（电气工程专业论文）web技术的电能质量监测系统的设计与实现.pdf

a d o 实现与数据库连接，结合用户从页面输入的查询量、查询对象以及查询时 间的信息，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。 本文所建立的新型的电能质量监测与管理系统加强了电能质量数据管理的 互操作性和伸缩性，为大范围的信息共享和数据处理提供了新的应用平台。具 有较高的工程推广价值。 关键词：电能质量监测系统数据库w e ba s p 客户机服务器 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no nw e b b a s e dp 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 m j o t ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n d i t sa u t o m a t i o n g r a d u a l ：z h e n g s h uz h a n g a d v i s o r ：h o n g g e n gy a n g i nr e c e n ty e a r s ，p o w e rq u a l i t yh a sg r a d u a l l yb e c o m ea l li m p o r t a n tc o n c e m t h e e x t e n s i v ea p p l i c a t i o n sf o rp o w e re l e c t r o n i ca p p a r a t u sa n dn o n l i n e a re q u i p m e n t d i s t o r tt h ew a v e f o r m so fv o l t a g e sa n dc u r r e n t s a sar e s u l t ，p o w e rq u a l i t yi sg o i n g m u c hw o r s e i na d d i t i o n ，d u et ot h ei m p r o v e m e n to fi n d u s t r i a la u t o m a t i z a t i o n ，s u c h p a r t so fa na p p a r a t u sa sm p ua n dp l ca r ea p p l i e dt oi n d u s t r i a lp r o c e s sc o n t r o l s ， w h i c ha r cd i s t u r b e de a s i l yb ys t i r sf r o mp o w e rs y s t e m t h e r e f o r em o d e mi n d u s t r y n e e d sh i 曲e rp o w e rq u a l i t yt h a no l do n ed o e s a tt h es a m et i m e ，w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp 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 e f 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 d c o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nf r o mu t i l i t yc o m p a n i e sa 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 a l i t yi s s u e sh a v eb e e nb 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 d v o l t a g ei n t e r r u p t i o n ，a n db r i n gc u s t o m e r sa m o u n to fl o s s d e v e l o p i n gas y s t e mf o r p o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n g f p q m ) h a sb e e nb e c o m et h er e q u i r e m e n t so fb o t ht h e f a c u l t ya n dc u s t o m e r 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 c e r n e da b o u t p 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 o n i t o r i n gn e t w o r k u n d e rt h es i t u a t i o n a si n t e r n e ti sg r o w i n gr a p i d l y , i tb e c o m e sa p 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 yb e c a u s eo fi t so 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 o n i t o r i n gw i l lb e i m p r o v e dg r e a t l yi fi n t e r a c ti si n t r o d u c e d d u et ot h ep o p u l a r i t yo fw e bs k i l la n dt h e 咖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 o n i t o r i n gi ss t u d i e di nt h i sp a p e r u n d e rt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t ，t h er e s e a r c ho ft h i st h e s i sf o c u s e so n w e b b a s e dp o w e rq u a l i t 3 , m o n i t o r i n gs y s t e mt h r o u 曲a s s i g n i n gt a s k st oc l i e n ta n d s 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 nm a k et h eb e t t e ru s eo ft h e i rp r o c e s s i n g a b i l i t yt oa c h i e v et h eg o a lt h a tt