电能质量分析

摘要本文首先介绍了电能质量的背景及提出，近年内随着工业规模扩张电力部门对电能质量有了更高的要求。文章提出电能质量的概念及其属性，从各个角度分析了电能质量研究热起的原因。介绍了电能质量的衡量指标并分析了多种电能质量扰动。对主要电能质量问题给出了具体的定义和主要技术指标，同时详细指出指出了扰动的成因和主要表现以及扰动给整个电力系统带来的负面影响。关键词：电能质量基本要求衡量指标电能质量分析一、 引言长期以来，电能质量概念和电力供应可靠性几乎是等同的。电力部门可能把电能质量定义为电压、频率的合格率以及连续供电的年小时数，并用统计数字来说明电力系统是安全可靠运行的。电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了电力。然而如何描述供电于用电双方的互相作用和影响，并且给出相应的技术仍是人们探索的问题。二、 电能质量的提出电能既是一种经济使用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电厂发电、电力部门向用户提供，并由三方共同保证质量的产品。电能质量目前没有完全统一的定义，从电能生产、输送和使用角度，有着不同的参考框架而对电能质量有着不同的解释。从普遍意义上来讲，电能质量就是优质供电。随着工业规模的扩大和科学技术的发展，国民经济各个部门用电量不断增加，电气化程度越来越高，电力用户对电能质量的要求也在不断提高。20世纪90年代以来，工业发达国家普遍认为，当代电力系统除了保证电网安全运行的基本要求以外，还应把质量控制、经济运行和高效能量管理作为评估电力系统运行水平的重要内容。影响电能质量的因素主要有自然现象和灾难，如雷击；电力设备及装置故障或保护误动作；终端用户非线性、冲击性污染型负荷的大量使用；人为事故。保证电能质量水平需要多方面的配合，才能取得双赢或多赢的效果。二、供电系统电能质量的基本要求为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行应具有如下特性：1、以单一恒定的电网标称频率50HZ，规定的若干电压等级（如配电网系统一般为110KV，35KV,10KV,380/220V）和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。2、始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备摄取电能应当保证最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。3、电能的供应充足，及向电力用户供电不中断，始终保证电气设备的正常工作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。随着时代进步与科技发展，现代电网与负荷构成出现了新的变化趋势，由此带来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。电网与负荷构成出现了变化，电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。在保证电力系统一定的自然垄断特性条件下，引进了竞争机制，在当代电力系统与计算机技术和通信技术的结合更加紧密，采用高新技术提高电力传输能力和实现配电自动化的趋势方兴未艾。三、 电能质量衡量指标随着系统中应用电力电子等非线性负荷的情况不断增多，导致恶化电能质量的因素也不断增多。电力公司迫切需要知道电能质量的扰动源是出自系统网络本身还是用户负荷，进而也必将与经济相挂钩。电能供求双方在各自利益驱动下，对电能的各项质量技术指标均做出了明确规定。电能质量包括四个方面的相关术语和概念：电压质量、电流质量、供电质量和用电。电压质量即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值，波形和相位的偏差)，反映供电企业向用户供给的电力是否合格。电流质量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，并降低网损。供电质量包含技术含义和非技术含义两个方面：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包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等。用电质量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用电方的责任和义务。电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：(低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电，电网频率变化，低频感应电压，交流网络中的直流；低频辐射现象：磁场、电场；高频传导现象：感应连续波电压与电流，单向瞬态、振荡瞬态；高频辐射现象：磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态)；静电放电现象。对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。四、电能质量问题及分析对电能质量，除经济性指标外，目前没有统一的指标可以用来描述全部电能质量问题，因此根据不同扰动或扰动组的特征制定了一些量化指标。 1、电压偏差电压是电能质量的重要指标之一，电压质量好坏对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有着重要的影响。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，电力系统供电实测电压对额定电压的偏差。电压偏差计算式如下：电压偏差()(实际电压一额定电压)额定电压X100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)35kY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正负偏差绝对值之和不超过10；(2)10kV及以下高压供电和低压三相用户为额定电压的+7-7；(3)220V低压单相用户为额定电压的+7-10。 2、频率偏差频率偏差是指电力系统的实际值与额定值之差。一般来讲，频率在额定值附近微小变动和偏离，短时不易察觉，但是其累计效果确实明显的。电力系统若长期处于低频下运行，电钟计时就会不准，电动机转速就会下降，实际负荷功率也讲降低，有些工厂可能出现次品；对于发电厂的汽轮机来说，当频率下降时叶片震动变大，甚至产生共振现象。某些形式的汽轮机若长时间在频率低于4949.5Hz下运行，叶片容易断裂。当然，系统频率过高也是不行的。3、谐波含量电网谐波是指对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1的整次倍分量。对谐波的测量一般包括：各次谐波量、各次谐波含有率、奇次谐波含有率、偶次谐波含有率、总谐波畸变率。在电能质量的各项指标钟，受干扰负荷影响，谐波是最普遍的，这是因为非线性负荷在快速增长，电网的谐波水平在不断提高。由于谐波干扰导致电气设备异常合适固有逐年增加的趋势，因此公用电网谐波标准在控制谐波危害，保障电网和用户的安全、经济运行和正常生产上的重要作用。电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，同时可能引起继电保护和自动装置的误动，仪器指示和电度计量不准以及通讯受干扰等一系列问题。即使各级电网谐波限制在标准之内，由于谐波引起的损耗以及电气设备绝缘寿命的缩短所造成的等值损失电量也很可观，约为用电量的7。如果电网钟谐波严重超标或发生谐波谐振，则损耗将大大增加。4、电压波动和闪变电力网的瞬时值电压随时间作周期性变化，在工程上通常以电压整周期的方均根来衡量电压的大小。供电电压在两个相邻的，持续1s以上的电压方均根值U1和U2之间的差值，称为电压变动，通常多以标准电压Un的百分数来表示电压变动的相对百分值d即：d=(U1-U2)/Un100电压波动常会使许多电工设备不能正常工作。一般说来，对电子计算机和控制设备不需要特别去关注，因为他们的容量小并能在相对耗资不大的条件下加设抗干扰设施。日光灯和电视机等设备对电压波动的敏感程度远低于白炽灯，而几乎每个建筑的照明都装有大量的白炽灯，如果电压波动的大小不足以引起白炽灯闪变，则可以肯定不会使电视机和日光灯等工况异常。为此，选白炽灯的工况作为判断电压波动值是否被接受的依据。电压闪变是指人眼对由电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。它通常是以白炽灯的通光量作为判断。影响闪变的因素包括供电电压的波动、照明装置和人的视感度等。闪变可分为周期性和非周期性两种。前者主要是由于周期性的电压波动引起的，如往复式压缩机、电弧炉灯，后者往往与随机性电压波动有关，如电焊机等。 5、三相电压不平衡在三相三线制供电系统中，各相的电压和电流应处于频率相同，幅度大小相等、相位互差120度，称为三相对称，否则称为三相不对称，此时三相相量中有正序分量和负序分量。不平衡度即负序分量有效值