電能質(zhì)量評估指標(biāo)和方法

1、電能質(zhì)量的評估指標(biāo)和方法概述電能質(zhì)量評估方式評估流程及方法電能質(zhì)量評估指標(biāo)概述一、電能質(zhì)量評估的定義電能質(zhì)量評估是基于系統(tǒng)電氣運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際測量或者通過建模仿真獲得的基本數(shù)據(jù)，對電能質(zhì)量各項(xiàng)特性指標(biāo)做出評價和對其是否滿足規(guī)范要求進(jìn)行考查與推斷的過程。概述二、電能質(zhì)量評估的基本步驟1、選擇評估指標(biāo)。2、搜集電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。3、選擇依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。4、確定目標(biāo)性能等級。電能質(zhì)量評估方式單項(xiàng)評估綜合評估等級評估監(jiān)測點(diǎn)評估系統(tǒng)評估規(guī)劃評估（IEC系列）兼容評估（IEC系列）指標(biāo)量化評估定制評估公眾評估按指標(biāo)內(nèi)容分按結(jié)果形式分按面向用戶分按應(yīng)用服務(wù)分按空間層次分電能質(zhì)量評估方式一、評估方式分類電能質(zhì)量評估方式二

2、、單項(xiàng)評估和綜合評估電能質(zhì)量現(xiàn)象電能質(zhì)量現(xiàn)象起因起因公用電網(wǎng)諧波非線性負(fù)荷和系統(tǒng)的非線性電氣元件電壓波動和閃變功率波動性或間歇性負(fù)荷三相電壓不平衡負(fù)荷不平衡或電力系統(tǒng)元件參數(shù)不對稱電壓偏差無功功率不平衡，調(diào)壓措施動作等頻率偏差有功功率不平衡電壓暫降系統(tǒng)故障、重負(fù)荷或大型電機(jī)啟動短時間電壓中斷伴隨自動重合閘和備用電源自動投切裝置動作長時間停電系統(tǒng)檢修、線路或設(shè)備永久性故障，供需不平衡過電壓電力系統(tǒng)中線路及設(shè)備的投切操作、系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定或雷電電能質(zhì)量評估方式二、單項(xiàng)評估和綜合評估電能質(zhì)量的單項(xiàng)評估是指，針對某一個電能質(zhì)量或?qū)δ硞€特種進(jìn)行量化而得到考核值的過程。結(jié)果的表現(xiàn)形式就是該電能質(zhì)量的單項(xiàng)指標(biāo)

3、，評估結(jié)果就是指標(biāo)值。電能質(zhì)量現(xiàn)象電能質(zhì)量現(xiàn)象評估標(biāo)準(zhǔn)評估標(biāo)準(zhǔn)單項(xiàng)指標(biāo)單項(xiàng)指標(biāo)公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-1993HRUh，HRIh電壓波動和閃變GB/T12326-2008d，Pit三相電壓不平衡GB/T15543-2008u電壓允許偏差GB/T12325-2008U頻率允許偏差GB/T15945-2008f1、單項(xiàng)評估電能質(zhì)量評估方式一、單項(xiàng)評估和綜合評估2、綜合評估就是在分析單項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，把部分或全部電能質(zhì)量問題以及某項(xiàng)電能質(zhì)量的多個特征量按屬性合成一個有機(jī)整體，進(jìn)而得到其考核指的過程，其結(jié)果可以是電能質(zhì)量的綜合指標(biāo)或綜合等級。分單項(xiàng)電能質(zhì)量多參數(shù)綜合指標(biāo)和多項(xiàng)電能質(zhì)量綜合評估。

4、單項(xiàng)電能質(zhì)量多參數(shù)綜合指標(biāo): 電力諧波對大多數(shù)電氣設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在秒級或分鐘級的熱效應(yīng)上。因此，對于諧波的熱效應(yīng)的評估可以基于能量合成原理，采用包含各次諧波的影響的綜合性指標(biāo)，如電壓/電流總諧波畸變率（THD），能滿足大部分場合需要。多項(xiàng)電能質(zhì)量綜合評估：在同一時間，諸多電能質(zhì)量參數(shù)加在同一電氣設(shè)備上，共同影響設(shè)備的工作，電力擾動對設(shè)備性能的影響結(jié)果需要多項(xiàng)特征來評估。電能質(zhì)量評估方式二、單項(xiàng)評估和綜合評估除了部分電力用戶對他們特別敏感的某些電能質(zhì)量問題十分關(guān)心，并提出對應(yīng)的單項(xiàng)指標(biāo)外，大部分的用戶是不愿意對電力擾動限制而增加任何附加費(fèi)用的，他們更注重選擇電能質(zhì)量綜合性能較好的電力供應(yīng)。因

