电能质量问题的分布

电能质量问题的分布（精选8篇）

电能质量问题的分布 篇1

1衡量电能质量的基本指标参照

一是电网频率，我国电力系统的标称频率是50Hz，并且规定在电力系统的正常运行条件下，其频率偏差限值为±0.2Hz，如果电力系统的容量较小时，这一偏差限值可以适当放宽到±0.5Hz。二是电压偏差，35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不得超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%；220kV单相供电电压偏差为标称电压的+7%、―10%。三是三相电压不平衡，在对应的相关标准中规定当电网正常运行时，负序电压不平衡度不能超过2%，短时不得超过4%；对于接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。四是公用电网谐波，我国标准规定6~220kV各级公用电网电压总的谐波畸变率是0.38kV为5.0%，6~10kV为4.0%，35~66kV为0%，110kV为2.0%，并且要求注入电网的谐波电流允许值要和各级电网谐波电压限值相匹配。五是公用电网间谐波，规定间谐波电压含有率是1000V及以下小于1000Hz为0.2%，100~800Hz为0.5%，1000V以上小于100Hz为0.16%，100~800Hz为0.4%，800Hz以上目前尚处于研究之中。六是波动和闪变，对于电力系统公共连接点，在系统运行的较小方式下，以一周为测量周期，所有长时间闪变指Plt满足小于等于110kV时，Plt值为1，大于110kV时，Plt值为0.8。

2电能质量的改善措施

1.完善监督管理体系这是要求从宏观管理的角度来提高对电能质量的监督管理水平。首先是要建立和完善电能质量的相关规章制度，提高电能质量监督管理的正规性和有效性，在此基础上建立科学合理的监管体系，完善监管手段，借助信息化管理手段和监测技术实现电网电能质量的实时性监测；其次是要组织协调进行大范围的谐波检测工作，收集大量原始的测量数据，在此基础上形成针对电网谐波状况的分析评估报告；最后是提高对电网事故的响应速度，及时处理出现的各种严重的电能质量问题，最大限度地减少损失，并在以后的工作积累经验，做好事故预防工作。

2.安装可靠的电能装置目前国内在抑制谐波、解决三相不平衡问题和降低电压波动等方面的研究技术相对来说已经比较成熟，形成了一批相关的设备和装置，并取得了一定的应用范围。比如研究成功的快速调节无功功率的SVC装置已经在采矿和冶金等行业中广泛用于冲击性负荷的补偿。国外一些公司也有很多创新性的技术出现和成果转化，这些都会很多电能质量问题的解决提供了切实可行的途径。我们在电能质量改善实践过程中，要重视对这些电能装置的.使用，积极地尝试各种最新的技术，淘汰更换落后的技术装备，应及时对电力系统进行改造，从而提高其技术水平，以上这些方案都对进一步改善电能质量起着非常基础性的作用。

3.加强电能质量的相关研究工作电能质量的提高在很大程度上离不开相关理论的创新和技术的进步。最重要的是要注重对电能质量标准的研究和制度工作，在标准方面一些国际组织，如国际电工委员会（IEC）、国际大电网会议（CIGRE）和国际电热协会（UIE）等，都有专门的人员在研究和制定相应的电能标准体系，我们一方面要紧跟国际标准的步伐，借鉴他们的最新研究成果；同时要结合自身的情况积极开展研究工作，根据实际需要制定出更加细化和使用的标准，用来指导电能指标的测量和分析工作。

3结论

电能质量问题的分布 篇2

分布式能源 (distributed energy sources, DES) 接入低压配电网, 对提高供电可靠性、降低配电网网损、支撑配网电压具有一定作用, 但同时也带来了新的问题和挑战, 尤其是对配电网继电保护和电能质量的影响最为突出, 本文将针对分布式电源接入对配电网继电保护及电能质量的影响展开研究, 并提出应对措施[1]。

2 对配电网保护的影响

分布式电源 (distributed generation, DG) 接入配电网以后, 如果DG所发电能不能被就近全部消纳, 剩余电能流向电网, 则会改变电网潮流的分布, 使电网由垂直结构变为平行结构。对于典型的垂直结构的辐射形配电网, 传统的配网保护是根据辐射形潮流和馈线短路电流水平设计的[2,3,4]。

2.1 对辐射型配网的保护方案

1) 采用传统三段式电流保护方案。即:瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护;

2) 采用反时限的过电流保护方案。

由于配电网故障中绝大多数为瞬时性故障, 因此对非全电缆线路, 无论采用以上何种保护方案, 都应配置三相一次自动重合闸装置, 以保证线路在发生瞬时性故障后能快速恢复供电。

然而, DG接入配电网后, 当馈线某处发生短路时, 配网馈线中的电流方向将发生改变, 短路电流的水平也将增加。DG对配网继电保护的影响主要有:上下游断路器的不配合、熔断器保护失灵、继电保护保护范围减小、误跳闸增多等。

