电能质量评估指标和方法

1、电能质量的评估指标和方法概述电能质量评估方式评估流程及方法电能质量评估指标概述一、电能质量评估的定义电能质量评估是基于系统电气运行参数的实际测量或者通过建模仿真获得的基本数据，对电能质量各项特性指标做出评价和对其是否满足规范要求进行考查与推断的过程。概述二、电能质量评估的基本步骤1、选择评估指标。2、搜集电能质量数据。3、选择依据标准。4、确定目标性能等级。电能质量评估方式单项评估综合评估等级评估监测点评估系统评估规划评估（IEC系列）兼容评估（IEC系列）指标量化评估定制评估公众评估按指标内容分按结果形式分按面向用户分按应用服务分按空间层次分电能质量评估方式一、评估方式分类电能质量评估方式二

2、、单项评估和综合评估电能质量现象电能质量现象起因起因公用电网谐波非线性负荷和系统的非线性电气元件电压波动和闪变功率波动性或间歇性负荷三相电压不平衡负荷不平衡或电力系统元件参数不对称电压偏差无功功率不平衡，调压措施动作等频率偏差有功功率不平衡电压暂降系统故障、重负荷或大型电机启动短时间电压中断伴随自动重合闸和备用电源自动投切装置动作长时间停电系统检修、线路或设备永久性故障，供需不平衡过电压电力系统中线路及设备的投切操作、系统参数不稳定或雷电电能质量评估方式二、单项评估和综合评估电能质量的单项评估是指，针对某一个电能质量或对某个特种进行量化而得到考核值的过程。结果的表现形式就是该电能质量的单项指标

3、，评估结果就是指标值。电能质量现象电能质量现象评估标准评估标准单项指标单项指标公用电网谐波GB/T14549-1993HRUh，HRIh电压波动和闪变GB/T12326-2008d，Pit三相电压不平衡GB/T15543-2008u电压允许偏差GB/T12325-2008U频率允许偏差GB/T15945-2008f1、单项评估电能质量评估方式一、单项评估和综合评估2、综合评估就是在分析单项指标的基础上，把部分或全部电能质量问题以及某项电能质量的多个特征量按属性合成一个有机整体，进而得到其考核指的过程，其结果可以是电能质量的综合指标或综合等级。分单项电能质量多参数综合指标和多项电能质量综合评估。

4、单项电能质量多参数综合指标: 电力谐波对大多数电气设备的影响主要表现在秒级或分钟级的热效应上。因此，对于谐波的热效应的评估可以基于能量合成原理，采用包含各次谐波的影响的综合性指标，如电压/电流总谐波畸变率（THD），能满足大部分场合需要。多项电能质量综合评估：在同一时间，诸多电能质量参数加在同一电气设备上，共同影响设备的工作，电力扰动对设备性能的影响结果需要多项特征来评估。电能质量评估方式二、单项评估和综合评估除了部分电力用户对他们特别敏感的某些电能质量问题十分关心，并提出对应的单项指标外，大部分的用户是不愿意对电力扰动限制而增加任何附加费用的，他们更注重选择电能质量综合性能较好的电力供应。因

5、此采用电能质量综合评估可以简化评估结果，增强执行的可操作性和大众的可接受度。电能质量评估方式三、指标量化评估和等级评估 量化评估是将各标准规定的电能质量指标进行数值化计算，得到的评估结果是一具体数值。它能够直接反应电能质量问题的严重性，且便于专业人员将其结果作为电能质量莫标控制盒改善电力设计的参量。 由于自然气候条件、网络结构以及系统内的负荷特性及其分布特点的不同，电力系统各节点质量指标的量化范围分布广，如果仅以量化值作为电力系统供需交易与定价的度量准则，会增加实际操作的难度。因此除了量化评估之外，还需要面向市场的不同电能质量需求层次建立质量等级评估。电能质量评估方式三、指标量化评估和等级评估