h es y s t e mc 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 e l 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 s a r c h i t e c t u r eo fe a c hl e v e lw i t l lr 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 ma 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 ea 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 nt 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 bt 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 t h ep o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs y s t e ms e tu pi nt h i sp a p e rh a ss t r e n g t h e n e d m 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 yo fp o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n ga n dh a v eo f f e r e da n e w a p p l i c a t i o np l a t f o r mf o ri n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dd a t at r e a t m e n ti nt h eb i gr a n g e i th a sah i g h e rv a l u ei ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s 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 四川大学工程硕士学位论文( 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 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、 研究就是这两方而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，1 | ：l 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【1 以及涉及到的相关经济 方面【2 j 1 人们逐步提高对电能质量问题【3 l 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f 4 ，5 】。由于高压直流输电系统的应用和大量变频 器、整流器、也弧炉等非线性负载的接入，使得电网中的谐波污染情况同趋严 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| j 电力供需矛盾仍比较大，电网中的自动调压、无功自动补偿 装置难确动作率不高等原因，造成用户端电压严重不稳定，用电高峰时电压过 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 上现致，都属于电能质量方面的问题i6 1 1 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，以提高电力系统运行总效率。例如，高 效率的电机变速驱动以及为降低损耗、校正功率因数而采用并列屯容补偿器， 还有大簸使用的用户电子设备嫦但是这又会导致电网谐波污染，电能质最水 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，如供电脚断，大功率器件的投切，电压跌落引起的暂态现象等， 并且向电力部门提出了改善供应电能质量的要求。 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) ( 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，而它们对 各种电磁干扰都极为敏感，因此对屯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( 嚣口电力公司) 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1 4 硼。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。电能质量闯题是指电力系统扰 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：从用户的观点可表示为电压质量p 】。 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、空间的变化而交化，往往引发事放的干扰出现的时间 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l 训，充分利用i n t e r a c 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 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 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 的意义。 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 v 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。铡如谲度 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1 5 4 l 。国家电力 数据网( s p d n e t ，s t a t ep o w e rd a t an e t w o r k ) 就是在电力逶信网的数字微波通 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旄。 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，时阃数据以及日期数据。 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 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 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f l o jh 。 