来自DG的额外短路电流会引起非故障区域的断路器跳闸, 造成上下游断路器之间失去配合。

图1给出了保护配合失效的示意图。根据IEEE13节点标准网络规定, 当652节点附近发生短路, 如果DG1不存在, 则断路器A检测到来自650节点的短路电流, 断路器A动作将故障点隔离。当DG1提供的短路电流足够大, 断路器B或重合闸装置R将动作或者二者全部动作, 造成断路器之间失去配合, 扩大停电范围。

图2给出了保护灵敏度降低的示意图。根据IEEE13节点标准网络规定, 当故障发生在684节点与671节点之间, 则故障处的短路电流由DG1和来自650节点的短路电流共同提供, 与DG接入前相比, 671节点处继电保护检测到的短路电流变小, 使其灵敏度降低, 保护范围减小。在671节点处断路器D动作切除故障后, 此时DG1继续向611节点、684节点和652节点供电, 形成电力孤岛, 无法保证用户的电能质量, 这也不符合IEEE Std 519-1992标准的规定, 反孤岛保护应动作, 及时切除DG1。

熔断器保护失灵也是配电网中一个非常严重的问题。在配网中, 熔断器与断路器配合使用保护电网安全。熔断器的工作过程要与馈线断路器的动作速度相配合, 断路器的动作速度与发生暂时故障 (如雷击) 时相邻熔断器的熔断时间有关, 即为减少因暂时故障更换熔断器熔丝的频率, 在熔丝熔断前, 断路器应先动作切除故障。但由于接在馈线上的DG会持续向熔断器输送短路电流, 造成这一配合过程失效[5]。

为了保障DG接入后配电网的安全稳定运行, 对传统配电网继电保护系统进行必要改进。

2.2 配电网的新型保护方案

1) 在不增加额外设备的情况下, 通过的新的保护方案与整定值算法使继电保护的整定值具有自适应性。

文献[6]提出根据电力系统当前的运行方式和故障状态, 通过保护背侧等效阻抗表现DG接入及切除对整定值计算的影响, 实时计算整定值。文献[8]将含DG配电网分区, 每个由断路器隔开的区域的DG容量与负荷基本平衡, 当发生故障时, 由分区断路器检测故障类型与位置, 断开相应隔离断路器。此类方法投资小、改造周期短, 但对DG的接入容量有一定的限制。

2) 增加方向原件, 实现方向保护。

文献[7]提出在DG的上游区域为每个保护装置增加方向元件及保护加速元件, 根据方向元件的判断结果, 相应的保护模块可以自适应地启动并动作, 不改变配电系统原有断路器配置的前提下快速地将故障线路从两端切除。但是此方案有其局限性, 当系统发生三相短路时, 此方案失效, 仍需按传统的定时限过电流保护来切除故障。

3) 将网络通信技术与现有配网保护相结合的新型保护方案。

文献[9]提出将基于配电网自动化的多A-gent技术应用于含分布式电源的配电网自适应保护。此方案需在全网的保护实时同步采样的前提下, 利用SCADA系统的通信功能和各Agent之间的协作能力提高保护的可靠性、灵活性, 对配电网的自动化与信息化水平要求较高。文献[10]利用IP广域网实现电网广域信息的实时交换;利用多Agent系统在解决分布式在线问题的合作求解能力, 实现保护之间动作的协调。目前在高压输电网上, 将无线传输、GPS时钟授时数据同步、相量测量单元PMU等与继电保护技术相结合的广域保护已有应用, 但其投资过高, 于配电网大规模应用仍有待时日。

3 对配电网电能质量的影响

DG接入配电网后对配电网电能质量的影响与众多因素有关, 如DG的类型、其接入配电网的接口类型、DG的容量、运行的控制模式、输出功率的波动性、DG总的接入容量、接入点处负荷与DG输出功率的比例以及馈线的电压管理[11], 主要表现为电压波动、电压闪变、谐波。

3.1 含DG配电网的电压波动与闪变

当某线路上传输的功率相量为S=P+j Q时, 设其线路阻抗Z=R+j X, 并以首端电压U1为参考电压时, 则线路的首端和末端的电压降落值为

其中ΔU和δU分别为电压降落的纵分量和横分量, 为末端电压相量。由式 (1) 可知, 当DG接入配电网后, 接入点注入的功率增加或减少, 将导致线路上传输功率的变化, 电压降落也将发生改变。而电压降落随着DG注入接入点功率的变化发生变化的变化量为:

由 (2) 式可知, 当DG本身的启停或注入接入点的功率波动较大时, 如出力分别受风速和太阳辐射强度变化影响较大的风力和光伏发电, 如果其接入线路的参数不合适, 电压降落值会十分明显, 这将引起DG接入点较大的电压波动和闪变。由以上分析可知, 电压波动与闪变主要是由DG输出功率的间歇性与波动性引起。

3.2 含DG配电网的谐波

DG多通过电力电子装置接入配电网, 运行中不可避免地向配电网注入谐波。最常采用的是三相电压型PWM逆变器, 其结构如图3所示, L为输出滤波器, R是滤波器阻抗。T1~T6位电力电子装置, C为直流环电容, 通过调节逆变器输出电压的幅值和相角来获得需要的有功与无功。

