電能質(zhì)量的綜合評(píng)估

題系專班姓題系專班姓畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 電能質(zhì)量的綜合評(píng)估別 電力工程系 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化*1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1*指導(dǎo)教師 下達(dá)日期 年月日

設(shè)計(jì)時(shí)間自_年_月_日至_年_月_日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：1、題目名稱 電能質(zhì)量的綜合評(píng)估 2、題目來(lái)源、目的和意義隨著非線性負(fù)荷的增多，電能質(zhì)量問(wèn)題已表現(xiàn)的日益突出，各國(guó)都根據(jù)實(shí)際情況制定了相關(guān)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠評(píng)判電能質(zhì)量各單項(xiàng)指標(biāo)是否合格，但卻存在著一定的缺陷。電能質(zhì)量是一個(gè)多指標(biāo)的綜合體，單純的判斷某項(xiàng)指標(biāo)是否合格,并不能反映整體的電能質(zhì)量情況。通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)掌握電能質(zhì)量的基本理論；電能質(zhì)量綜合評(píng)估的基本理論；MATLAB的編程方法與技巧；三、 原始資料見(jiàn)附錄。四、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)包括的內(nèi)容完成電能質(zhì)量綜合評(píng)估的實(shí)現(xiàn)；完成電能質(zhì)量綜合治理的MATLAB仿真；完成5000漢字的與設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的英文資料的翻譯。五、 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)（1） 根據(jù)我國(guó)電能質(zhì)量評(píng)估中存在的主要問(wèn)題，建立適合的電能質(zhì)量評(píng)估體系;（2） 軟件應(yīng)達(dá)到的要求：程序要滿足一定的速度要求和應(yīng)用需求結(jié)果可信、真實(shí)（3） MATLAB仿真要求：a.實(shí)現(xiàn)諧波源（諧波潮流）的仿真；b.實(shí)現(xiàn)諧波綜合治理的仿真，治理效果要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；（4）以實(shí)際的例子（電氣化鐵路）進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)估，得出量化結(jié)果；六、 主要參考資料（1） 肖湘寧.《電能質(zhì)量分析與控制》.北京：中國(guó)電力出版社，2004,2.（2） AlexanderKusko,Marc「Thompson《電力系統(tǒng)電能質(zhì)量》.科學(xué)出版社，2009.3（3） 《電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南》中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2009.9（4） 程浩忠.電能質(zhì)量概論.北京：中國(guó)電力出版社，2008，4.七、 進(jìn)度要求1、實(shí)習(xí)階段第周（月日）至第周（月日）共周2、設(shè)計(jì)階段第周（月日）至第周（月日）共 周3、答辯日期第周（2012年月日）八、其它要求（1） 根據(jù)我國(guó)電能質(zhì)量存在的主要問(wèn)題及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建立適合的電能質(zhì)量評(píng)估模型;（2） 掌握一種電能質(zhì)量分析軟件的使用以及其仿真；（3） 設(shè)計(jì)完成后，使我們具有分析電能質(zhì)量初步問(wèn)題的能力；電能質(zhì)量綜合評(píng)估摘要電力行業(yè)市場(chǎng)化己成為世界各國(guó)電力工業(yè)改革的目標(biāo)。而電能質(zhì)量則是這其中的關(guān)鍵。本文論述了電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的國(guó)標(biāo)定義，以及在電力市場(chǎng)環(huán)境中研究電能質(zhì)量綜合評(píng)估問(wèn)題的意義。本文選擇用簡(jiǎn)單易懂的概率統(tǒng)計(jì)和矢量代數(shù)相結(jié)合方法來(lái)進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合評(píng)估。首先用概率統(tǒng)計(jì)對(duì)山西省各市的電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)估，然后與矢量代數(shù)相結(jié)合得到電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的歸一量化評(píng)估結(jié)果，最后綜合全省結(jié)果比較而直觀、全面地反映出山西省的電能質(zhì)量問(wèn)題。本文還在介紹各種工業(yè)負(fù)荷的電能質(zhì)量特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)電氣化鐵路影響電能質(zhì)量的諧波因素進(jìn)行了MATLAB仿真處理。