5、此采用電能質(zhì)量綜合評估可以簡化評估結(jié)果，增強(qiáng)執(zhí)行的可操作性和大眾的可接受度。電能質(zhì)量評估方式三、指標(biāo)量化評估和等級評估 量化評估是將各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行數(shù)值化計算，得到的評估結(jié)果是一具體數(shù)值。它能夠直接反應(yīng)電能質(zhì)量問題的嚴(yán)重性，且便于專業(yè)人員將其結(jié)果作為電能質(zhì)量莫標(biāo)控制盒改善電力設(shè)計的參量。 由于自然氣候條件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷特性及其分布特點(diǎn)的不同，電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量指標(biāo)的量化范圍分布廣，如果僅以量化值作為電力系統(tǒng)供需交易與定價的度量準(zhǔn)則，會增加實(shí)際操作的難度。因此除了量化評估之外，還需要面向市場的不同電能質(zhì)量需求層次建立質(zhì)量等級評估。電能質(zhì)量評估方式三、指標(biāo)量化評估和等級評估

6、兼容水平等級劃分（LV/MV）(IEC 61000-2-4：2002)電能質(zhì)量評估方式四、監(jiān)測點(diǎn)評估和系統(tǒng)評估按電能質(zhì)量評估的空間層次來分：監(jiān)測點(diǎn)評估和系統(tǒng)評估。1、監(jiān)測點(diǎn)評估它是對某監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量基本特征量的檢測與分析，計算出該監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際質(zhì)量水平。監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)是在一個特定檢測周期內(nèi)表征該監(jiān)測點(diǎn)電能質(zhì)量特性的指標(biāo)。監(jiān)測點(diǎn)往往是選擇PCC處或用戶與電力公司協(xié)商的制定節(jié)點(diǎn)。2、系統(tǒng)評估它是通過對某局域供電系統(tǒng)個監(jiān)測點(diǎn)評估，經(jīng)過再統(tǒng)計或再處理，得到對整個系統(tǒng)質(zhì)量性能的評價。系統(tǒng)評估的結(jié)果可以用來評判不同網(wǎng)絡(luò)類型或任何一個被監(jiān)測系統(tǒng)的典型干擾水平，便于系統(tǒng)的逐年質(zhì)量對比，有利于促進(jìn)電力公司改善系統(tǒng)運(yùn)行條

7、件。電能質(zhì)量評估方式四、監(jiān)測點(diǎn)評估和系統(tǒng)評估系統(tǒng)指標(biāo)是按質(zhì)量類別收集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的特征值來計算的，其表現(xiàn)形式與監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)基本相同。系統(tǒng)指標(biāo)可以是各監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)的平均值，也可以是各監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)的概率大值。考慮到?jīng)]有被監(jiān)測到的站點(diǎn)的情況時，一般采用對統(tǒng)計值進(jìn)行加權(quán)處理。加權(quán)因子的處理方法：（1）按每個監(jiān)測點(diǎn)供電的用戶數(shù)賦權(quán)，權(quán)重為Ni/Nj。（2）按監(jiān)測點(diǎn)的平均負(fù)荷或用戶額定容量賦權(quán)。（3）按負(fù)荷的重要性或用戶的電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)損失賦權(quán)。電能質(zhì)量評估方式五、兼容評估和規(guī)劃評估 將電磁環(huán)境概念和電能質(zhì)量問題相結(jié)合，可以認(rèn)為，電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電能質(zhì)量問題多是傳導(dǎo)性的電磁干擾。1、兼容評估兼容指標(biāo)是為了把實(shí)際