三相PWM型逆变器产生的谐波电压主要有两部份组成, 低次谐波与控制器参数、系统扰动及死区有关, 高次谐波与PWM调制方式和输出滤波器的滤波有关。由此可见连接配电网与DG的逆变器有很宽的谐波频谱[12], 相关标准中, 通常关注50次以下谐波, 但在当前的研究, 一般只研究25次以下谐波。DG逆变器产生的谐波电压主要影响其接入点电压。在配电网中, 如果接入点处同时有多个逆变器在向配电网注入功率, 则接入点处电压易超出限值。而由于谐波电压的加入, 使接入点电压进一步升高, 将使逆变器过电压保护动作, 将DG切除。同时一些连接在接入点的电子设备可能被烧毁, 甚至是逆变器中的功率开关设备。而这些现象经常容易误导运行人员, 使其忽略谐波问题。而当谐波电压被配电网线路与负荷阻抗转化为谐波电流, 则会对接入点外的其他线路节点造成影响。除了损坏设备、造成系统误动作, 谐波电压与电流还会加速电气设备绝缘老化的速度, 缩短其使用寿命。同时, 谐波也可能对通信系统造成干扰。

DG接入配网后使谐波谐振现象变得更加复杂。文献[15]分析了配电网串联与并联谐振对并网逆变器产生谐波的影响, 指出并联谐振使DG连接点电压畸变升高, 而串联谐振使电流畸变增加。文献[16]分析并网逆变器输出阻抗与配电网阻抗的动态相互作用, 通过DG系统测试平台证实了这种相互作用会产生某些频率的附加谐振。同时指出这种附加谐振不但会产生严重的电能质量问题, 而且能导致系统保护误导, 毁坏敏感设备。

3.3 含DG配电网电能质量治理措施

为了改善DG接入配电网对电能质量的影响, 本文提出以下三点改进措施:

1) 优化选择接入电压等级和接入点。

接入点的短路容量越大, 越能够承受DG造成的电能质量扰动。文献[13]通过人工神经网络方法优化单个DG的接入位置, 将DG输出功率波动引起的母线电压波动降到最低。文献[17]通过对IEC、IEEE和英国G5/4等标准中电力系统谐波的相关规定进行分析, 提出应综合考虑谐波源的谐波水平与接入点的短路容量, 选择合理的接入点与电压等级, 以保证系统谐波不超出相关规定的允许值。

2) 化逆变器控制策略, 降低输出谐波。

文献[14]用多功能四线电容中点逆变器作为DG并网逆变器, 采用预测电流控制技术, 可以同时实现功率交换与改善电能质量, 如降低电流总谐波畸变率, 提高功率因数, 消除直流分量。

3) 装电能质量治理装置。

采用有源电力滤波器、统一电能质量控制器等电力电子装置对配电网电能质量进行综合治理。

4 结束语

1) DG接入配电网后, 有可能会造成配电网继电保护配合失效、保护灵敏度降低等问题, 为保证配电网安全运行, 建议优先采取新的保护方案与整定值算法, 必要时增加方向原件, 而远期则可以考虑逐步实施将网络通信技术与现有配网保护相结合的新型保护方案。

电能质量问题的分布 篇3

关键词：电能质量；问题；FACTS技术；用户电力技术；控制策略技术

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、前言

电能的质量和电网的安全性及经济性有紧密关系，还和社会的整体利益有着关系，加之在生产过程中一些较为精密的仪器往往会对电能的质量提出很高的要求，因此，做好电能质量控制策略及技术有很强的学术及实践意义。

二、电能质量出现的问题分析

（一）持续时间较长或者较短

电能质量中持续时间比较长这一问题主要可以分为高电压、低电压以及持续失电等方面。其中高电压这一现象的主要原因在于大容量负荷的切除、投入电容器、变压器分接头处设置的不科学以及电压控制不合理等因素；至于低电压这一现象，主要的原因有大容量负荷的投入、电容器的切除、线路中出现过载现象、电压控制过程不合理以及变压器分接头设置不科学等因素。而持续失电这一问题相较于停电而言，前者属于一种特定现象，它代表了一种电力系统中的设备不能够发挥出其正常功能的一种状态。

在电能质量的问题中，持续时间比较短的问题主要有电压的骤降、骤升以及失电这3个方面。其中，电压的骤降主要指的是电压或者电流在工频的状况下其有效值变为0.1～0.9p.u。一般来说，导致电压骤降的原因有启动重荷载或者容量比较大的电动机、系统故障等。对于电压骤降这一现象，其持续的时间可以是瞬时的，也可以是即时的，还可以使暂时的。

电压骤升这一问题主要是指电压或者电流在工频的状态下其有效值变为1.1～1.8p.u。容易导致电压骤升这一问题的原因有供电系统中出现了故障，大容量负荷被切除、大容量电容器的充电。至于电压骤升这一问题的持续时间，也能够根据其持续的时间对其进行分类。