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；綜合評(píng)估；概率統(tǒng)計(jì)和矢量代數(shù)；MATLAB仿真；ComprehensiveEvaluationofPowerQualityABSTRACTThepowerindustrymarkethasbecomethereformobjectiveofpowerindustrythroughtheworld.Thepowerqualityisthekey.ThisarticlediscussesthedefinitionoftheGBofthepowerqualityindicators,Andthesignificanceofthestudycomprehensiveassessmentofpowerqualityproblemsintheelectricitymarketenvironment.Thisarticleselectthemethodthatthecombinationofprobabilitystatisticandvectoralgebratoconductcomprehensiveassessmentofpowerquality.Firstly,useprobabilitystatistictoassesspowerqualityindicatorsofallcitiesoftheShanxiProvince,thenusevectoralgebratothenormalizedquantitativeresultsoftheassessmentofpowerqualityindicators,andthenintegratedtheprovince'sresultsandtheelectriccharacteristicstoreflectthepowerqualityinShanxiProvinceintuitivelyandcomprehensively.Onthebasisofintroducingavarietyofindustrialload'spowerqualitycharacteristics,thispapercounterharmonicofelectrifiedrailwayaffectingpowerqualityfactorswiththeMATLABsimulationprocessing.Keywords:Powerquality;Comprehensiveevaluation;Probabilitystatisticandvectoralgebra;MATLABsimulation;目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論 8\o"CurrentDocument"1.1在電力市場(chǎng)環(huán)境下研究電能質(zhì)量評(píng)估問(wèn)題的意義. 8\o"CurrentDocument"1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀. 8\o"CurrentDocument"1.3本論文的主要工作 9\o"CurrentDocument"第二章電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)概述 10\o"CurrentDocument"2.1電能質(zhì)量指標(biāo)的概念和影響因素 102.1.1電壓偏差 10\o"CurrentDocument"2.1.2頻率偏差 112.1.3諧波含量 122.1.4電壓波動(dòng)和閃變 12\o"CurrentDocument"2.1.5三相電壓不平衡度 13\o"CurrentDocument"2.1.6暫態(tài)指標(biāo) 14\o"CurrentDocument"2.2電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 15\o"CurrentDocument"第三章不同工業(yè)負(fù)荷的電能質(zhì)量特點(diǎn) 17\o"CurrentDocument"冶金電爐負(fù)荷 17\o"CurrentDocument"電氣化鐵路負(fù)荷 19\o"CurrentDocument"高壓電機(jī)負(fù)荷 20\o"CurrentDocument"風(fēng)電場(chǎng) 20\o"CurrentDocument"電氣化鐵路諧波濾除的MATLAB仿真 21\o"CurrentDocument"第四章山西省電能質(zhì)量全析 25\o"CurrentDocument"4.1算法原理說(shuō)明 25\o"CurrentDocument"4.2實(shí)例分析 26\o"CurrentDocument"第五章結(jié)論 27\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 28附錄：山西省所有變電站電能質(zhì)量評(píng)估數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤！未定義書簽。英文原文 錯(cuò)誤！未定義書簽。中文翻譯 錯(cuò)誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"致謝 29第一章緒論1.1在電力市場(chǎng)環(huán)境下研究電能質(zhì)量評(píng)估問(wèn)題的意義進(jìn)入二十一世紀(jì)后，在我國(guó)電力已經(jīng)作為一種特殊的商品逐漸走入了市場(chǎng)化的大門,電力市場(chǎng)也逐步成型。目前，我國(guó)的電力市場(chǎng)采用的是發(fā)電側(cè)開(kāi)放式的單一購(gòu)電者模式,即將電力經(jīng)營(yíng)企業(yè)擁有的發(fā)電廠與電網(wǎng)分開(kāi)，市場(chǎng)只對(duì)發(fā)電側(cè)開(kāi)放，在發(fā)電側(cè)各發(fā)電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，但是購(gòu)電者只有電力調(diào)度交易中心一方。電力市場(chǎng)中電能交易類型包括合約交易、現(xiàn)貨交易、期貨交易等，而現(xiàn)階段，我國(guó)的電力市場(chǎng)中的交易類型為，在市場(chǎng)中,電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)與發(fā)電公司間以短期現(xiàn)貨交易和遠(yuǎn)期合約交易為主；而電力調(diào)度交易中心與購(gòu)電者間以現(xiàn)貨交易為主。作為一種商品，電力市場(chǎng)化后，電能的質(zhì)量無(wú)疑將會(huì)與價(jià)格掛鉤，從而引起人們對(duì)質(zhì)量的重視，這對(duì)于電能質(zhì)量的提高將會(huì)起到很好的促進(jìn)作用。