电能质量论文

1、智能电网与电能质量检测摘要:电网是关系到国民经济命脉的基础产业和公用事业。现代电网的发展已经迎来机遇与 挑战并存的关键期。智能电网作为21世纪全球能源的新战略，在我国的各种单位和企业也开 始崭露头角，由于具备着自愈、清洁、经济等优点，智能电网成为了今后电网发展的一个重 要趋势。但是智能电网中存在着大量的电力电子设备和非线性负荷，会造成严重的电能质量 问题，本文主要讨论了智能电网的具体内容以及如何对智能电网进行电能质量检测。关键词:智能电网；电能质量；检测；一、引言随着我国经济的发展，智能电网这个概 念也逐渐被引入中国电力市场，成为一个一 轮的热点。智能电网的发展在全世界还处于 起步阶段，在一些

2、发达国家也被高度关注。 “十二五”期间，国家电网将投资5000亿元， 建成连接大型能源基地与主要负荷中心的 “三横三纵”的特高压骨干网架和13回长距 离支流输电工程，初步建成核心的世界一流 的坚强智能电网。在智能电网的概念深入电 力系统各个部门的同时，我们也应该考虑到 智能电网的引入对于电能质量的影响，要重 新设置对于智能电网的电能质量检测系统， 以保证电能质量的稳定。二、智能电网在中国的发展2.1智能电网的定义智能电网的发展在全世界还处于起步 阶段，没有一个共同的精确定义，美国能源 部对于智能电网的解释是：一个完全自动化 的电力传输网络，能够监视和控制每个用户 和电网节点，保证从电厂到终端用

3、户整个输 配电过程中所有节点之间的信息和电能的 双向流动。其技术大致可分为四个领域：高级量测 体系、高级配电运彳丁、高级输电运彳丁和高级 资产管理。高级量测体系主要作用是授权给 用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能 够支持电网的运行；高级配电运行核心是在 线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大 面积连锁故障的预防；高级输电运行主要作 用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风 险；高级资产管理是在系统中安装大量可以 提供系统参数和设备（资产）“健康”状况的 高级传感器，并把所收集到的实时信息与资 源管理、模拟与仿真等过程集成，改进电网 的运行和效率。2.2智能电网的主要特征（一）自愈。能够自动检测

4、、分析故障， 实现故障隔离和系统自我恢复。（二）坚强。能够有效抵御自然灾害或人 为的外力破坏，保证电网安全可靠运行。（三）互动。用户将和电网进行自适应交 互，成为电力系统的完整组成部分之一。（四）优质。提供21世纪所需要的优质电 能，用户的电能质量将得到有效保证。（五）经济。实现资源合理配置，提高能 源利用效率，减少电能损耗，降低投资成本 和运行维护成本（六）兼容。可以容纳集中式发电、分布 式发电等多种不同类型的电源，满足用户多 样化的电力需求（七）协调。实现电力系统标准化、规范 化、精细化管理，进一步促进电力市场化。2.3智能电网的先进性与现有电网相比，智能电网体现出电力 流、信息流和业务流

5、高度融合的显著特点， 其先进性和优势主要表现在：具有坚强的电网基础体系和技术支撑 体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够 适应大规模清洁能源和可再生能源的接入， 电网的坚强性得到巩固和提升； 信息技术、传感器技术、自动控制技术与电 网基础设施有机融合，可获取电网的全景信 息，及时发现、预见可能发生的故障。故障 发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我 恢复，从而避免大面积停电的发生；柔性交 /直流输电、网厂协调、智能调度、电力储 能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网 运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分 布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的 接入；通信、信息和现代管理技术的综合运 用，将大

6、大提高电力设备使用效率，降低电 能损耗，使电网运行更加经济和高效。由于智能电网具有传统电网无可比拟 的优势，我国将推行智能电网也作为十二五 的一项重要内容。国家电网制定的坚强智 能电网技术标准体系规划，明确了坚强智 能电网技术标准路线图，是世界上首个用于 引导智能电网技术发展的纲领性标准。国网 公司的规划是，到2015年基本建成具有信息 化、自动化、互动化特征的坚强智能电网， 形成以华北、华中、华东为受端，以西北、 东北电网为送端的三大同步电网，使电网的 资源配置能力、经济运行效率、安全水平、 科技水平和智能化水平得到全面提升。2.4我国的统一坚强智能电网战略统一坚强电网战略以构建以特高压为