失电则是指电压或者电流降到了0.1p.u以下而持续的时间却不超过1min。一般来说，容易导致失电问题的因素有系统故障、控制误动、设备故障等因素。

（二）波形畸变造成的质量问题

所谓波形畸变，主要包括直流偏移、波陷、间谐波、谐波以及噪声等。其中，直流偏移主要是在交流电力系统中出现了直流电压或者直流电流，之所以产生这种现象的原因在于半波整流以及地磁干扰等因素，它不仅会导致变压器铁芯的工作点将出现偏移，还会使接地网以及其连接体出现电腐蚀等现象。至于谐波则是指电力系统以基波方式运行时出现的频率是基波整数倍的、呈现为正弦波方式的电压或者电流，它将导致谐振，进而使损耗增加，另外由于产生振动，将会导致绝缘材料所受到的电气应力变大、断路器的遮断能力出现下降，最终不仅给设备的工作造成影响，还会给测量及计量表计的准确度造成影响，并对通信造成干扰。此外，间谐波、噪声以及波陷也属于波形畸，限于篇幅，这里不再一一赘述了。

（三）三相电压不平衡

三相电压不平衡这一现象主要是由于负荷的的不平衡所导致的，比如单相或者两相的熔丝出现熔断的情况就会导致这一问题，因此在单相的负荷相对比较重的时候，将会导致较为严重的三相电压不平衡现象。

（四）电压波动、闪变造成的问题

电压的波动主要是指电压幅值的波动。当负荷的电流出现大小连续、快速的变化时，将会导致电压的闪变，这种叫法是因人的视觉感受所产生的。

三、电能质量控制策略技术分析

（一）电能质量控制策略

首先是PID控制，它属于当前应用最广泛的一种调节器控制规律，由于其结构比较简单、稳定性强、工作起来可靠、方便调整以及易于实现等特点，因此，我们在不能够完全掌握被控对象的结构及参数时，或者没有一个比较准确的数学模型时，使用这一控制技术是比较理想的。但是这种技术中响应有超调，抗负载扰动的能力相对差一些。

其次是空间矢量控制，这是一种比较常规的方法，主要的原理是对基于三相静止坐标系的交流量进行派克变换，进而获得基于旋转坐标系的直流量，最终完成解耦控制。在具体的工作中，我们多使用DSP来实现，整体的稳定性及暂态性能比较不错。另外也可以通过简化算法实现运算时间的缩短。

再次是模糊逻辑控制：这是一种智能控制方法，在这种方法中，我们不需要进行精确数学模型的建立，它主要的原理是模仿人思维及语言中对于模糊信息的处理和表达方式进行系统的模糊描述，进而实现获取系统静态及动态特征时所付出代价的降低。

最后是非线性鲁棒控制，由于SMES在运行的过程中将会受到很多不确定性的影响，所以我们经过对其确定性模型进行干扰的引入将获得非线性二阶鲁棒模型。

（二）电能质量控制技术

一方面是FACTS 技术，FACTS技术是一种通过对电力系统中的参数进行控制来实现系统潮流的灵活控制，进而使输送的容量更为接近线路热稳极限。在利用这一技术的过程中，一个关键的目的在于提升交流输电系统的传输能力和其可控性。当前，比较具有代表意义的FACTS 装置有：静止无功补偿器、统一潮流控制器、可控串联补偿电容器以及串联投切电容器等。

另外一方面是，用户电力技术。这一技术主要是指在中低压配电系统以及用电系统中进行微处理机技术、电力电子技术以及自动控制技术等的综合运用，进而降低配电系统的谐波畸变，提升其可靠性，改善供电的质量。在实现这一技术的过程中，核心的器件是IGBT，它相较于GTO不仅开关频率更高，而且关断容量也到达了MVA 级，也正因为此 DFACTS装置的响应特性更为出众。在DFACTS方面，主要的装置有：动态电压恢复器（DVR）、有源滤波器（APF）、固态切换开关（SSTS）等。

四、结束语

随着社会的发展，人们对电能质量越来越重视，但是由于种种因素的影响，使得我们日常工作在这方面还存在着一些问题。基于此，我们应充分认识到电能质量问题的危害，加强这方面的学习还探索，使其为经济发展提供更大的助力。

参考文献：

[1]党存禄，崔博闻，严鋆.电能质量新国家标准浅析[J].甘肃科技，2011（12）.

[2]张耀先，张丽泉.电能质量问题综述及开发区内电压暂降治理项目简介[J].天津科技，2009（03）.