8、質(zhì)量水平與兼容水平相比較而設(shè)定的衡量參數(shù)，或者稱特征指標(biāo)。比如說電壓質(zhì)量，兼容指標(biāo)主要反映公共電網(wǎng)中電力用戶和電力系統(tǒng)的電磁兼容環(huán)境，是量化和報告公共電網(wǎng)中電壓整體水平的指標(biāo)。量化兼容指標(biāo)的過程就是兼容評估。2、規(guī)劃評估規(guī)劃指標(biāo)是為了比較實(shí)際質(zhì)量水平與規(guī)劃水平二設(shè)定的衡量參數(shù)。以諧波電壓為例，IEC61000-3-6:1996規(guī)定不止一個規(guī)劃指標(biāo)來衡量短時內(nèi)諧波影響。電能質(zhì)量評估方式六、定制評估和公眾評估 定制評估和公眾評估是指不同電力用戶根據(jù)自身用電設(shè)備對電能質(zhì)量的敏感性或發(fā)射水平，提出個性化的質(zhì)量需求而提出的評估方式。1、定制評估定制評估是在兼容評估的基礎(chǔ)上，針對用戶關(guān)心的電能質(zhì)量問題，按

9、需要的結(jié)果表現(xiàn)形式進(jìn)行評估的過程。2、公眾評估公眾評估是對電能質(zhì)量無特別要求的電力用戶，一般是對公眾用戶而言的，是一種典型的多指標(biāo)綜合評估。電能質(zhì)量評估方式六、定制評估和公眾評估開始230/400V?第1級評估.滿足1級要求？230/400V?第2級評估.滿足2級要求？第3級評估配電公司給定諧波背景值用戶提供非線性設(shè)備特性參數(shù)PCC處電壓畸變計算經(jīng)諧波疊加預(yù)測PCC處及各母線各次諧波符合規(guī)劃水平？接入系統(tǒng)不適合接入或重新選擇接入點(diǎn)及采取抑制措施后再評估NYNYYYNNYN非線性用戶系統(tǒng)接入評估流程圖電能質(zhì)量評估方式六、定制評估和公眾評估定制評估特殊用戶或大用戶（1）設(shè)備對個別現(xiàn)象敏感，愿為個別

10、指標(biāo)要求付費(fèi)（2）設(shè)備產(chǎn)生個別顯著的干擾，并為抗擾投資付費(fèi)(3)用戶可針對個別指標(biāo)選擇不同的供電方公眾評估普通公眾用戶（1）調(diào)查結(jié)果表明：用戶所受影響積累損失很大，負(fù)荷比重增長快，但不愿支付額外費(fèi)用（2）居民用戶代理可選擇不同的供電方電力公司對策高標(biāo)準(zhǔn)給敏感用戶;低約束給干擾客戶保證一定利潤下提高標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量定制評估和大眾評估的重要性評估流程及方法一、評估的基本原則（1）評估指標(biāo)物理意義明確，且與其對設(shè)備或者系統(tǒng)的影響嚴(yán)重性緊密相關(guān)。（2）指標(biāo)的統(tǒng)計應(yīng)實(shí)現(xiàn)在時間上的特征對比，以及不同監(jiān)測點(diǎn)或系統(tǒng)在空間上的特征對比。（3）剔除無關(guān)信息的干擾，且又不損失必要的信息，以真實(shí)的反映電能質(zhì)量的水平。（4

11、）定義的指標(biāo)和評估方式應(yīng)簡約、可操作，有利于廣泛的工程應(yīng)用。（5）評估結(jié)果應(yīng)與選定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較。評估流程及方法二、評估流程系統(tǒng)PCC處電氣參數(shù)采集基本特征量識別與提取特征量時間組合/相數(shù)組合運(yùn)行方式/氣候條件等外在原因說明處理監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)統(tǒng)計計算監(jiān)測點(diǎn)信息加權(quán)系數(shù)狀態(tài)估計系統(tǒng)指標(biāo)統(tǒng)計計算系統(tǒng)等級評價監(jiān)測點(diǎn)等級評價協(xié)議判斷協(xié)議判斷限值判斷系統(tǒng)評估結(jié)果監(jiān)測點(diǎn)評估結(jié)果限值判斷測量過程評估流程電能質(zhì)量評估一般流程評估流程及方法三、時間組合及計算方法 電能質(zhì)量的時間組合是指，將按時間變化的電能質(zhì)量各參數(shù)用不同的時間長度進(jìn)行組合計算的過程，從而達(dá)到既真實(shí)地反映實(shí)際電能質(zhì)量水平又可以有效地壓縮監(jiān)測數(shù)