6、兼容水平等级划分（LV/MV）(IEC 61000-2-4：2002)电能质量评估方式四、监测点评估和系统评估按电能质量评估的空间层次来分：监测点评估和系统评估。1、监测点评估它是对某监测点电能质量基本特征量的检测与分析，计算出该监测点实际质量水平。监测点指标是在一个特定检测周期内表征该监测点电能质量特性的指标。监测点往往是选择PCC处或用户与电力公司协商的制定节点。2、系统评估它是通过对某局域供电系统个监测点评估，经过再统计或再处理，得到对整个系统质量性能的评价。系统评估的结果可以用来评判不同网络类型或任何一个被监测系统的典型干扰水平，便于系统的逐年质量对比，有利于促进电力公司改善系统运行条

7、件。电能质量评估方式四、监测点评估和系统评估系统指标是按质量类别收集网络内各监测点的特征值来计算的，其表现形式与监测点指标基本相同。系统指标可以是各监测点指标的平均值，也可以是各监测点指标的概率大值。考虑到没有被监测到的站点的情况时，一般采用对统计值进行加权处理。加权因子的处理方法：（1）按每个监测点供电的用户数赋权，权重为Ni/Nj。（2）按监测点的平均负荷或用户额定容量赋权。（3）按负荷的重要性或用户的电能质量经济损失赋权。电能质量评估方式五、兼容评估和规划评估 将电磁环境概念和电能质量问题相结合，可以认为，电力系统运行中的电能质量问题多是传导性的电磁干扰。1、兼容评估兼容指标是为了把实际

8、质量水平与兼容水平相比较而设定的衡量参数，或者称特征指标。比如说电压质量，兼容指标主要反映公共电网中电力用户和电力系统的电磁兼容环境，是量化和报告公共电网中电压整体水平的指标。量化兼容指标的过程就是兼容评估。2、规划评估规划指标是为了比较实际质量水平与规划水平二设定的衡量参数。以谐波电压为例，IEC61000-3-6:1996规定不止一个规划指标来衡量短时内谐波影响。电能质量评估方式六、定制评估和公众评估 定制评估和公众评估是指不同电力用户根据自身用电设备对电能质量的敏感性或发射水平，提出个性化的质量需求而提出的评估方式。1、定制评估定制评估是在兼容评估的基础上，针对用户关心的电能质量问题，按

9、需要的结果表现形式进行评估的过程。2、公众评估公众评估是对电能质量无特别要求的电力用户，一般是对公众用户而言的，是一种典型的多指标综合评估。电能质量评估方式六、定制评估和公众评估开始230/400V?第1级评估.满足1级要求？230/400V?第2级评估.满足2级要求？第3级评估配电公司给定谐波背景值用户提供非线性设备特性参数PCC处电压畸变计算经谐波叠加预测PCC处及各母线各次谐波符合规划水平？接入系统不适合接入或重新选择接入点及采取抑制措施后再评估NYNYYYNNYN非线性用户系统接入评估流程图电能质量评估方式六、定制评估和公众评估定制评估特殊用户或大用户（1）设备对个别现象敏感，愿为个别

10、指标要求付费（2）设备产生个别显著的干扰，并为抗扰投资付费(3)用户可针对个别指标选择不同的供电方公众评估普通公众用户（1）调查结果表明：用户所受影响积累损失很大，负荷比重增长快，但不愿支付额外费用（2）居民用户代理可选择不同的供电方电力公司对策高标准给敏感用户;低约束给干扰客户保证一定利润下提高标准电能质量定制评估和大众评估的重要性评估流程及方法一、评估的基本原则（1）评估指标物理意义明确，且与其对设备或者系统的影响严重性紧密相关。（2）指标的统计应实现在时间上的特征对比，以及不同监测点或系统在空间上的特征对比。（3）剔除无关信息的干扰，且又不损失必要的信息，以真实的反映电能质量的水平。（4