电能质量问题的分布 篇4

一．负荷脉冲电流是导致电能质量问题原因；电能质量是指发电机通过公用电网供给用户侧的交流电能的品质。根据交流发电机的发电原理，传统的观点在供电回路中测量额定电压值的偏差，电压波波形，为稳定平滑或完好的正弦波形代表着所用交流电源的质量好。如果测量的电压波，有波形畸变或有谐波即可说明电能质量不好，这样的判断容易误导我们对电能质量问题的认识与改善电能质量的措施。本人认为最佳的方法就是检测供电回路的工作电流变化曲线与标准正弦波电压曲线的变化差距，因为供电回路电流的非正弦波变化或者脉冲式工作电流会增加发电，输，变电环节的有功电能损失，并造成发，变电设备负载率降低，因为负荷的阻抗毫秒级变化使常规电力运行参数监控仪表无法显示正确的电能指标，尤其是对发电机运行稳定性和能源消耗造成不利结果，当发电机，或变电设备负荷率达一定水平时又有较大负荷接入或退出运行会导致用电侧电压波动和闪变，甚至损坏输变电设备，发生大面积停电事故，故供电回路电流频繁非线性突变是发生电能质量问题的关健因素，举一个简单的供电例子：一交流发电机的额定容量SN＝40KVA.额定电压UN＝220V.在不使发电机过载运行的情况下，可点亮220V,40W白炽灯的数量盏。

SNCOSφ

pn

n =

40ⅹ103ⅹ1

=

= 1000盏

但点亮COSφ＝0.5,220V.40W日光灯的数量只能为500盏。

SNCOSφ

pn

n =

40ⅹ103ⅹ0.5

=

= 500盏

电能质量问题的分布 篇5

第五条 供电企业供电的额定率为交流50赫兹。

第六条 供电企业供电的额定电压：

1、低压供电：单相为220伏，三相为380伏；

2、高压供电：为10、35（63）、110、220千伏。

第五十四条 在电力系统正常状况下，供电企业供到用户受电端的供电电压允许偏差为：

1、35千伏及以上电压供电的，电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定值的10％； 第五十三条 在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：

在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过±1.0赫兹。

第五十六条 用户的冲击负荷、波动负荷、非对称负荷对供电质量产生影响或对安全运行构成干扰和妨碍时，用户必须采取予以消除。如不采取措施或采取措施不力，达不到国家 标准ＧＢ12326－90或ＧＢ-1995规定的要求时，供电企业可中止对其供电。

第九十六条 供用电双方在合同订有电压质量责任条款的，按下列规定办理：

1、用户用电功率因数达到规定标准，而供是电压超出本规则规定的变动幅度，给用户造成损失的，供电企业应按用户每月在电压不合格的累计时间内所用的电量，乘以用户当月用电的平均电价的百分之二十给予赔偿。

2、用户用电的功率因数未达到规定标准或其他用户原因引起的电压质量不合格的，供电企业不负赔偿责任。

3、电压变动超出允许变动幅度的时间，以用户自备并经供电企业认可的电压自动记录仪表的记录为准，如用户未装此仪表，则以供电记录为准。

第九十七条 供用电双方在合同中订有频率质量责任条款的，按下列规定办理：

1、供电频率超出允许偏差，给用户造成损失的，供电企业应按频率不合格的累计时间内所用的电量，乘以当月用电平均电价的百分之二十给予赔偿。

水质量分布变化对重力观测的影响 篇6

利用全球7000多个陆地气象台站观测资料、TOPEX/Poseidon卫星测高资料、多层海水温盐度数据和负荷格林函数,采用数值积分法,计算了陆地水储量及海水质量分布变化引起我国20个测站的重力变化.结果表明,我国一些测站观测的重力受水质量迁移影响超过3μGal,可见在应用重力仪观测资料研究地球动力学时,有必要作水负荷改正.另外,文中还对武汉测站的超导重力仪观测的残差和水负荷的`计算结果作了比较,并讨论了不同的地球模型及气象数据对计算测站重力的影响.

作 者：周旭华 吴斌 许厚泽  作者单位：中国科学院测量与地球物理研究所,动力大地测量学重点实验室,武汉,430077 刊 名：地球物理学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 年，卷(期)： 45(z1) 分类号：P223 关键词：重力   陆地水   海水  

电能质量问题的分布 篇7

由于分布式微网系统能够实现分布式电源的大规模接入和灵活的控制,从而提高了分布式电源的应用价值。微网技术当前正得到了广泛的发展和应用, 然而微网系统大量使用电力电子设备而产生谐波,同时大量的非线性负荷使系统电压畸变,产生三相不平衡等电能劣化问题。保障基本电能质量是微网系统安全应用的前提之一。解决电能质量问题的前提是能够对电能质量进行全面、实时、准确地检测,以提供整改方案、加强防范措施[1-3],从而保护电力系统的安全、可靠、经济运行。微网电能质量正朝着在线监测、 实时分析、网络化和智能化的方向发展[4]。

