數(shù)字技術(shù)在電能質(zhì)量監(jiān)測中的應(yīng)用

1、數(shù)字技術(shù)在電能質(zhì)量監(jiān)測中的應(yīng)用摘要：電能質(zhì)量關(guān)系著電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，是工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的保障，對降低能耗及人類生活環(huán)境等產(chǎn)生重要影響。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電力負荷的種類越來越多，特別是非線性、沖擊性負荷在容量上、數(shù)量上日益增大，使公用電網(wǎng)中的各種干擾成分不斷增加，電能質(zhì)量日益惡化。如何有效的提高電能質(zhì)量迫在眉睫。本文介紹了電能質(zhì)量及其指標，并列舉了國內(nèi)電能質(zhì)量的解決方案。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中圖分類號： tm711文獻標識碼： a文章編號：1007-9416(2012)08-0090-021、電能質(zhì)量定義電能質(zhì)量 (power quality)，從嚴格意思上講，衡量電能質(zhì)

2、量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個方面的相關(guān)術(shù)語和概念。2、電能質(zhì)量指標電能質(zhì)量的主要指標有：電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、公用電網(wǎng)諧波和公用電網(wǎng)間諧波等。電壓不平衡是指三相電壓的幅值或相位不對稱。不平衡的程度用不平衡度（電壓負序分量和正序分量的均方根值百分比）來表示，典型的三相不平衡是指不平衡度超過2%，短時超過 4%。在電力系統(tǒng)中，各種不平衡工業(yè)負荷以及各種接地短路故障都會導致三相電壓的不平衡。過電壓是指持續(xù)時間大于 1 分鐘，幅值大于標稱值的電壓。 典型的過電壓值為 1.1 1.2 倍標稱值。過

3、電壓主要是由于負載的切除和無功補償電容器組的投入等過程引起，另外，變壓器分接頭的不正確設(shè)置也是產(chǎn)生過電壓的原因。欠電壓是指持續(xù)時間大于 1 分鐘，幅值小于標稱值的電壓。 典型的欠電壓值為 0.8 0.9 倍標稱值。其產(chǎn)生的原因一般是由于負載的投入和無功補償電容器組的切除等過程。另外，變壓器分接頭的錯誤設(shè)置也是欠電壓產(chǎn)生的原因。電壓驟降是指在工頻下， 電壓的有效值短時間內(nèi)下降。 典型的電壓驟降值為 0.1 0.9 倍標稱值，持續(xù)時間為 0.5 個周期到 1 分鐘。電壓驟降產(chǎn)生的原因主要有電力系統(tǒng)發(fā)生故障，如系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障；大容量電機的啟動和負載突增也會導致電壓驟降。電壓驟升是指在工頻下，

4、電壓的有效值短時間內(nèi)上升。 典型的電壓驟升值為 1.1 1.8 倍標稱值，持續(xù)時間為 0.5 個周期到 1 分鐘。電壓驟升產(chǎn)生的原因主要有電力系統(tǒng)發(fā)生故障，如系統(tǒng)發(fā)生單相接地等故障；大容量電機的停止和負載突降也是電壓驟升的重要原因。供電中斷是指在一段時間內(nèi)， 系統(tǒng)的一相或多相電壓低于 0.1 倍標稱值。瞬時中斷定義為持續(xù)時間在 0.5 個周期到 3 秒之間的供電中斷，短時中斷的持續(xù)時間在 360 秒之間，而持久停電的持續(xù)時間大于 60 秒。電壓瞬變又稱為瞬時脈沖或突波， 是指兩個連續(xù)的穩(wěn)態(tài)之間的電壓值發(fā)生快速的變化，其持續(xù)時間很短。電壓瞬變按照電壓波形的不同分為兩類：一是電壓瞬時脈沖，是指疊加

5、在穩(wěn)態(tài)電壓上的任一單方向變動的電壓非工頻分量；二是電壓瞬時振蕩，是指疊加在穩(wěn)態(tài)電壓的同時包括兩個方向變動的電壓非工頻分量。電壓瞬變可能是由閃電引起的，也可能是由于投切電容器組等操作產(chǎn)生的開關(guān)瞬變。電壓切痕是一種持續(xù)時間小于 10ms的周期性電壓擾動。它是由于電力電子裝置換相造成的，它使電壓波形在一個周期內(nèi)有超過兩個的過零點。由于其頻率非常高，用常規(guī)的諧波分析設(shè)備無法測出，因此以前一直末把此項作為電壓質(zhì)量的一個指標。我國還對應(yīng)頒布了六項的電能質(zhì)量相關(guān)標準，分別是：(1)gb/t 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差；(2)gb/t 15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差；(3)gb/t