11、）定义的指标和评估方式应简约、可操作，有利于广泛的工程应用。（5）评估结果应与选定的相关标准限值进行比较。评估流程及方法二、评估流程系统PCC处电气参数采集基本特征量识别与提取特征量时间组合/相数组合运行方式/气候条件等外在原因说明处理监测点指标统计计算监测点信息加权系数状态估计系统指标统计计算系统等级评价监测点等级评价协议判断协议判断限值判断系统评估结果监测点评估结果限值判断测量过程评估流程电能质量评估一般流程评估流程及方法三、时间组合及计算方法 电能质量的时间组合是指，将按时间变化的电能质量各参数用不同的时间长度进行组合计算的过程，从而达到既真实地反映实际电能质量水平又可以有效地压缩监测数

12、据的目的。1、利用时间组合提取必要信息评估流程及方法三、时间组合及计算方法2、干扰特征的时间组合选择（1）连续变化型：3s、10min、日、周（2）事件型：1min（电压暂降）评估流程及方法三、时间组合及计算方法3、时间组合计算方法主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。仍以谐波指标讨论（1）方均根值法（rms）假设组合时间内检测的n个测量窗的基本量为Ci，则方均根值Crms为评估流程及方法三、时间组合及计算方法3、时间组合计算方法主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。仍以谐波指标讨论（2）算数平均值法假设时间组合的算数平均值为Cav，评估流程及方法三、时间组合及计算

13、方法3、时间组合计算方法主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。（3）最大值法一段时间内的最大值可以反映特征量的极值，一般使用在两个层次上：一是观察短时间内测量窗的各次谐波及THD值的最大值，及取各测量窗值的极值。二是在指标统计时间内的3s或10min方均根值的最大值。评估流程及方法三、时间组合及计算方法3、时间组合计算方法主要包括方均根值法、最大值法、平均值法、大概率值法。（4）概率大值法（CP95）1）电能质量指标的动态性2）抗扰能力的多样性3）电磁兼容评估4）小概率事件和显著性水平电能质量评估指标1、部分国际标准对评估指标的规定（1）IEC61000-4-7：2002（2）I

14、EC61000-4-30：2008（3）IEC61000-2-2:2002和IEC61000-2-12:2003（4）IEC61000-3-6:1996（5）EN50160：2004（6）CIGRE JGW C4.07/CIGED一、连续变化型的公用电网谐波电压 评估指标电能质量评估指标2、谐波电压评估指标（1）测量窗计算 1）HRUhm=Uhm/U1m*100% 2）THDUm=Uhm/U1m*100% HRUhm第m个DFT测量窗计算的h次谐波电压含有率；Uhm第m个DFT测量窗计算的h次谐波电压方均根值；U1m第m个DFT测量窗计算的基波电压方均根值； 一、连续变化型的公用电网谐波电压评

15、估指标电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标, , ,95( , )0.95( , )ChshwCPh shh shf Cf C电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标,95(, )0.95(, )Ch vs w CPh vsh vsf Cf C电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标2）规划指标： 规划指标采纳多指标或多概率值，不仅体现短时间谐波热效应，还反映了非常短时间谐波对电子设备的影响。 a）非常短时间组合日指标HRUh，vs,d,CP95和THDU, vs，d，CP95, ,95(, )0.95(, )Ch vs d CPh vsh

16、vsf Cf Cb）短时间组合周指标：, ,99(, )0.99(, )Ch sh w CPh shh shf Cf Cc）非常短时间组合周指标：, ,99(, )0.99(, )Ch vs w CPh vsh vsf Cf C电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标 上述定义的第a类指标是采纳IEC61000-3-6和CIGREC4.07推荐的衡量规划水平的指标；b，c类是采纳CIGREC4.07推荐的规划指标，其与IEC61000-3-6标准推荐的指标仅有的不同就是采用了CP99值。（3）系统指标：一般是基于相同电压等级监测点指标的再统计。以电压总谐波畸变率THD的系统指标

17、为例，介绍两种定义方式：a）在各监测点评估指标的基础上，系统指标采用各监测点在相同统计时间内的指标值加权平均法，一般是按照监测点供给的负荷容量确定加权系数，则系统平均总谐波畸变率兼容指标SATHDU,sh，w，CP95为：, ,951, ,95*ksU sh wCPsU sh wCPTL THDSATHDL1kTSsLL电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标b）依据CIGRE JGW C4.07/CIRED推荐的系统指标，可表示为系统总谐波畸变率CP95值，即代表各个监测点电压总谐波畸变率THDCP95值。STHD95由下式定义：95,95,95,()0.95()STHDtU