目前,各国研发的电能质量分析装置种类繁多, 按电能质量监测的方式,电能质量的监测仪器可分为手持式、便携式、远程式3种。手持式产品有美国FLUKE公司生产的F43手持式电能质量分析仪,Reli- able Power Meter品牌的电能质量记录仪以及澳大利亚红相公司的PM30系列。而现在市场的手持式和便携式电能质量监测仪二者都只能对某一固定监测点进行现场测量,对微网系统及整个电能质量的分析显得无能为力,都不适用于远程监测和多点监测,特别是对数据的实时性缺乏自动化[5-6]。虽然现在已有点对点的单通道的在线实时的分布式电能检测装置,例如文献[7-12]中提到的基于STM32的电能质量检测装置、基于PIC的电能检测装置、基于DSP的电能检测装置和基于51单片机的电能装置,但是它们所能测试的参数有限,并且它们都只适用于点对点的单通道, 组网时结构显得较于复杂,不利于管理。由此可见, 设计一种高性能多通道的电能质量监视装置是十分必要的。

本研究设计一种适用于微网系统的三通道电能质量检测系统,用于检测微网系统内各个分布式节点的电能质量参数检测,同时集成电能计量的功能,具有组网灵活方便、检测实时在线的优点。

1系统的分析与设计

1.1系统的架构的设计

该系统主要由监控中心、电能质量检测终端、电压电流传感系统、现场总线通信系统组成,系统方案设计框图如图1所示。

一个电能质量检测设备负责3个通道的电能质量参数的采集,多个设备将多个通道采集的数据通过现场总线传送给监控中心,监控中心负责数据的通信和实时的显示。该系统具有设计结构简单、安装方便、 成本低、可靠性高等优点,适合用于光伏微网的在线分布式测量,具有较高的应用价值。

1.2硬件的设计

每个电能质量的检测终端设备主要由主控单元、 3个电能质量采样和分析模块、三相电压/电流阵列模块和电源模块、LCD模块、SD卡模块组成。电能质量采样和分析模块包括电压/电流的采样电路、信号的调理电路和电能质量采集芯片,其硬件的框图如图2所示。

在进行三通道的电能质量的硬件设计的过程中, 主要的难点在于主控单元与电能质量采集分析模块进行I2C通信时,所要的ADI公司的采样芯片的I2C的地址是固定的,无法通过软件进行设定,因此无法利用一个主控单元的I2C端口来对3个通道进行控制。 本研究采取的策略是利用主控的两个自带的I2C端口和一个模拟的I2C端口来分别进行通信控制。具体的实现过程如下:首先3个电能质量分析模块分别进行电能质量参数采样。然后主控单元通过I2C总线来轮流循环的对3个通道的采样数据进行读取,以便保证数据的实时性,最后用现场总线将数据发送至上位机进行显示与存储或是传给LCD模块显示和传给SD卡进行存储。该检测设备具有如下的功能:对三相电压/ 电流实时测量,实时计算电压有效值、电流有效值、电压/电流峰值和三相不平衡度、有功功率、无功功率、视在功率、频率以及谐波分析。

1.3硬件驱动程序的设计

硬件的驱动程序使用模块化设计,软件的程序采用C语言设计,开发环境为MPLAP集成环境,MPLAP是综合的编辑器、项目管理器和设计平台,适合于使用Microchip的PICmicro®系列单片机进行嵌入式设计的应用开发。程序主要包括主模块、I2C通信模块、串口通行模块、LCD驱动程序模块、SD卡驱动程序模块、数据格式化模块和CRC数据校验模块等。主要实现的功能如下:从采样芯片的寄存器中通过I2C总线读取如下的电能质量参数:A/D转换值、电压和电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、电压和电流的峰值、谐波的电压电流有效值、电网的频率,并对读取的数据进行打包和格式化。驱动程序的流程图如图3所示。

1.4上机位机软件的设计

上位机采用面向对象的软件方式设计,采用VC来进行编程。并使用SQL Server作为数据库用以保持历史数据。上位机主要实现的功能包括如下功能:

(1)实现网络通信;

(2)实现电能质量参数数据采集;

(3)进行电能质量参数数据的计算;

(4)利用数据库来实现数据的存储;

(5)人机交互界面实现数据的显示。

2实验与分析

2.1系统的实现

该系统使用PIC18F46K22的高端8位机作为主控单元,使用ADI公司的ADE7880芯片作为电能质量分析模块,采用RS485现场总线作为电能质量模块与上位机的通信总线,实验所用的负载为三相异步电动机。

2.2实验环境

为了进行分布式在线实时的电能质量的检测实验,本研究设计了三通道的电能质量检测平台。实验平台的整体图如图4所示:所设计的三通道电能质量装置中,两个电机提供3个通道的实验负载,福禄克质量测试仪作为标准用于与该装置测试的结果进行比较,上位机进行数据的显示与存储。由于在做实验时实验者只用了两个电机作为负载,该实验分两次进行,每次测试两个通道。