隨著電力市場(chǎng)化的進(jìn)行，電力系統(tǒng)將出現(xiàn)廠網(wǎng)分開(kāi)，供輸分離的局面，電能將統(tǒng)一開(kāi)放，作為一種商品投入到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中去，像其他的商品一樣，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，做到按質(zhì)定價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，因此，在電力市場(chǎng)的環(huán)境下對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估具有重要的意義。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，有了明確的電能質(zhì)量等級(jí)劃分方法，就可以綜合的評(píng)估、比較各種電能的質(zhì)量，從而為建立公平的電力市場(chǎng)創(chuàng)造條件。同時(shí)，有一個(gè)明確的電能質(zhì)量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，也便于購(gòu)電方進(jìn)行比較和選擇，從而達(dá)到以最少的資金獲得最適合的電能的目的。在電力市場(chǎng)中對(duì)各種電能的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估并采用按質(zhì)論價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的購(gòu)電原則，有利于鼓勵(lì)各個(gè)發(fā)電廠商、輸配電系統(tǒng)努力改進(jìn)或提高電能的質(zhì)量，從而可以提高電力系統(tǒng)整體電能的質(zhì)量。其次，在電力市場(chǎng)中考慮電能質(zhì)量就將電能質(zhì)量的治理問(wèn)題推向了市場(chǎng)，使其與經(jīng)濟(jì)利益掛鉤，從而明確了電能質(zhì)量治理的責(zé)任，有助于改變目前互相推卸責(zé)任、標(biāo)準(zhǔn)單一、無(wú)人治理的被動(dòng)局面。并且，在電力市場(chǎng)中考慮電能質(zhì)量問(wèn)題有助于改革并完善電力企業(yè)的管理，從而促使電力企業(yè)從垂直壟斷管理體制向開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)管理體制轉(zhuǎn)變，努力開(kāi)拓電力市場(chǎng)，提高企業(yè)的管理效率和電能質(zhì)量，降低供發(fā)電成本和電價(jià),最終達(dá)到促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀長(zhǎng)期以來(lái)，定量的、全面的評(píng)估電能質(zhì)量，一直是電能質(zhì)量工作者共同追求的目標(biāo)。目前，電能質(zhì)量綜合評(píng)估的研究焦點(diǎn)依然是如何科學(xué)、客觀地將一個(gè)多指標(biāo)問(wèn)題綜合成單一量化指標(biāo)問(wèn)題，已經(jīng)有多篇文獻(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法進(jìn)行了探討，對(duì)電能質(zhì)量的定量評(píng)價(jià)做出了有益的探索。由于電能質(zhì)量指標(biāo)具有模糊性，因此產(chǎn)生了基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)估方法。文獻(xiàn)⑴采用了“模糊模式識(shí)別”的方法，首先將電能質(zhì)量的各個(gè)指標(biāo)模糊化，建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，并且將服務(wù)性指標(biāo)利用專家評(píng)分法獲得隸屬度；然后確定電能質(zhì)量的等級(jí)，采用將模糊集求概率和，在考核周期內(nèi)取算術(shù)平均的方法獲得指標(biāo)隸屬度；之后再采用海明貼近度，利用擇近原則判斷出質(zhì)量等級(jí)。但是，由于采用的貼近度對(duì)模糊關(guān)系的刻畫不夠細(xì)致，最大隸屬度原則掩蓋了介于兩個(gè)隸屬度之間的差別，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致判斷偏差太大，所以對(duì)電能質(zhì)量的綜合評(píng)估不夠細(xì)致、清晰和全面。文獻(xiàn)［2］提出了利用“模糊綜合評(píng)判”的方法對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估。首先對(duì)電能質(zhì)量的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，從最低一級(jí)開(kāi)始評(píng)判，在評(píng)判完這一級(jí)之后再進(jìn)入下一級(jí)，直到最后獲得綜合評(píng)判結(jié)果。同時(shí)，在每一級(jí)評(píng)判中引入相應(yīng)的評(píng)判權(quán)重，以表示不同指標(biāo)在該級(jí)中的重要程度。最后一級(jí)的綜合評(píng)判采用加權(quán)平均法，以避免最大隸屬度原則的片面性。此種方法綜合考慮了電能質(zhì)量指標(biāo)的各個(gè)方面，評(píng)判客觀、全面、合理，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。上述兩種基于模糊數(shù)學(xué)的方法，均存在如何建立合理的隸屬度函數(shù)的問(wèn)題，如果隸屬度函數(shù)建立不合理，將會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生很大影響。文獻(xiàn)⑶采用了概率統(tǒng)計(jì)特征值的方法，抓住了分項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)的主要特征。采用矢量代數(shù)的方法有效地將不同的分項(xiàng)指標(biāo)歸一量化，使電能商品優(yōu)質(zhì)和優(yōu)價(jià)的一一對(duì)應(yīng)成為可能。