12、據(jù)的目的。1、利用時間組合提取必要信息評估流程及方法三、時間組合及計算方法2、干擾特征的時間組合選擇（1）連續(xù)變化型：3s、10min、日、周（2）事件型：1min（電壓暫降）評估流程及方法三、時間組合及計算方法3、時間組合計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。仍以諧波指標(biāo)討論（1）方均根值法（rms）假設(shè)組合時間內(nèi)檢測的n個測量窗的基本量為Ci，則方均根值Crms為評估流程及方法三、時間組合及計算方法3、時間組合計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。仍以諧波指標(biāo)討論（2）算數(shù)平均值法假設(shè)時間組合的算數(shù)平均值為Cav，評估流程及方法三、時間組合及計算

13、方法3、時間組合計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）最大值法一段時間內(nèi)的最大值可以反映特征量的極值，一般使用在兩個層次上：一是觀察短時間內(nèi)測量窗的各次諧波及THD值的最大值，及取各測量窗值的極值。二是在指標(biāo)統(tǒng)計時間內(nèi)的3s或10min方均根值的最大值。評估流程及方法三、時間組合及計算方法3、時間組合計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）電能質(zhì)量指標(biāo)的動態(tài)性2）抗擾能力的多樣性3）電磁兼容評估4）小概率事件和顯著性水平電能質(zhì)量評估指標(biāo)1、部分國際標(biāo)準(zhǔn)對評估指標(biāo)的規(guī)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、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓 評估指標(biāo)電能質(zhì)量評估指標(biāo)2、諧波電壓評估指標(biāo)（1）測量窗計算 1）HRUhm=Uhm/U1m*100% 2）THDUm=Uhm/U1m*100% HRUhm第m個DFT測量窗計算的h次諧波電壓含有率；Uhm第m個DFT測量窗計算的h次諧波電壓方均根值；U1m第m個DFT測量窗計算的基波電壓方均根值； 一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評

15、估指標(biāo)電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo), , ,95( , )0.95( , )ChshwCPh shh shf Cf C電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo),95(, )0.95(, )Ch vs w CPh vsh vsf Cf C電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)2）規(guī)劃指標(biāo)： 規(guī)劃指標(biāo)采納多指標(biāo)或多概率值，不僅體現(xiàn)短時間諧波熱效應(yīng)，還反映了非常短時間諧波對電子設(shè)備的影響。 a）非常短時間組合日指標(biāo)HRUh，vs,d,CP95和THDU, vs，d，CP95, ,95(, )0.95(, )Ch vs d CPh vsh

16、vsf Cf Cb）短時間組合周指標(biāo)：, ,99(, )0.99(, )Ch sh w CPh shh shf Cf Cc）非常短時間組合周指標(biāo)：, ,99(, )0.99(, )Ch vs w CPh vsh vsf Cf C電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo) 上述定義的第a類指標(biāo)是采納IEC61000-3-6和CIGREC4.07推薦的衡量規(guī)劃水平的指標(biāo)；b，c類是采納CIGREC4.07推薦的規(guī)劃指標(biāo)，其與IEC61000-3-6標(biāo)準(zhǔn)推薦的指標(biāo)僅有的不同就是采用了CP99值。（3）系統(tǒng)指標(biāo)：一般是基于相同電壓等級監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)的再統(tǒng)計。以電壓總諧波畸變率THD的系統(tǒng)指標(biāo)

17、為例，介紹兩種定義方式：a）在各監(jiān)測點(diǎn)評估指標(biāo)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)指標(biāo)采用各監(jiān)測點(diǎn)在相同統(tǒng)計時間內(nèi)的指標(biāo)值加權(quán)平均法，一般是按照監(jiān)測點(diǎn)供給的負(fù)荷容量確定加權(quán)系數(shù)，則系統(tǒng)平均總諧波畸變率兼容指標(biāo)SATHDU,sh，w，CP95為：, ,951, ,95*ksU sh wCPsU sh wCPTL THDSATHDL1kTSsLL電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)b）依據(jù)CIGRE JGW C4.07/CIRED推薦的系統(tǒng)指標(biāo)，可表示為系統(tǒng)總諧波畸變率CP95值，即代表各個監(jiān)測點(diǎn)電壓總諧波畸變率THDCP95值。STHD95由下式定義：95,95,95,()0.95()STHDtU

18、 CPstU CPsf THDf THDTHDU,CP95，S第s個監(jiān)測點(diǎn)的THDU的CP95值；Ft系統(tǒng)內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)的THD值的概率分布函數(shù)。電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)110KV母線A相電壓200ms和3s方均根值趨勢圖對比電能質(zhì)量評估指標(biāo)110KV母線C相諧波電壓3s、1min、10min方均根值趨勢圖對比電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)4、對設(shè)備使用壽命的影響在非正弦條件下，電氣設(shè)備的絕緣性能往往因受到電、熱應(yīng)力影響，會使其使用壽命減少，所以電氣設(shè)備使用壽命預(yù)測在電力系統(tǒng)元件可靠性評估和系統(tǒng)可靠性評估中占據(jù)非常重要的作用。電應(yīng)力主要是

