单定义为优质供电的。 另外，在电工学中、p 删e r ( 电力、电功率等) 的含义是指能量传输的速率， 它与电压和电流的乘积成正比，p 洲e r 本身并不具备质量属性，因此不可能定 义这一物理量的质量概念。因此需要采用其他概念来描述供电与用电( 系统与负 荷) 双方的相互作用和影响的问题，尽管这些术语和定义末得到公认，如：q ) 电 压质量，给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户供给的电力 是否合格；电流质量( c u r r e n tq u a ii t y ) ，为反映与电压质量有紧密关系的电 流变化情况，除了对用户取用电流提出恒定频率正弦波形要求外，还力图使该电 流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行；供电质量( q u a l i t y o 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 1 2 国内外研究现状及其分析 1 2 1 电能质量概念 迄今为止，一方面，用什么样的词语来描述供电与用电( 系统与负荷) 双方的 相互作用和影响还未完全统；另一方面，人们对电能质量的技术含义还存在着 不同的认识还未能给m 一个准确统的定义。 起初，人们在谈到供电与用电( 系统与负荷) 双方的相互作用和影响问题时， 使用的技术名词上根不规范。例如，有使用“e i e c t r i cp o 鹏rs v s t e m sq u a l t y ” ( 直译为电力系统质量) ，或使用“q u a l i t yo fp 删e rs 叩p i y ”( 供电质量) 等 词语的，对萁含义也各有解释”1 。有文献报道，在1 9 6 8 年发表的一篇关于美国 海军电子设备电源规范研究的论文中，最先使用丁“p 呻e rq u a ii t y ( 电能质量) 这一词语。与此同时，前苏联等国家开始使用“v o l t a g eq 响| i t y ( 电压质量) 。 此后，越来越多的研究人员表现出对电能质量或电压质量的关心，并在关于电能 质量问题应采用规范的技术名词上逐渐趋向一致，i e e e 标准化协调委员会和国 际电工委员会( i e c ) 也接受了“p o 帆rq u a t y ”( 电能质量) 这一术语8 。但 是，i e c 此前并投有采用“p o w e rq u a i l t y ”( 电能质量) 这一术语。而是提出使 用“酬c ”( 电磁兼容) ”。术语，指出和强调设蔷与设备之间的相互作用和影响， 以及电源与设备之间的相互作用和影响。 什么是电能质量，由于出发点不同，电能质量存在很多不同的定义。l 旺e 标准化协调委员会对电能质量的技术定义为0 1 ：合格电能质量的概念是指，给敏 感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的( 在许多情况 下，接地系统对电能质量有很大的影响，以往对其认识不足) 。国际电工委员会 ( i e c ) 给出的电能质量定义是指：在电力系统中某一指定点上电的特性，这些 特性可根据预定的基准、技术参数来评价”1 。而在i e c 提出的电磁兼容概念中， 采用排放( 驯i s s i o n ) 来表示由设备产生的电磁污染，反映出电流质量问题“1 ，采 用抗扰( i _ u n i t y ) 来表示设各免除电磁辑染的能力，反映电压质量问题。但是， 电力公司常将电能质量定义为供电可靠性，并用统计数字来表示；设备制造商常 将电能质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采 用不同的电能质量指标：从用户方面考虑，电能质量定义为导致用户设备失效或 不能正常工作的电压、电流或频率偏差。除此之外，在这一研究领域的许多文献 和报告中还采用了些并未得到公认的定义。例如，有把电能质量描述为众多单 一类型的电力系统干扰问题总称的；有把电能质量简单定义为优质供电的。 另外，在电工学中、p o r ( 电力、电功率等) 的古义是指能量传输的速率， 它与电压和电流的乘积成正比，p o r 本身并不具备质量属性，因此不可能定 义这一物理量的质量概念。