数字技术在电能质量监测中的应用

1、数字技术在电能质量监测中的应用摘要：电能质量关系着电网的安全经济运行，是工业产品质量的保障，对降低能耗及人类生活环境等产生重要影响。随着现代工业技术的发展，电力负荷的种类越来越多，特别是非线性、冲击性负荷在容量上、数量上日益增大，使公用电网中的各种干扰成分不断增加，电能质量日益恶化。如何有效的提高电能质量迫在眉睫。本文介绍了电能质量及其指标，并列举了国内电能质量的解决方案。关键词：电能质量 技术应用 网络技术 网络系统中图分类号：tm711文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)08-0090-021、电能质量定义电能质量(power quality)，从严格意思上讲，衡量电能质

2、量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个方面的相关术语和概念。2、电能质量指标电能质量的主要指标有：电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、公用电网谐波和公用电网间谐波等。电压不平衡是指三相电压的幅值或相位不对称。不平衡的程度用不平衡度（电压负序分量和正序分量的均方根值百分比）来表示，典型的三相不平衡是指不平衡度超过2%，短时超过4%。在电力系统中，各种不平衡工业负荷以及各种接地短路故障都会导致三相电压的不平衡。过电压是指持续时间大于1分钟，幅值大于标称值的电压。典型的过电压值为1.11.2倍标称值。过电压主要是由于

3、负载的切除和无功补偿电容器组的投入等过程引起，另外，变压器分接头的不正确设置也是产生过电压的原因。欠电压是指持续时间大于1分钟，幅值小于标称值的电压。典型的欠电压值为0.80.9倍标称值。其产生的原因一般是由于负载的投入和无功补偿电容器组的切除等过程。另外，变压器分接头的错误设置也是欠电压产生的原因。电压骤降是指在工频下，电压的有效值短时间内下降。典型的电压骤降值为0.10.9倍标称值，持续时间为0.5个周期到1分钟。电压骤降产生的原因主要有电力系统发生故障，如系统发生接地短路故障；大容量电机的启动和负载突增也会导致电压骤降。电压骤升是指在工频下，电压的有效值短时间内上升。典型的电压骤升值为1

4、.11.8倍标称值，持续时间为0.5个周期到1分钟。电压骤升产生的原因主要有电力系统发生故障，如系统发生单相接地等故障；大容量电机的停止和负载突降也是电压骤升的重要原因。供电中断是指在一段时间内，系统的一相或多相电压低于0.1倍标称值。瞬时中断定义为持续时间在0.5个周期到3秒之间的供电中断，短时中断的持续时间在360秒之间，而持久停电的持续时间大于60秒。电压瞬变又称为瞬时脉冲或突波，是指两个连续的稳态之间的电压值发生快速的变化，其持续时间很短。电压瞬变按照电压波形的不同分为两类：一是电压瞬时脉冲，是指叠加在稳态电压上的任一单方向变动的电压非工频分量；二是电压瞬时振荡，是指叠加在稳态电压的同

5、时包括两个方向变动的电压非工频分量。电压瞬变可能是由闪电引起的，也可能是由于投切电容器组等操作产生的开关瞬变。电压切痕是一种持续时间小于10ms的周期性电压扰动。它是由于电力电子装置换相造成的，它使电压波形在一个周期内有超过两个的过零点。由于其频率非常高，用常规的谐波分析设备无法测出，因此以前一直末把此项作为电压质量的一个指标。我国还对应颁布了六项的电能质量相关标准，分别是：(1)gb/t 12325-2008电能质量 供电电压偏差；(2)gb/t 15945-2008电能质量 电力系统频率偏差；(3)gb/t 15543-2008电能质量 三相电压不平衡度；(4)gb/t 12326-200

6、8电能质量 电压波动和闪变；(5)gb/t 14549-1993电能质量 公用电网谐波；(6)gb/t 24337-2009电能质量 公用电网间谐波。3、电能质量监测既然电能质量有如此多的指标，应如何了解并掌握电能质量是否满足各项指标，就需要专用的仪器对电能进行质量监测。那么什么是电能质量监测呢？电能质量监测是指采用符合规范的测试仪器或设备对电网中所关心节点的电能质量相关指标进行测量并与限值对比分析的过程。电能质量监测经历了三个阶段的发展：第一个阶段:电能质量初步探讨时期。对于电力系统谐波”污染”的认识始于1920-1930年，问题出自于德国对当时的静态整流器产生的波形畸变的探讨，到本世纪五、

7、六十年代，随着高压直流输电技术的发展，西方工业化国家对此进行了全面而深入的研究，但是直到七十年代以来出现的两种情况才促使了世界各国对谐波问题的广泛重视，并引起了谐波理论方面的重大发展。第二个阶段:电能质量在国内初步发展。随着web网络技术的在线监测系统的应用，并且各方人士开始积极探索和应用如何通过电能质量的在线监测对电力设备的预防性维护提供一些有用的建议等等，在这个时期国内的厂家技术发展日新月异，随着数字信号处理dsp芯片的应用迅速发展，电能质量监测产品系列完善，web技术在电能质量在线监测领域的应用，实现了数据的实时测量、存数、分析、共享。第三个阶段:电能质量监测的高级应用。电能质量网络平台