6、 15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度；(4)gb/t 12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變；(5)gb/t 14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波；(6)gb/t 24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波。3、電能質(zhì)量監(jiān)測既然電能質(zhì)量有如此多的指標， 應(yīng)如何了解并掌握電能質(zhì)量是否滿足各項指標，就需要專用的儀器對電能進行質(zhì)量監(jiān)測。那么什么是電能質(zhì)量監(jiān)測呢？電能質(zhì)量監(jiān)測是指采用符合規(guī)范的測試儀器或設(shè)備對電網(wǎng)中所關(guān)心節(jié)點的電能質(zhì)量相關(guān)指標進行測量并與限值對比分析的過程。電能質(zhì)量監(jiān)測經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展：第一個階段 : 電能質(zhì)量初步探討時期。對于電力系統(tǒng)諧波”污染”的認識始于 19

7、20-1930 年，問題出自于德國對當時的靜態(tài)整流器產(chǎn)生的波形畸變的探討，到本世紀五、六十年代，隨著高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，西方工業(yè)化國家對此進行了全面而深入的研究，但是直到七十年代以來出現(xiàn)的兩種情況才促使了世界各國對諧波問題的廣泛重視，并引起了諧波理論方面的重大發(fā)展。第二個階段 : 電能質(zhì)量在國內(nèi)初步發(fā)展。隨著web網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，并且各方人士開始積極探索和應(yīng)用如何通過電能質(zhì)量的在線監(jiān)測對電力設(shè)備的預防性維護提供一些有用的建議等等，在這個時期國內(nèi)的廠家技術(shù)發(fā)展日新月異，隨著數(shù)字信號處理dsp 芯片的應(yīng)用迅速發(fā)展，電能質(zhì)量監(jiān)測產(chǎn)品系列完善，web技術(shù)在電能質(zhì)量在線監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，

8、實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時測量、存數(shù)、分析、共享。第三個階段 : 電能質(zhì)量監(jiān)測的高級應(yīng)用。電能質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)用將為未來的專家系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。未來的專家系統(tǒng)綜合了國內(nèi)外諧波界知名專家的研究成果，采用智能模糊分析方法，對自動存儲于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析，找出污染源、發(fā)現(xiàn)諧振點，并對電網(wǎng)整體電能質(zhì)量進行評估，仿真分析，提出整治建議，使得日后的治理工作更有針對性和有效性，對節(jié)省治理投資有重大的現(xiàn)實意義。目前，發(fā)展成熟的電能質(zhì)量監(jiān)測與分析系統(tǒng)以計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為依托，結(jié)合電網(wǎng)中各個監(jiān)測點構(gòu)建成一個完整的電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)各項電能質(zhì)量指標的在線監(jiān)測和統(tǒng)計分析。整個系統(tǒng)軟件從功能

9、上可以分為監(jiān)測單元、通信服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測與分析平臺等多個子系統(tǒng)。(1) 終端監(jiān)測單元：由電能質(zhì)量監(jiān)測儀完成。(2) 通信服務(wù)系統(tǒng)：主要由監(jiān)測儀通信系統(tǒng)、通信服務(wù)器以及通信模塊組成，其中監(jiān)測通信系統(tǒng)負責接收通信服務(wù)器指令、 解析指令、查找打包所需數(shù)據(jù)并通過通信模塊上傳到通信服務(wù)器；通信服務(wù)器負責所有與電能質(zhì)量監(jiān)測儀進行的數(shù)據(jù)通信，并支持以太網(wǎng)接口、usb 接口等通信方式。(3) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)：主要由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫內(nèi)部處理程序以及數(shù)據(jù)庫管理模塊組成，數(shù)據(jù)庫用來存儲電能質(zhì)量監(jiān)測與分析系統(tǒng)中各項電能質(zhì)量監(jiān)測儀上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫同時還為系統(tǒng)中監(jiān)測與分析平臺提供數(shù)據(jù)檢索等數(shù)據(jù)服務(wù)支持。數(shù)據(jù)庫支持m