到上世纪末本世纪初，i n t e m e t 使得多对一的数据通信变得简单而且更快， 通过i n t e r a c 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n ，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1 1 2 1 。 w e b 技术在电力系统中的应用逐渐发展成熟。文献【1 3 】中，基于w e b 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 r r 圮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 卜【l8 】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 豹网络型监测构架，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 事务和电能质量监铡中的一些数据处理事务，用户通 过浏览器可直接查看蓝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，这种传统的用户煎测仪( 或分析仪) 模式，存在较多不足有待 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 4 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 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【l 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p l 。川，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 质量管理系统【扪，采用c s - - - 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 c 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【”俩 者优点的混合式的电能质量监测解决方案【3 s , 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羹的定义、分类、管理醴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 对电能质量监测的发展前景，联系到i n t e m 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。 1 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i i 州，基于服务器一监测 仪在测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，为实现测览器模 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柝系统的网站平台； 3 提出实现了查询与分柝并举，数据处理、图表显示、报表输出打印等 模块化功能，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， 减少了数据处理时问和信息资源的浪费； 4 完成软件设计、编程、测试和调试。 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2 电能质量概述 现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家 发腱水平的主要杯志z 一。姐籀电力币场的形成_ 午| j 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f 2 0 书】。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 一个理想的电力系统以恒定的频率( 5 0 赫兹) 正弦波形，按规定的电压水 平( 标称电压) 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1 2 0 0 的对称状态。由于系统各元件( 发电机、变压 器、线路等) 参数并不是理想线性和对称的，负荷性质各异且随机交化，加之 调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态 在实际中并不存在，而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的 问题，也就产生了电能质量( p o w e rq u a l i t y ) 的概念。 从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电，它包括频率、供电持续性、电 压稳定和电压波形【2 ”。迄今为止，人们对电能质量的技术含义还存在着不同的 认识，这一方面是由于人们看问题的角度不同，如电力部门可能把电能质量简 单地看成电压与频率的合格率，并且用统计数字来说明电力系统9 9 是符合质 量要求的：电力用户则可能把电能质量笼统看成是否向负荷正常供电；而设备 制造商则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况 的需要，但实际上不同厂家和不同设备对电源特性的要求可能相差甚远。另一 方面，对电能质量的认识也受电力系统发展水平的制约，特别是用电负荷的性 能和结构。 什么是电能质量? i e e e 技术协调委员会正式采用“p o w e rq u a l i t y ”这一术 语，并且给出了相应的定义：合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设 置的接地系统是均适合该设备正常工作的。这个定义的缺点是不够直接和简明。 文献【2 】采用的电能质量定义为：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。这个定义较简洁，也概括了电能质量问题的成因和后果。当然 这里的偏差应广义理解，甚至应包括供电可靠性。 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 除此之外，在这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 申压质量( v o l t a , 2 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，但不能概括大多数园电压原 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 l 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 t o n s u r e - 两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 2 电能质量参数分类 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，将电能质量进行分类 和给出相应的定义或规定是很重要的。