但是基準(zhǔn)值的選取不同，指標(biāo)的歸一量化結(jié)果會(huì)有很大不同。如果基準(zhǔn)值選取不當(dāng)，會(huì)對(duì)電能質(zhì)量綜合評(píng)估的準(zhǔn)確性有很大影響。針對(duì)模糊數(shù)學(xué)和概率統(tǒng)計(jì)與矢量代數(shù)方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，文獻(xiàn)⑷提出了將二者相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法，這種方法在對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行整體評(píng)價(jià)的同時(shí)，還可以單獨(dú)評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的某項(xiàng)指標(biāo)。采用概率統(tǒng)計(jì)特征值的方法可以抓住電能質(zhì)量分項(xiàng)指標(biāo)的主要特征，而采用模糊綜合評(píng)判的方法則可以體現(xiàn)不同用戶對(duì)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)要求的不同。整個(gè)過(guò)程中，在盡量避免主觀人為因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響的同時(shí)引入了權(quán)重矢量，因而可以根據(jù)實(shí)際的需要滿足對(duì)某些項(xiàng)指標(biāo)的特殊要求。但是綜合評(píng)判過(guò)程中各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重選取不當(dāng)，將會(huì)對(duì)綜合評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生不良影響。文獻(xiàn)⑸將“層次分析法（AHP）”用于電能質(zhì)量綜合評(píng)估中的權(quán)重確定。層次分析法是一種將決策者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過(guò)程模型化、數(shù)量化的過(guò)程。應(yīng)用這種方法，決策者通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較和計(jì)算，就可以得出不同方案的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)。但是層次分析法在遇到因素眾多、規(guī)模較大的問(wèn)題時(shí)，容易出現(xiàn)判斷矩陣難以滿足一致性要求的問(wèn)題，往往難以進(jìn)一步對(duì)其分組。而判斷矩陣的階數(shù)越大,元素間兩兩比較判斷的次數(shù)就越多,很難達(dá)到一致。因此文獻(xiàn)⑹采用了主客觀權(quán)重相結(jié)合的方法，提出了基于可變權(quán)重的電能質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)。先利用AHP法確定各項(xiàng)指標(biāo)的主觀權(quán)重，再根據(jù)不同評(píng)價(jià)對(duì)象的具體情況對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)賦予客觀權(quán)重，得到可變綜合權(quán)重，最后利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)判。該方法根據(jù)不同類型負(fù)荷的敏感程度確定各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。但是在對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)賦予客觀權(quán)重時(shí)，需要專家根據(jù)具體的情況給予賦權(quán)，仍然避免不了人為因素的影響。文獻(xiàn)［7］基于物元分析法，首先用物元和相關(guān)函數(shù)理論計(jì)算待評(píng)估的電能質(zhì)量對(duì)各不同質(zhì)量等級(jí)的關(guān)聯(lián)值，并形成關(guān)聯(lián)值矩陣；然后結(jié)合層次分析法得到指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。這種評(píng)估方法結(jié)果清晰，方法簡(jiǎn)單，易于編程實(shí)現(xiàn)，但是此種方法在確定目標(biāo)權(quán)重時(shí)，仍然不能避免人為主觀因素的影響。1.3本論文的主要工作本論文以地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估為背景，進(jìn)行了電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法的應(yīng)用研究。本論文的主要工作有以下幾個(gè)方面：（1） 介紹了電能質(zhì)量綜合評(píng)估的意義及方法研究現(xiàn)狀。（2） 對(duì)電能質(zhì)量的含義及評(píng)估指標(biāo)和國(guó)標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。（3） 簡(jiǎn)要介紹了幾種算法。（4） 分析了概率和矢量代數(shù)相結(jié)合的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法，并應(yīng)用該方法對(duì)山西地區(qū)變電站的電能質(zhì)量情況進(jìn)行了綜合評(píng)估。（5） 對(duì)諧波污染和防治進(jìn)行了仿真。