7、骨干网架、各级电网协调发展的统一坚强智 能电网为目标，制订的两条主线分别是技术 上体现信息化、自动化、互动化、构建以特 高压为骨干网架、各级电网协调发展的统一 坚强智能电网；管理上体现集团化、集约化、 精益化、标准化。下图对此战略有一个具体 的表现。辱探盎眼的蔬一垩强相惟电同一个目标2M&2fllOf：埋制心J娅I 疏n年-邪1&年：金而建设跳段 跚】的年璀020环；引觐府陟段1两条glJ一个瞄电H4基幽博赛技术支慵体南 料能做用旌慕标准蔑筮体南六个环节发虬曲EL她ML用电、三、智能电网中存在的问题近年来，随着特高压大电网的建设，直 流输电的出现，以及风电、光伏发电等新型 能源和高速铁路的发展

8、，大量电力电子设备 的使用造成谐波、电压波动、电压骤升骤降 的危害更大。同时由于智能电网的发展，新 能源的投入使用，使得电力系统的特性及结 构变的更为复杂。智能电网对电能质量的影响体现在三 个方面：可再生新型能源具有功率波动性、间歇 性和不确定性特点，单相发电机组带来电源 不平衡问题，智能配电系统分布式发电运行 参数影响到背景谐波和系统谐波阻抗等；智能电网用户侧需求表现出多样化特 征，电力消费形式出现多样化，小众化，非 线性用电设备用电特性空前复杂；智能电气装备对电能质量扰动愈加敏 感，对供应的电能质量要求也愈加多样和复 杂。由于以上原因，智能电网中的电能质量 环境有较为明显的特征。高频段间谐

9、波群特征智能电网智能电器多经过可关断电力 电子器件采用先进的调制技术进行能量转 换，由于不同对象场合开关速率的差异及其 调控方法的不同，以及负荷功率的波动，供 电网公共连接点频谱的特征范围、集中点难 有规律可循，表现出与传统电网完全不用的 波形特征。电压波动闪变指标面临重大挑战由于节能灯、荧光灯照度波动对电压波 动不如白炽灯敏感。未来智能电网中白炽 灯、CRT显示器将会普遍淘汰，取而代之的 是节能灯、LED灯、LCD及LED显示器 等，因此，建立在白炽灯照度变化基础上、 关系到人类视觉抗扰度水平的传统的电压 波动闪变指标体系面临新的挑战，或者需要 对其重新进行量值定义、或者需要定义新类 别的特

10、征参数均需要认真思考。面向对象的暂态电能质量指标的拓 展电子信息产品、电力电子产品的广泛应 用是智能电网智能电器的基本特征。复杂的 暂态电能质量事件发展过程对不同场合、不 同对象的智能电器有着很大差异性的影响。 因此目前仅以有效值描述的暂态电能质量 指标已经难以适应智能电网的需求，需要采 用面向对象的思路，分析研究小众化的暂态 电能质量的其它特征指标，并进行准确检测 评估。瞬态电能质量问题的广泛关注智能电网中大量电力电子器件的频繁 操作、切换将会带来空前复杂的瞬态电能质 量问题，如何定义瞬态电能质量指标并进行 检测是智能电网面临的新的挑战。四、应用于智能电网的电能质量检测 系统4.1对电能质量

11、检测系统的要求电力系统运行的检测项目主要有电压、 频率、三相对称情况、负序电流、零序电流、 谐波、电压波动、暂降、暂升、短时中断。 良好的智能电网框架下的电能质量监测方 案是保证监测终端计量功能的前提框架，只 有对电能质量数据进行精确检测，才能正确 地综合分析电能质量的好坏，才能保证进一 步地调整电能质量。4.2电能质量检测算法目前在智能电网电能质量检测系统中所应 用的算法主要有以下几种：傅里叶变换:用于分析谐波等稳态电 能质量。该算法在稳定性方面较好，也有很 好的动态特性，目前已经获得大范围使用。 其缺点是，当系统基频发生偏差时，此法难 以解决因非同步采样引起的频率特性和栅 栏效应造成的测量