2.3实验数据的分析

由于实验所测量的参数较多,本研究选取几个重要的电能质量参数(电压有效值、电流有效值、有功功率、电网的频率和电压的谐波值)来进行测试的结果的分析与比较。本研究选取了上述参数20次测量的结果来进行分析与比较。由图5~7可知,该装置测得的三相电压有效值、电流有效值和有功功率与fluke测试的结果基本吻合。从图5可看出A相电压有效值变化范围为226.57 V~227.81 V,B相的为227.37 V~227.71 V,C相的为227.59 V~227.92 V,三相的电压最大波动误差不超过0.5 V,与fluke所测得的结果相比较,其误差不超过0.44 V。从图6可看出电流有效值的测量值A相变化范围为1.53 A~1.55 A波动,B相的为1.61 A~ 1.64 A,C相的为1.62 A~1.64 A,三相的电流最大波动误差为0.03 A,与fluke所测得的结果相比较,其误差不超过0.06 A。从图7可看出A相的有功功率变化范围为52.6 W~53.6 W,B相的为60.6 W~61.5 W,C相的为56.3 W~57.7 W,三相的有功功率最大的波动误差不超过1.5 W,与fluke所测得的结果比较,其误差不超过1 W。由此可知该装置所测试的结果数据波动小数据较于稳定,并且与fluke做比较其误差相当小,验证了该装置设计的准确性和有效性。

本研究是通过过零点的硬件方法测量周期从而来确定频率的。频率测量结果的对比图如图8所示,从图8中可以看出该装置与fluke所测得的A、B、C相电网频率非常接近,误差较小。A相所测得的电网频率的范围为49.99 Hz~50.02 Hz,B相的为49.99 Hz~ 50.01 Hz,C相的为49.99 Hz~50.02 Hz。三相的电网频率波动误差最大为0.03 Hz。与fluke所测得的结果相比较其误差不超过0.03 Hz,其测量的精度较高,误差在电能质量设备要求允许的范围之内,说明该方法测量的有效性和准确性。

该装置最多可测量到51次谐波,1~31次谐波所测量的值如表1所示,从表1中可以看出,本装置所测量的三相的电压的基波值,与fluke所测得的结果相比较其误差分别为:0.06 V,0.13 V,0.06 V,其误差相对很小,精度较高。3~31次三相谐波的最大的测量误差分别为0.18 V,0.11 V,0.08 V。虽然3次以后的谐波的绝对误差较小,但是其相对误差较大,一方面是由于高次谐波本身的值比较小,另一方面由于系统测定的分辨率有限所造成的,但是其测得的结果还是在其允许接受的误差范围之内的。

(单位：V)

3结束语

为了解决在线分布式微网电能质量检测的问题, 本研究设计了具有三通道在线和实时监测的电能质量检测装置,该装置具有精度高、实时性好、成本低、 便于组网等特点,还能同时进行三通道的电能质量检测,对了解光伏微网的电能质量及实现电能的控制和保护提供了重要的依据,将其测试的结果与福禄克的测试结果做了比较与分析,结果表明其误差较小,达到了较好的预期效果,验证了设计的合理性和设备的可用性。

摘要：为了解决在线分布式微网系统的电能质量实时检测和组网复杂的问题,对电能质量检测系统的硬件和软件结构进行了详细地分析,设计了一种三通道分布式电能质量检测装置。该装置可以监测微网系统各个节点的三相电压、三相电流、电网频率、功率因数、有功功率、无功功率,谐波和三相不平衡度等基本电能质量参数,并且可以通过串口将数据上传至上位机以进行数据的存储。最后,将该装置测试的结果与FLUKE5000测试结果进行了比较。测试结果表明,该系统能够满足电能质量参数检测系统的要求,从而验证了该装置的有效性与实用性。

改善电能质量的意义与对策 篇8

【关键词】电能质量；改善意义；改善措施；对策

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质,通常是指电网线路中电能的好坏情况,当电风的电能质量被干扰或污染,达不到国家相关标准时,就要有去声生地对电风进行电能质量改善。

1.电能的概念及特点

1.1电能质量的概念

对于电能的定义国际电气电子工程师协会定义为：合格的电能能给敏感用电器供给的电力和设置的接地系统均适合该设备正常工作。

国际电工委员会则提出了电磁兼容（EMC）术语，明确说明了设备之间的相互作用及影响，且制定了电磁兼容标准，电能质量在电磁标准的定位是：合格的电能质量在正常工作情况下不影响或干扰用户使用电力情况的物理特性。

1.2电能质量的特点

电力生产企业并不能完全控制电能质量，有些电能质量的变化是有电力用户引起的（比如，谐波、电压波动和闪变等），或是自然灾害及非控制因素引起的。

在不同的时间内供用电的电能指标通常是不相同的，既是电能质量在空间和时间上是处于不停的变化之中的。

1.3改善电能质量的意义

电能质量直接关系到国民经济的总体效益，良好的电能质量无疑对电气设备的运行是有利。不良的电能质量对电力系统运行的不利影响也已引起人们足够的重视，电能质量问题主要影响电气设备的性能指标，如：不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织、造纸等产品的质量受到影响；谐波电流在旋转电机、输电线路、变压器等输配电设备中流通，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而降低了这些设备的寿命或容量，从危害程度来看，某些电能质量问题的危害是破坏性的。