第二章電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)概述2.1電能質(zhì)量指標(biāo)的概念和影響因素2.1.1電壓偏差電壓偏差指供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之差與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓之比的百分?jǐn)?shù)稱為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為U-U(2-1)re 4X100%(2-1)UN式中6U——電壓偏差U——實(shí)際電壓，kV；reUN——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。供電系統(tǒng)正常運(yùn)行是指系統(tǒng)中所有電氣元件均按照預(yù)定工況運(yùn)行。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷時(shí)刻發(fā)生著變化，系統(tǒng)的運(yùn)行方式也經(jīng)常改變，系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓隨之發(fā)生改變，會(huì)偏離電壓標(biāo)稱值。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于標(biāo)稱電壓的1%。電壓的均方根值偏離標(biāo)稱值的現(xiàn)象稱為電壓變動(dòng)，電壓偏差屬于電壓變動(dòng)的范疇。供電電壓允許偏差是電能質(zhì)量的一項(xiàng)基本指標(biāo)。合理確定該偏差對(duì)于電氣設(shè)備的制造和運(yùn)行，對(duì)于電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)都有重要意義。系統(tǒng)無(wú)功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏差的根本原因，無(wú)功功率越嚴(yán)重，電壓偏差越大。另外供配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理也能導(dǎo)致電壓偏差。供配電線路輸送距離過(guò)長(zhǎng)，輸送容量過(guò)大，導(dǎo)致截面過(guò)小等因素都會(huì)加大線路的電壓損失，從而產(chǎn)生電壓偏差。電壓偏差過(guò)大對(duì)用電設(shè)備以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生極大的危害：1）對(duì)用電設(shè)備的危害：當(dāng)電壓偏離標(biāo)稱電壓較大時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行性能惡化，不僅運(yùn)行效率降低，還可能由于過(guò)電壓或過(guò)電流而損壞。例如，當(dāng)電壓高于標(biāo)稱電壓5%時(shí)，白熾燈的壽命會(huì)減少30%；當(dāng)電壓高于標(biāo)稱電壓10%時(shí)，白熾燈的壽命會(huì)減小一半，從而使白熾燈的損壞數(shù)量大大增加；當(dāng)電壓低于標(biāo)稱電壓的5%時(shí)，白熾燈的光通量減少18%；當(dāng)電壓低于標(biāo)稱電壓10%時(shí)，光通量減少30%，從而使照度顯著降低。電壓過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的溫升增加，若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于較大的電壓偏差下運(yùn)行，就可能燒壞電動(dòng)機(jī)繞組，使繞組絕緣老化而縮短電動(dòng)機(jī)的壽命。由于許多家用電器內(nèi)部都裝有動(dòng)力裝置，也即是各種類型的電動(dòng)機(jī)，電壓偏差過(guò)大同樣會(huì)影響它們的使用效率和壽命,嚴(yán)重影響人們的正常生活。（2）對(duì)電網(wǎng)的危害：輸電線路的輸送功率受功率穩(wěn)定極限的限制，而線路的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低，輸電線路的功率極限大幅度降低，可能產(chǎn)生系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率崩潰，造成系統(tǒng)解列。如果電力系統(tǒng)缺乏無(wú)功電源，可能產(chǎn)生系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓崩潰。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12325-2003《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》對(duì)電壓偏差做了詳盡規(guī)定。2.1.2頻率偏差頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。系統(tǒng)負(fù)荷特別是發(fā)電廠廠用電負(fù)荷對(duì)頻率的要求非常嚴(yán)格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常運(yùn)行就必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)頻率，使系統(tǒng)的頻率偏差控制在允許范圍之內(nèi)。允許頻率偏差的大小不僅體現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平的高低,同時(shí)反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)的程度。頻率偏差是指在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值（50Hz或60Hz，我國(guó)采用50Hz標(biāo)準(zhǔn)）之差。用公式表示為：盯=f-fre N （2-2）式中df——頻率偏差，Hz站——實(shí)際頻率，Hz；. 系統(tǒng)標(biāo)稱頻率，Hz。頻率偏差屬于頻率變化的范疇，電力系統(tǒng)的頻率變化是指基波頻率偏離正常值的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)都在發(fā)生變化，當(dāng)發(fā)電機(jī)與負(fù)荷出現(xiàn)有功功率不平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，出現(xiàn)頻率偏差。