10、ssql 和oracle 等大型數(shù)據(jù)庫。(4) 監(jiān)測與分析平臺：主要由在線監(jiān)測、電能質(zhì)量分析與參數(shù)設(shè)置管理組成。在線監(jiān)測主要負責監(jiān)測電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時刷新紀錄，按照國家標準要求每3 秒鐘刷新一次實時數(shù)據(jù)；電能質(zhì)量分析主要負責對統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)進行數(shù)值表、曲線分析以及報表打印處理等操作；參數(shù)設(shè)置管理主要負責對系統(tǒng)的各種參數(shù)以及電能質(zhì)量監(jiān)測儀的各種參數(shù)進行設(shè)置和管理。4、國內(nèi)電能質(zhì)量解決方案有了先進的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對電能質(zhì)量指標的監(jiān)測，國內(nèi)又是如何實現(xiàn)對電壓調(diào)整、頻率調(diào)節(jié)、諧波抑制、無功補償、閃變控制、瞬態(tài)電壓事件的控制呢。我國常用的技術(shù)手段有配電系統(tǒng)無功補償裝置 (svg) 、有源電力濾波器 (

11、apf) ，動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器 (dvr) 。4.1 配電系統(tǒng)無功補償裝置 (svg)無功補償技術(shù)是一種很傳統(tǒng)的電力技術(shù)，它代表了一個國家電力水平的高低，無功補償通俗的講就是將低壓變壓器傳輸過來的無用功轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?。配電系統(tǒng)無功補償裝置(svg) 具有以下特點 ;(1) 補償方式 :svg 采用的是電源模塊進行無功補償，補償后的功率因素一般在 0.98 以上。(2) 補償時間 : 無功補償需要在瞬時完成， 如果補償?shù)臅r間過長會造成該要無功的時候沒有，不該要無功的時候反而來了的不良狀況；svg 在 5-20 毫秒的時間就可以完成一次補償。(3) 有級無極 :svg 可以從 0.1 千法開始進行無極補

12、償，完全實現(xiàn)了精確補償；(4) 諧波濾除 :svg 不產(chǎn)生諧波更不會放大諧波，并且可以濾除50%以上的諧波；(5) 使用壽命 :svg 使用壽命在十年以上，自身損耗極小且基本上不要維護。4.2 有源電力濾波器 (apf)電力有源濾波器是運用瞬時濾波形成技術(shù)，對包含諧波和無功分量的非正弦波進行“矯正” ，這與基于穩(wěn)態(tài)頻譜的“濾波”概念已有很大的不同，而類似于自適應(yīng)濾波技術(shù)中的“干擾抵消器”。因此，電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度，對變化的諧波和無功功率都能實施動態(tài)補償，并且其補償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小。apf 可分為單相 apf 、三相三線制 apf 、三相四線制 apf 及有源線路調(diào)節(jié)器 (

13、aplc) 等。三相四線制 apf 主要是為了補償電源中線上的電流諧波、無功功率及三相之間的不平衡問題。當功率額定值較小時，其主電路可直接采用三相逆變器，而將直流側(cè)電容中點聯(lián)接到電源中點上。當負載功率較大時可用四橋臂的逆變器，將第四橋臂單獨用于補償中線；為了實現(xiàn)三相獨立調(diào)節(jié)，還可使用更復雜的三個單相橋式逆變器進行分別補償。有源線路調(diào)節(jié)器是向電網(wǎng)中的某個( 或幾個 ) 優(yōu)選節(jié)點注入消諧波補償電流，以達到在一定范圍內(nèi)電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理。目前更高層次的電力有源濾波技術(shù)在國外尚處于研究階段。有源電力濾波器 (apf) 具有以下特點： (1) 不僅能補償各次諧波， 還可抑制閃變，補償無功，有一機多能

14、的特點， 在性價比上較為合理；(2) 濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險； (3) 不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點，在性價比上較為合理； (4) 濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險。4.3 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器 (dvr)dvr 則是目前保證對敏感負荷供電質(zhì)量非常有效的串聯(lián)補償裝置，因為它通過自身的儲能單元，能在ms級內(nèi)將電壓跌落補償至正常值，因此是抑制動態(tài)電壓干擾的有效補償裝置，它主要由儲能單元、dc/ac 逆變器模塊、連接變壓器等部分組成，儲能容量可根據(jù)用戶電壓跌落統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定，逆變器的模塊一般采用由igb 構(gòu)成三相全橋結(jié)構(gòu)，采用 pwm調(diào)制方式，這種結(jié)構(gòu)控制靈活，便于分相補償。因而 dvr 與消除電壓跌落，提高大型綜合性敏感工業(yè)負荷的供電質(zhì)量方面有顯著的效果。5