18、 CPstU CPsf THDf THDTHDU,CP95，S第s个监测点的THDU的CP95值；Ft系统内所有监测点的THD值的概率分布函数。电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标110KV母线A相电压200ms和3s方均根值趋势图对比电能质量评估指标110KV母线C相谐波电压3s、1min、10min方均根值趋势图对比电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标4、对设备使用寿命的影响在非正弦条件下，电气设备的绝缘性能往往因受到电、热应力影响，会使其使用寿命减少，所以电气设备使用寿命预测在电力系统元件可靠性评估和系统可靠性评估中占据非常重要的作用。电应力主要是

19、谐波电压电场力的作用，热应力主要是谐波电流和电压引起设备发热使其变形老化。在波形畸变条件下电器元件的使用寿命为：exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBTLS正弦条件下，额定电场强ES和温度TS下的电气元件的使用寿命电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标4、对设备使用寿命的影响exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中电应力占主要的作用，主要包括三部分：（1）峰值因子Kp：反映畸变电压峰值和额定电压峰值的比值：111,1,1,11*PPPPPP NP NNPPUUUUUKUUUUUU1基波RMS值U1，N额定基波rms值UP1基波峰值电能质量

20、评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标4、对设备使用寿命的影响exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中电应力占主要的作用，主要包括三部分：（2）波形因子Kf：反映畸变电压U(t)相对时间的变化率与基波额定正弦电压相对时间的变化率的方均根值的比值：Uhh次谐波RMS值22122111,1,()*1NhNhhfhNNh UUUKhUUU电能质量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标4、对设备使用寿命的影响exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中电应力占主要的作用，主要包括三部分：（3）方均根值因子Krms：畸变电压方均根值相对额定

21、基波方均根值的比值：U总谐波电压RMS值21,1,1,1,11,*1*rmsrms hNUNNNUUUKKKTHDKUUU电能质量评估指标二、电压暂降评估指标1、一次电压暂降基本特征量： 主要包括暂降幅值、持续时间、暂降能量以及典型敏感曲线的势能分布，其中暂降幅值和持续时间是后两者的基础。（1）暂降幅值与持续时间 1）一次暂降的相数组合：依据IEC61000-4-30对电压暂降的监测方法，在暂降过程中，暂降幅值取所有测量通道中最小的Urms值。 2）连续暂降的短时间组合：在1min内，三相中最低的电压方均根值就是本次暂降的幅值，记作Us：暂降持续时间的累计就是本次暂降的持续时间，记作Ts电能质

22、量评估指标一、连续变化型的公用电网谐波电压评估指标npnrnfLs（年）（年）低压自愈电容器6.12.60.514.8聚丙烯电容器5.32.00.815.9中压交联聚乙烯电缆14.81.24.930变压器940电机1140白炽灯131电能质量评估指标二、电压暂降评估指标单一暂降的特征量提取与相数组合连续暂降的特征量提取与时间组合电能质量评估指标二、电压暂降评估指标（2）暂降能量IEEE P1564电压暂降评估指标研究工作组推荐的计算式为：20( )1() *100TVSNU tEdtU（3）典型敏感曲线的位置势能暂降位置势能是指，一次电压暂降的暂降幅值和持续时间特征量在典型敏感曲线图中的相对位置。位置势能PE的一般表达式为rsrTsUUP EUU电能质量评估指标二、电压暂降评估指标2、监测点指标将一个监测周期内（一般以年为单位）捕捉到的各次电压暂降基本特征量统计处理，形成监测点指标，以表征该监测点电压暂降现象的典型特征及其严重性。（1）系统平均方均根值变动SARFIX率指标，它表示了发生在评估期间内的每个用户特定阈值x下方均根值变化时间的平均次数。ixTNSARFIN电能质