2.电能质量的原因影响

2.1电力系统元件存在的非线性问题

电力供电系统中元件的非线性问题有：发电机正常工作中产生的谐波；电网中各变压设备产生的谐波；直流输电产生的谐波；经过高压后的输电线路对谐波的放大作用。另外，并联电容器在变电站中的设置等因素也都会造成谐波的出现。这些因素中直流输电因素是现在电力系统中产生谐波的主要因素。

2.2非线性负荷

非线性负载在工业和生活用电中占的比例很大，这是电力系统中产生谐波的主要根源。非线性的主要负载是电弧炉，电弧炉起弧的时延及电弧的严重非线性产生了谐波。居民的日常生活和生產的负荷中，使用的荧光灯的伏安特性也是非线性的，也会有严重的谐波电流产生，其中含量最高的是三次谐波。此外，使用大功率的整流和变频装置也会有严重的谐波电流产生，严重影响了电网的安全。

2.3电力系统故障

电能质量也会受到电力系统运行时的内外故障影响，例如，各种自然灾害、人为的非正常操作、各种线路短路、电网出现故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等都会对电能的质量造成很大的影响。

3.改善电能质量的措施

3.1改善电能质量涉及面很广

为减少频率和电压偏差，应实施电网调度自动化、无功优化、负荷控制以及许多新型的调频、调压装置的开发和应用。

近几年在全国范围内进行的城乡电网改造工程，是提高电能质量的重要措施。在抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡方面，目前已有几种装量可供选择，例如技术已相当成熟的无源滤波器、静止无功补偿装置等。积极推广使用先进的电能质量调节元件。

3.2改善电能质量的措施

（1）是调整负荷，降低负荷的敏感程度，如果遇到要求负荷电能质量特别高的电力用户仅依靠电力企业采取的措施不能在短期内满足要求时，电力企业必须和电力用户共同采取必要措施，使负荷减少敏感程度及降低电能质量不良程度。（2）是改进电网，电力企业安装和抵制或消除电力扰动的必要设备。

3.3电能质量的管理。电能质量的好坏，管理工作是不可忽视的环节，为此须进行下列工作

将电能质量的监督正式纳入电力生产轨道，同时建立国家、各省、地市3级电能质量管理体系。作为电能质量指标的电压和频率偏差，基本上由各级电力调度部门进行日常监管，这方面已制定了一些规程、导则（例如调度规程、无功和电压管理导则）。谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡同用电负荷的关系较密切，这三个指标难以做到实时监督，一般应由试验部门定期组织测量。现在有必要在国家质量监督部门领导下建立国家级电能质量检测中心，作为电能质量监管的技术归口单位。各网省、地市可以建立相应的电能质量检测站。

3.4建立质量管理体系

根据实际工作需要，建立电能质量检测中心，作为电能质量监管的技术归口单位，制度与国家标准配的行业标准或规程，导则，如涉及用户干扰指标的分配，干扰的预测计算，电能质量改善措施的选择，监测仪器或规程作为执行的依据，只有建立完善的管理作体系，改善电能质量才可落到实处。

3.4.1基础理论的研究

电能质量基础理论研究是对其本质进行深入研究的基础，包括统一的畸变波形行电能质量的含义，各功率成分的定义、产生机理、评价体系的研究，及物理意义，科学的计算方法研究等。目前为适应不同的需要提出许多的定义方法。

3.4.2新型算法的开发

随着近代数学和人工智能技术的迅速发展及大量跨学科、跨专业交叉理论的出现，电能质量分析的模型、方法和手段呈现出强烈的多样性，如何以更科学、更先进的模型来分析电能质量，改善其对电网的影响，也是电能质量研究领域的研究情况来看，小波分析、模糊数学的方法、神经网络方法、遗传算法及交叉技术将成为今后电能质量新算法研究的主流方向。

3.4.3电能质量监测的网络化、智能化

现代电网规模越来越大，监测点越来越多，未来电能质量的监测不仅局限于某一点，而是要实现同一供电系统、不同地点的电能质量监测，甚至实现多个不同供电系统的集中监测。在功能上，更强调智能化，除具有计算、显示等功能外，还要有一定的判断、分析、决策等功能，如能进行事件预测、故障辩识、干扰源识别和实时控制，初步具有自动的实用先进的计算智能评估功能。

4.结束语

综上所述，我们不但要为用户提供可靠的电能，还要设法改善电能质量，电能质量对于电网的安全，经济运行，保障用户工业产品质量和科学实验的正常运行，以及降低能耗都有相当的重要意义。

【参考文献】

［１］肖湘宁，徐永海，电能质量问题剖析[J]．电网技术，2001，3．

［２］丁书文．现代电能质量问题及其检测管理与治理[J]．华中电力，2004，3．

［３］邱贤辉．关于当前电力营销管理的几点思考[J]．广西电业，2007，4．

［４］郭育生．影响电能质量的因素改善方法[J]．江西电力职业技术学院学报，2007，20（2）．