因此需要采用其他概念来描述供电与用电( 系统与负 荷) 双方的相互作用和影响的问题，尽管这些术语和定义末得到公认，如：电 压质量，给m 实际电压与理想电压间的偏差，| 三l 反映供电部门向用户供给的电力 是否合格：电流质量( c u r r e n tq u a i j t y ) ，为反映与电压质量有紧密关系的电 流变化情况，除了对用户取用电流提出恒定频率正弦波形要求外，还力图使该电 流波形与供电电压同相位，蛆保证系统以高功率因数运行；供电质量( q u a li q o 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 o fs u p p ly ) ，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 li t yo fs e r v i c e ) ，它包括供电部门对用 户投诉与抱怨的反应速度和电力价格的透明度等；用电质量 q u a 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， 它反映供用双方相互作用与影响中用电方的责任和义务；等等，这里不一一列举 7 1 0 o 由此可见，时至今日，在供用电双方，甚至在电力研究者中关于电能质量的 范畴、定义，以及质量下降的起因等许多方面仍存在看分歧与争论，在使用的相 关名词上也并未完全达成共识。不过，采用“p o 啪rq u a | i t y ”( 电能质量) 术语 描述供电与用电( 系统与负荷) 双方的相互作用和影响不仅已经基本得到普遍接 受，而且统一到“p 删e rq u a i i t v ”( 电能质量) 术语已是一种必然趋势。 1 2 2 电能质量分类 电能质量问题是一个跨学科的边沿性课题。也是当前及今后相当长时间内 电力部门及用电部门所面临的一个极严峻的l 、盈题。为了系统地分析研究电能质量 现象，并能够对其测量结果进行分析，从而找出引起电能质量问题的原因和采取 针对性的解决办法，需要对电能质量进行分类和给出相应的定义或规定。对于电 能质量现象，可以从不同角度分类。根据干扰因素的不同，i e c 把引起电磁干扰 的基本现象分为6 类： ( 1 ) 传导型低频现象：谐波、间谐波，信号系统( 电力线载波) ，电压 波动，电压凹陷骤降) 和间断，电压不对称，工额偏差，感应低频电压， 交流电网中的直流分量； ( 2 ) 幅射型低频现象：工额电磁场； ( 3 ) 传导型高频现象：感应连续波电压或电流，单方向瞬变，振荡性瞬 变； ( 4 ) 辐射型低频现象：磁场，电场，电磁场，连续波，瞬变； ( 5 ) 静电放电现象( e s d ) ( 6 ) 核电磁脉冲( n e 锵p ) ie c 进一步把电力系统电能质量问题分为7 大类，每一类又分为若干方面” ( 1 ) 长时间电能质量问题：长时过电压、欠电压、持续失去电压 ( 2 ) 短时间电能质量问题：短时电压下降、短时电压升高、瞬时电压下 降、瞬时电压升高、电压凹陷、短时断电、瞬时断电 ( 3 ) 暂态电能质量问题：冲击暂态、振荡暂态 ( 4 ) 频率变化：长时频率变化、短时频率变化、瞬时频率变化 ( 5 )三相不平衡：不平衡度、负序分量、零序分量 ( 6 ) 电压波动和闪变：电压闪变包括电匝长期闪变值、短期闪变值、瞬 时闪变值 ( 7 ) 波形畸变：直流偏移、谐波、间谐波、陷波、噪声 根据引起干扰因素的不同，le e e 给出的引起电能质量电磁干扰的基本现象分 类如下表1 所示。 种类典型频谱成分 典型持续时间典型电压幅值i 纳秒级 5 n s 上升 1 m s 瞬 低频 5k h z o 3 5 0 m s 0 4 p u 态 振 中频 5 5 0 0 k h z2 0 us0 8 d u 荡 高频 o 5 5 m h z 5us o 4 p u 短电压中断o 5 3 0 周波 0 1 p u 时 即 电压跌落o 5 3 0 周波o 1 o 9 p u 电 时 电压升高0 5 3 0 周波 1 1 l8 d u 压 电压中断3 0 周波3 s l m i l l o 8 0 9 p u 过电压 1 m i n11 1 | 2 p - u 电压不平衡 稳态o 5 2 直流偏移稳态 o 0 1 谐波 o 1 0 0 也 稳态 0 2 0 波形失真 间谐波 0 6 k h z 稳态 o 2 缺口 稳态( 0 5 周波) 噪音宽带稳态 o l 电压波动 2 5 h z 断续 0 1 7 频率偏差 l o s 欧洲共同体把电能质量的共分为如下5 个大类1 3 个指标： ( 1 ) 频率偏差：在互联电网中，在孤立电网中 ( 2 ) 电压幅值：慢速电压变化( 即电压偏差) ，快速电压变化( 电压波动 与闪变) ，电压暂降，短时断电，长时断电，暂时工频过电压，瞬态 过电压 ( 3 ) 电压不平衡 ( 4 ) 电压波动：谐波电压，间谐波电压 ( 5 ) 信号电压 以上内容反映了近几年国际上在电能质量现象分类和特性描述等方面取得 的研究成果。