对于电能质量现象可以从不同角度分类。 针对我国目前对电能质量的研究、分析和监测，主要集中在现有电能质量国家 标准的六个方面：供电电压偏差；电力系统频率偏差；公用电网谐波；电压波 动和闪变；三褶电压不平衡度；过电压。 电能质量监测主要是针对电能质量的各项指标( 参数) ，实时地、定时地或 者根据露要随机地进行观测和监视，以便随时了解鉴测范围内电网的电能质量 状况和趋势。 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2 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 j 础年u 设备状况而异，电出偏差计算公式如p ： 电压偏差( ) = ( 实际电压一额定电压) 额定电压1 0 0 电能质量供电电压允许偏差( g b l 2 3 2 5 9 0 ) 规定电力系统在正常运行 条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为： ( 1 ) 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。 2 2 2 电压波动和闪变 供电电压在两个相邻的、持续时间在l s 以上的电压有效值u l 和u 2 之间的 差值，称为电压变动。电压波动是一系列电压变动或连续的电压偏差。电压波 动值为电压有效值的两个极值u m a x 和u m i n 之差u ，常以其标称电压u n 的 百分数表示其相对百分值，即 d ：望憋二坠1 0 0 ( 2 _ 1 ) u 单位时问内电压变动的次数称为电压波动的频度y ，一般以r a i n “或s 以作 为频度的单位。 电压波动波形，在分析时可抽象地将工频电压u ( 或u ) 看作载波，将波动电 压v 看作调幅波。波动电压可能是具有单一频率的正弦波，也可能是具有任意 波形的调幅波。 电压波动常会引起许多电工设备不正常工作。如果电压波动引起白炽灯闪 变，我们就称发生了电压闪变。闪变是人对照度波动的主观视感。 闪变的主要决定因数有： 8 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 1 供电电压波动的幅值、频度和波形； 2 照明装置，以白炽灯的照度波动影响最大，而且与白炽灯的瓦数和额定 电压等有关； 3 人对闪变的主观视感。由于人们视感的差异，需要对观察者的闪变作抽 样调查。 供电系统的电压波动和闪变多由用户的波动性负荷所引起。波动性负荷可 分为周期性的和非周期性的两大类，其中，周期性的或接近周期性的波动性负 荷对闪变的影响更为严重。波动性负荷主要有：电弧炉、感应炉的变频电源、 绞车、轧机、电动机起动( 尤其是频繁起停的工况) 、采矿的挖掘机、锯木机和 粉碎机等这些波动性负荷，影响和危害公共连接点( p c c ) 上的其它用户设 备，必须引起重视。 2 2 3 三相电压不平衡度 在理怒的三相交流电力系统中，三相电压应该具有相同的数值，且按a 、 b 、c 三相顺序互成1 2 0 0 角度，这样的系统叫做三相平衡( 或对称) 系统。然 而由于存在种种不平衡因素，实际的电力系统并不是完全平衡的。不平衡度允 许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下负荷所引起的电压不平衡度为最 大的生产( 运行) 周期中的实测值，例如炼钢电弧炉应在熔化期测量等。在确 定三相电匿允许不平衡指标时，国标g b t 1 5 5 4 3 1 9 9 5 规定用9 5 概率值作为 衡量值。即正常运行方式下不平衡度允许值，对于波动性较小的场合，应和实 际测量的五次接近数值的算术平均值对比；对于波动性较大的场合，应和实际 测量的9 5 概率值对比；来判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能 超过的限制值，以保证保护和自动装置的正确动作。 不平衡因素可归结为事故性的和正常性的两大类。事故性的不平衡是由于 三相系统审一相( 或两相) 出现故障所致，这种不平衡工况是系统运行所不允 许的，一般由继电保护、自动装置动作切除故障元件后在短期内使系统恢复正 常。正常的不平衡则是负荷不平衡、系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正 确调谐所致作为电能质量指标之一的电压不平衡是针对正常不平衡运行工况 制定的。 三相电压不平衡会对电力系统和用户造成系列的危害，其中主要有： 四川大学上程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 1 引起旋转电机的附加发热和振荡，危及其安全运行和正常出力 2 引起以负序分量为起动元件的多种保护误动作； 3 使半导体变流没备产生附加的谐波电流： 4 使发l u 机的利用率下降： 5 将引起电网损耗增加： 6 会增大对通信的干扰影响j 下常通信质量。 2 2 4 电网谐波 谐波是指具有电源系统指定运行频率( 基频) 整数倍频率的正弦电压或电 流。谐波产生的根本原因是出于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即 所加的电压与产生的电流不成线性关系而造成的波形畸变i 冽。 一个非f 弦的周期波( 如电压、电流、磁通等) ，可以分解为一个同频率和 很多整数倍频率的正弦波之和。其中频率与原非正弦波频率相同的正弦波称为 基波，频率为基波整数倍的正弦波称为高次谐波或谐波。谐波是一个周期性电 量的证弦分量，其频率为基波频率的整数倍。 利用傅立叶级数及傅立叶变换把周期性的非正弦波形( 畸变波形) 分解为 莲波及各次谐波的方法称为谐波分析方法。一般来讲，电力系统的畸变波形， 都满足傅立叶变换的存在条件，都能分解到基波和无限个高次谐波之和。 一切非线性的设备和负荷都是谐波源。谐波源产生的谐波与其非线性特性 有关。当l 】f ，r 也力系统的谐波源，其非线性特性主要有三大类： 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。 2 1 l _ i 予，l ：关型：主要为各种交直流换流装雹( 整流器、逆变器) 、双相品 币j 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。 其非线性呈现交流波形的开关切合和换相特性。 3 乜弧型：各种炼钢电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间， 其r 乜弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性 呈现电弧i u 压与 n 弧f b 流之问不规则的、随机变化的伏安特性。 谐波对电力网的污染只益严重，其产生的主要危害有： 1 大大增加了电力嘲中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电 四川人学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 压而引发事故的危险性； 2 增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率； 3 使电气设备( 如旋转电机、电容器、变压器等) 运行不琵常加速绝 缘老化，从而缩短它们的使用寿命； 4 。