12、上的差异。小波变换:局部的时频域特性表现良 好。在过去传统的电能质量监测中，该算法 常用于分析波动信号。小波变换更多是对电 压的分析，即对暂态电压性质和电压不稳定 性的分析。因受频窗中心频率方面的影响， 其时窗宽度的动态特性并不十分适合，且实 践分析中的实用性不强。S变换：基于傅里叶变换的算法。相 对于小波变换，s变换分析结果鲜明、直观， 如果是高频，频率分辨率也要高于小波变 换，可以说是新的时频分析算法。缺点是， 它是基于频率偏差引起的非同步采样，检测 精度误差很大。由于智能电网框架下的电能 质量监测分析数据繁多，其结果就表现出很 大的时频矩阵信息量，不利于计算，也就不 利于实时分析。Hil

13、bert2Huang变换：基于经验模态分 解(EMD)，将扰动信号进行处理，进行不通 过固定频带分量的分解。该算法对信号的不 正常点甚为敏感，动态分析亦是其性能强大 的良好体现，但因EMD表现出不明显的稳 态，频带混合叠加情况的发生十分普遍。同 时，加之1MF自身并不明确的物理意义，使 得其在可靠性方面仍有必要做进一步的提 升。Adaline算法：一般情况下用来分析 稳态。谐波的分析是其优势的体现。将线性 神经元应用于自适应滤波器，来对现实网络 繁杂的训练过程做进一步的简化。其特点主 要表现为：较快的收敛速度、较小的运算量 及良好的抗干扰能力。而其缺点则主要是对 暂态电能质量状况情况分析的不适

14、用。目前最为理想的智能电网框架下的电能质 量监测算法，是基于时频复滤波的电能质量 检测算法。该算法弥补了小波变换中函数的 不足，使小波变换时频窗宽度不受中心频率 的条件约束。通过灵活调整尺度参数，该算 法能获取较好的测量精度和动态特性，将是 未来使用的算法方向。4.3 DSP和ARM质量检测系统目前国内大部分地区采用的电能质量 检测系统由于其测量指标单一，不能够连续 检测，检测量劳动强度大等原因，不能够很 好地适应电能质量管理的需要。而应用DSP和ARM技术研制的多通 道电能质量检测系统，作为网络型电能质量 检测系统的一部分，以分布式电能质量检测 终端为研究对象，立足于目前国内外电能质 量检测

15、系统的现状，研制出一套功能完备的 电能质量实时检测终端系统。在硬件方面， 通过应用现代化的AD（高精度数字采样芯 片）、集成数字信号处理器，并辅以计算数 据整合样表或样图和各通道波形的显示器 显示，采用大容器储存设备来就一定时间内 的最终整合结论和采样波形进行记录与储 存。之后，通过网络结构来进行上传操作， 便可就监测终端运行参数、采样、分析数据 作出比较清晰的对比。通常情况下，线路电 能质量动态测定安装于电网的相关节点上， 以此实施在线的长期监测工作。ARM主要 负责对故障的智能分析，如若发生故障，则 会将这段时间内的原始数据和对比参数在 故障储存器中进行储存，时间通常控制在前 后的3 8范围内。之后，将结果传送至信号预 警器，并由其来向相关部门作出相应的故障 报告。同时，基于远程网络来完成上位机的 传输，以中央处理器显示器为终端显示，从 而使得值班监测人员能够对故障作出较为 直观的诊断和分析，利于下一步作出明确判 断。五、总结语智能电网有其自身的先进性，结合现在 我国电力系统的现状及能源状况，推行智能 电网势在必行。在挑战与机遇并存的环境 中，我们必须抓住机遇，依据国家所制定的 统一坚强智能电网