19、諧波電壓電場力的作用，熱應(yīng)力主要是諧波電流和電壓引起設(shè)備發(fā)熱使其變形老化。在波形畸變條件下電器元件的使用壽命為：exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBTLS正弦條件下，額定電場強(qiáng)ES和溫度TS下的電氣元件的使用壽命電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)4、對設(shè)備使用壽命的影響exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中電應(yīng)力占主要的作用，主要包括三部分：（1）峰值因子Kp：反映畸變電壓峰值和額定電壓峰值的比值：111,1,1,11*PPPPPP NP NNPPUUUUUKUUUUUU1基波RMS值U1，N額定基波rms值UP1基波峰值電能質(zhì)量

20、評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)4、對設(shè)備使用壽命的影響exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中電應(yīng)力占主要的作用，主要包括三部分：（2）波形因子Kf：反映畸變電壓U(t)相對時間的變化率與基波額定正弦電壓相對時間的變化率的方均根值的比值：Uhh次諧波RMS值22122111,1,()*1NhNhhfhNNh UUUKhUUU電能質(zhì)量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)4、對設(shè)備使用壽命的影響exp()pfrnnnNSSpfrmsLL KKKBT上述模型中電應(yīng)力占主要的作用，主要包括三部分：（3）方均根值因子Krms：畸變電壓方均根值相對額定

21、基波方均根值的比值：U總諧波電壓RMS值21,1,1,1,11,*1*rmsrms hNUNNNUUUKKKTHDKUUU電能質(zhì)量評估指標(biāo)二、電壓暫降評估指標(biāo)1、一次電壓暫降基本特征量： 主要包括暫降幅值、持續(xù)時間、暫降能量以及典型敏感曲線的勢能分布，其中暫降幅值和持續(xù)時間是后兩者的基礎(chǔ)。（1）暫降幅值與持續(xù)時間 1）一次暫降的相數(shù)組合：依據(jù)IEC61000-4-30對電壓暫降的監(jiān)測方法，在暫降過程中，暫降幅值取所有測量通道中最小的Urms值。 2）連續(xù)暫降的短時間組合：在1min內(nèi)，三相中最低的電壓方均根值就是本次暫降的幅值，記作Us：暫降持續(xù)時間的累計就是本次暫降的持續(xù)時間，記作Ts電能質(zhì)

22、量評估指標(biāo)一、連續(xù)變化型的公用電網(wǎng)諧波電壓評估指標(biāo)npnrnfLs（年）（年）低壓自愈電容器6.12.60.514.8聚丙烯電容器5.32.00.815.9中壓交聯(lián)聚乙烯電纜14.81.24.930變壓器940電機(jī)1140白熾燈131電能質(zhì)量評估指標(biāo)二、電壓暫降評估指標(biāo)單一暫降的特征量提取與相數(shù)組合連續(xù)暫降的特征量提取與時間組合電能質(zhì)量評估指標(biāo)二、電壓暫降評估指標(biāo)（2）暫降能量IEEE P1564電壓暫降評估指標(biāo)研究工作組推薦的計算式為：20( )1() *100TVSNU tEdtU（3）典型敏感曲線的位置勢能暫降位置勢能是指，一次電壓暫降的暫降幅值和持續(xù)時間特征量在典型敏感曲線圖中的相對位置。位置勢能PE的一般表達(dá)式為rsrTsUUPEUU電能質(zhì)量評估指標(biāo)二、電壓暫降評估指標(biāo)2、監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)將一個監(jiān)測周期內(nèi)（一般以年為單位）捕捉到的各次電壓暫降基本特征量統(tǒng)計處理，形成監(jiān)測點(diǎn)指標(biāo)，以表征該監(jiān)測點(diǎn)電壓暫降現(xiàn)象的典型特征及其嚴(yán)重性。（1）系統(tǒng)平均方均根值變動SARFIX率指標(biāo)，它表示了發(fā)生在評估期間內(nèi)的每個用戶特定閾值x下方均根值變化時間的平均次數(shù)。ixTNSARFIN電能質(zhì)