8、的应用将为未来的专家系统提供基础。未来的专家系统综合了国内外谐波界知名专家的研究成果，采用智能模糊分析方法，对自动存储于数据库中的数据进行分析，找出污染源、发现谐振点，并对电网整体电能质量进行评估，仿真分析，提出整治建议，使得日后的治理工作更有针对性和有效性，对节省治理投资有重大的现实意义。目前，发展成熟的电能质量监测与分析系统以计算机技术、数据库技术、网络通信技术为依托，结合电网中各个监测点构建成一个完整的电能质量监测网络系统，从而实现对电网各项电能质量指标的在线监测和统计分析。整个系统软件从功能上可以分为监测单元、通信服务、数据库、监测与分析平台等多个子系统。(1)终端监测单元：由电能质量

9、监测仪完成。(2)通信服务系统：主要由监测仪通信系统、通信服务器以及通信模块组成，其中监测通信系统负责接收通信服务器指令、解析指令、查找打包所需数据并通过通信模块上传到通信服务器；通信服务器负责所有与电能质量监测仪进行的数据通信，并支持以太网接口、usb接口等通信方式。(3)数据库服务系统：主要由数据库、数据库内部处理程序以及数据库管理模块组成，数据库用来存储电能质量监测与分析系统中各项电能质量监测仪上传的监测数据；数据库同时还为系统中监测与分析平台提供数据检索等数据服务支持。数据库支持mssql和oracle等大型数据库。(4)监测与分析平台：主要由在线监测、电能质量分析与参数设置管理组成。

10、在线监测主要负责监测电能质量数据的实时刷新纪录，按照国家标准要求每3秒钟刷新一次实时数据；电能质量分析主要负责对统计分析的数据进行数值表、曲线分析以及报表打印处理等操作；参数设置管理主要负责对系统的各种参数以及电能质量监测仪的各种参数进行设置和管理。4、国内电能质量解决方案有了先进的电能质量监测系统对电能质量指标的监测，国内又是如何实现对电压调整、频率调节、谐波抑制、无功补偿、闪变控制、瞬态电压事件的控制呢。我国常用的技术手段有配电系统无功补偿装置(svg)、有源电力滤波器(apf)，动态电压调节器(dvr)。4.1 配电系统无功补偿装置(svg)无功补偿技术是一种很传统的电力技术，它代表了一

11、个国家电力水平的高低，无功补偿通俗的讲就是将低压变压器传输过来的无用功转变为有用功。配电系统无功补偿装置(svg)具有以下特点;(1)补偿方式:svg采用的是电源模块进行无功补偿，补偿后的功率因素一般在0.98以上。(2)补偿时间:无功补偿需要在瞬时完成，如果补偿的时间过长会造成该要无功的时候没有，不该要无功的时候反而来了的不良状况；svg在5-20毫秒的时间就可以完成一次补偿。(3)有级无极:svg可以从0.1千法开始进行无极补偿，完全实现了精确补偿；(4)谐波滤除:svg不产生谐波更不会放大谐波，并且可以滤除50%以上的谐波；(5)使用寿命:svg使用寿命在十年以上，自身损耗极小且基本上不

12、要维护。4.2 有源电力滤波器(apf)电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术，对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”，这与基于稳态频谱的“滤波”概念已有很大的不同，而类似于自适应滤波技术中的“干扰抵消器”。因此，电力有源滤波器有很快的响应速度，对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿，并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。apf可分为单相apf、三相三线制apf、三相四线制apf及有源线路调节器(aplc)等。三相四线制apf主要是为了补偿电源中线上的电流谐波、无功功率及三相之间的不平衡问题。当功率额定值较小时，其主电路可直接采用三相逆变器，而将直流侧电容中点联接到电源中点上。当负载功率较大

13、时可用四桥臂的逆变器，将第四桥臂单独用于补偿中线；为了实现三相独立调节，还可使用更复杂的三个单相桥式逆变器进行分别补偿。有源线路调节器是向电网中的某个(或几个)优选节点注入消谐波补偿电流，以达到在一定范围内电网的电能质量综合治理。目前更高层次的电力有源滤波技术在国外尚处于研究阶段。有源电力滤波器(apf)具有以下特点：(1)不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；(2)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；(3)不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；(4)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。4.3 动态电压调节器(dvr)dvr则是目前保证对敏感负荷供电质量非常有效的串联补偿装置，因为它通过自身的储能单元，能在ms级内将电压跌落补偿至正常值，因此是抑制动态电压干扰的有效补偿装置，它主要由储能单元、dc/ac逆变器模块、连接变压器等部分组成，储能容量可根据用户电压跌落统计数据确定，逆变器的模块一般采用由igb构成三相全桥结构，采用pwm调制方式，这种结构 控制灵活，便于分相补偿。因而dvr与消除电压跌落，提高大型综合性敏感工业负荷的供电质量方