由此也可以看出，目前的电能质量分类并末统一。不过，尽管l e c 与ie e e 、欧洲共同体给出的电能质量现象分类有所不同，但是其本质是相同的。 不同的是l e e e 给出的关于电能质量领域电磁现象分类更具体，对各种现象进一 步用其属性和特征加以描述。因此ie 旺提供了一个更清晰描述电能质量及电磁 干扰现象的实用工具。另外，根据研究对象的不同，电能质量可以分为电压质量、 频率质量、电流质量；根据在电力系统中作用的不同，电能质量可以分为发电质 量、输电质量、供电质量、用电质量，等等。我国对电能质量分类的研究不很深 入，基本上是等同采用l e e e 或者le c 的分类方法，没有形成自己的分类体系。 1 2 3 电能质量标准 电能质量是个抽象的概念，内涵丰富，外延广阔，为了便于丁f 展电能质量 工作，国际上制定了各种电能质量标准。l 旺e 制定了l 旺e5 1 9 电能系统谐波控 制规范和要求”1 ，l e e e l l 5 9 电能质量监测推荐规范。1 。i e c 把电能质量归为电磁 兼容范畴，在i e c6 1 0 0 0 ( 1 6 部分) 标准系列中，制定了专门的电能质量标准， 主要有le c6 1 0 0 0 一4 3 0 电能质量测量方法”】、ie c6 1 0 0 0 4 7 供电系统及其连 接设备的谐波与间谐波测量与仪器通用指南0 1 、i e c6 1 0 0 0 4 1 5 闪变仪功能与 设计规范“1 。欧洲共同体也颁布了一个电能质量标准，称为公用配电系统供电 电压特性( 1 9 9 4 年) ，作为欧洲共同市场对中低压电能质量的统一标准。我国 相继颁布了6 个单项电能质量标准，它们是供电电压允许偏差( g b t 1 2 3 5 2 1 9 9 0 ) 、电力系统频率允许偏差( g b t 1 5 9 4 5 1 9 9 5 ) o ”、三相电压允许不平街度 ( g b t 1 5 5 4 3 - 1 9 9 5 ) ”、公用电网谐波( g b t 1 4 5 4 3 1 9 9 3 ) ”、电压允许波动 和闪变( g b t 1 2 3 2 6 - 1 9 9 0 及g b ”2 3 2 6 2 0 0 0 ) ”、暂时过电压和瞬态过电压( g b t 1 8 4 8 1 2 0 0 1 ) ”，标准规定了交流电力系统中作用于电气设备稳态电压、频 率、三相平衡度、波动与闪变、波形畸变以及暂时过电压和瞬态过电压要求、电 气设备的绝缘水平，以及过电压保护方法。但是电能质量标准体系远没有完善， 以l e c 标准和我国为例，其电磁兼容形成了环境和通用标准系列、限值标准系列、 试验与测量技术标准系列，电能质量标准规定的就过于简单和笼统。基于这种睛 况，国内外正在加快电能质量标准的制定步伐，我国已经在着手进行电能质量 监测设备通用要求和电能质量电压暂态和短时断电标准制定工作。 1 2 4 电能质量检测方法 电能质量指标很多，使用的检测方法也很多。归纳起来，电能质量检测方法 可以分为基于方均根值、变换、滤波、统计、函数、人工智能等几大类。一般来 说，缓慢电压变动( 电压偏差) 、三相不平衡度多采用基于方均根值的检测方法； 频率偏差、电压长时闪变、电压短时闪变检测需要用到统计分析方法；电压波动 检测可采用的方法有滤波、变换、神经网络等方法；波形畸变中的谐波与间谐波 检测多采用各种变换方法( 傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换、正交变换) 和人工智能方法；暂态电能质量常采用变换、统计分析、分形理论和人工智能相 结合的方法。 基于方均根值或滤波的检测方法属于传统方法，原理简单，信息处理量小， 实现容易。因此，电能质量检测方法的研究主要集中在谐波、波动、暂态电能质 量扰动的