使继电保护、自动装鼹、计算机系统，以及许多用电设备运转不证常 或者不能正常动作或操作； 5 使测量和计量仪器、仪表不能难确指示或计量； 6 于扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损 坏通信设备。 2 2 5 电源频率变化 i 乜力系统正常运行工况下，应在标称频率下运行，但是电力系统负荷在不 断的变动其大小，电源出力及其调节系统追随负荷变化又有一定的惯性，致使 系统频率总是在一定的变化中这种电力系统的频率偏离其标称值的现象叫电 源频率变化。频率变化的大小及持续时间依赖于负荷的特性以及发电控制系统 对负荷的反应能力。运行频率偏差对电力系统及其设备的危害程度取决于偏差 的大小和持续时间，频率偏差超过0 2 h z 可能危及系统的安全稳定及设备的 安全，甚至引起系统崩溃。 2 2 6 过电压 以u 。表示三相系统最高电压，则峰值超过系统最高相对地电压峰值 ( 4 2 3 u , ) 或最高相问电压峰值( , 2 u ) 的任何波形的相对地或相问电压分 别为相对地或相问过电压。注：系统最高电压是指当系统正常运行时。在任何 时问、系统上任何一点所出现地电压晟高值( 不包括系统的暂态和异常电压) 。 电力系统中过电压是经常发生的。作用于设备的过电压传统的分类是按其 来源分为内过电压和外过电压。内过电压是由于操作( 如切、合闸) 、事故( 如 接地、断线) 或其它原因，引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一种 稳态的过渡过程中出现的过电压。这种过电压是由于系统内部原因而造成并且 能量又来自电网本身，所以叫内过电压。内过电压又可以分为工频过电压、操 作过f ! i 压和谐振过电压等；外过电压又q 大气过电压或雷电过电压，它叉分为 四川大学工程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 直击雷过电压和感应雷过电压两种类型。下面根据国标g b t 1 8 4 8 1 2 0 0 1 ( 电能 质景暂时过电压和瞬态过电压) ，简单介绍五种类型的过电压。 2 2 6 1 暂时过电压( t e m p o r a r yo v e r v o l t a g e ) 在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的( 以工频或其一定的倍 数、分数) 振荡的过电压。 2 2 6 2 瞬态过电压( t r a n s i e n to v c r v o l t a g e ) 持续时蝴数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。 岂可以叠加予暂时过电压上。 2 2 6 3 缓波前过电压( s l o w - f r o n to v e r v o l t a g e ) 及操作过电压( s w i t c h i n g o v e r v o l t a g e ) 一种瞬念过电压，通常是单极性的并且峰值时间在2 0 u s 和5 0 0 0 u s 之间， 半峰值时间小于2 0 m s 。 2 2 6 4 振荡过电压( r c a $ o n a j l c eo v e r v o l t a g e ) 某些通断操作或故障通断后形成电感、电容元件参数的不利组合而产生谐 振时出现的暂时过电压，其持续时阻f 较长，且波形有周期性。 2 2 6 5 快波前过电压( f a s t l r o n to v e r v o l t a g e ) 及雷电过电压( 1 i g h t n i n g o v e r v o l t a g e ) 一利瞬态过电压，通常是单极性的，其波l i f 时问在0 i u s 和2 0 u s 之i 铷，半 峰值时洄j 小于3 0 0 u s 。 2 3 电能质量的管理 提高电能质量有巨大的技术经济效益。事实上，电能质量的好坏也是电力 工业水平的重要标志，而管理工作是不可忽视的环节，为此必须做好以下工作： i 建立质量管理体系 将电能质量的监督管理j 下式纳入电力生产轨道，同时建立国家、网省、地 四川大学：1 ：獠硕七学位论文( 2 0 0 4 ) 市3 级电能质量管理体系。 作为f i l 能质量指标的电压和频率偏差，基本上山各级电力调度部门进行闩 常监管。谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡一般由实验部门定期组织测量。 根据实际工作的需要，有必要在国家质量监督部门颁导下建立国家纵电能质量 检测中心，作为电能质量监管的归口单位。备省、地、市可以建立相应的电能 质量监测站。 2 制定与国家标准配套的行业标准或规程、导则 l f ! l 能质量标准工作不能停嘲在定出几个国家标准，国标贯彻执行中还会出 现掣f ：多需婴进一步l ! j j 确的问题。 3 电气产品的电能质量管理 对大量于扰源电气产品，应制定产生干扰的限制指标；对于电气产品耐受 干扰的能力也应根掘i e c 电磁兼容标准制定相应的标准。 四j | 大学：r 程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 3 电能质量管理的基本要求 3 1 系统目标 以实用性，先进性、可靠性和可扩充性为原则，逐步建立和完善区域p q m 系统：并在该网络系统上建立一套具有管理先进、技术超前的从省公司到各级 基层电网之间的p o m 管理信息系统，它的整体结构示意图如下，具体内容包 括： 将p q m 与电能质量的技术监督有机的结合起来，结合专家系统；及时发 现和消除电网中的薄弱环节，并给电力营销提供管理依据。 建立l 也能质量数始中心，同社会提供电网l 乜能质量指标，客户可以随时查 嘲某地区、某电压等级的电能质量指标、发展趋势指标等。 在省级电网范围内建立内联网( i n t r a n e t ) m l ，在电能质量数据中心的基础 上，建立面嗣管理层的综合信息查询系统。同时建立电能质量报表自动报 送和汇总系统提高工作效率f 5 4 1 。 建立供电企业内部使用的查询系统通过因特网查询各种数掘和报表了解 电刚的运行状况。 图3 - 1p q m 管理系统结构示意 四川入学： 程硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 3 2 系统功能 系统的建立，主要应有以下功能： 数据采集功能 针对不同的数据源使用统一的电能质量数据交换格式使管理系统建立在 统一的数据平台上，使不同的数据源( 包括监测装簧、分析程序等) 具有 兼容性。 可实现定时传输或召唤传输功能，可远方设置监测参数及其限值。 可灵活增加电能质量相关指标、电能质量监测点。可手工录入数据。 综合查询功能 构建也能质量数础t i ，心，并在此基础上建立面向营理层的综合信息查询系 统。可建立省局范围内的电能质量自动报送和汇总系统，提高工作效率。 通过因特网( i n t e r a c t ) 向社会提供电能质嚣相关资讯，提高人们对电能质 量的认识，建立企业形象。向供电企业内部提供电能质量各种数据和报表， 使有关人员了解电网的运行状况用户可以定制个性化的查询