頻率偏差的大小及其持續(xù)時(shí)間取決于負(fù)荷特性和發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)能力。在任意時(shí)刻，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率如果大于系統(tǒng)負(fù)荷有功功率的總需求（包括電能傳輸環(huán)節(jié)的全部有功損耗），那么，系統(tǒng)頻率上升，頻率偏差為正；反之，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率如果小于系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)有功功率的總需求，系統(tǒng)頻率則下降，頻率偏差為負(fù)。電力系統(tǒng)的大事故，如大面積甩負(fù)荷、大容量發(fā)電設(shè)備退出運(yùn)行等，會(huì)加劇電力系統(tǒng)有功功率的不平衡，使系統(tǒng)頻率偏差超出允許的極限范圍。系統(tǒng)有功功率不平衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。頻率偏差過(guò)大對(duì)用電負(fù)荷以及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都會(huì)造成很大的危害：（1） 系統(tǒng)頻率偏差過(guò)大對(duì)用電負(fù)荷的危害：產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保障，工業(yè)企業(yè)所使用的用電設(shè)備大多數(shù)是異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)，系統(tǒng)頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量；降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，電動(dòng)機(jī)的輸出功率與系統(tǒng)頻率有關(guān)，系統(tǒng)頻率下降使電動(dòng)機(jī)的輸出功率降低，從而影響所傳動(dòng)機(jī)械的出力；使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行，電子設(shè)備對(duì)系統(tǒng)頻率非常敏感，系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定會(huì)影響這些電子設(shè)備的工作特性，降低準(zhǔn)確度，造成誤差。（2） 對(duì)電力系統(tǒng)的危害：降低發(fā)電機(jī)組效率，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰；汽輪機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生葉片共振，造成葉片疲勞損傷和斷裂；處于低頻率電力系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器其主磁通會(huì)增加，系統(tǒng)所需無(wú)功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來(lái)困難；無(wú)功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，電容器的無(wú)功出力成比例降低，電容器對(duì)電壓的支撐作用收到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整；頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945—1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》對(duì)頻率偏差做了詳盡規(guī)定。

2.1.3諧波含量諧波的國(guó)際公認(rèn)定義是：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”諧波的一個(gè)重要指標(biāo)就是總諧波畸變率（THD）,定義為畸變波形因諧波引起的偏離正弦波形的程度。用公式表示為：I電U2乙UhTHD= x100% （2-3）uU1式中THDU——電壓總諧波畸變率；uhulM定——uhulM定——基波均方根值；——所考慮的諧波最高次數(shù)，由波形的畸變程度和分析的準(zhǔn)確度要求來(lái)決，通常取MW50。電流總諧波畸變率THDi的計(jì)算同式（2-3）,只需將其中的電壓變量改為電流變量即可。電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷是造成波形畸變的主要根源。近年來(lái)，電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題日益嚴(yán)重，主要原因就是：（1）電力電子設(shè)備及其新技術(shù)的大量采用，以及各種家用電器的普遍使用，從電網(wǎng)的各個(gè)供電點(diǎn)向電力系統(tǒng)注入大量諧波；（2）為了節(jié)省原材料，鐵芯設(shè)備的工作點(diǎn)更進(jìn)入飽和區(qū)，引起諧波的增加；（3）電弧爐用戶的增多及其容量的增加。諧波的污染和危害主要表現(xiàn)在對(duì)電力與信號(hào)的干擾影響方面。諧波會(huì)引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加損耗、發(fā)熱和振動(dòng)，降低旋轉(zhuǎn)電機(jī)的使用壽命。諧波電流在變壓器繞組和線路傳輸中都要產(chǎn)生附加損耗，而系統(tǒng)變壓器和線路的損耗構(gòu)成了電網(wǎng)損耗的主要部分。在發(fā)生系統(tǒng)諧振或諧波放大的情況下，諧波的網(wǎng)損可達(dá)到相當(dāng)大的程度（例如向電氣鐵道供電的電網(wǎng)在諧波嚴(yán)重諧振時(shí)，輸變電網(wǎng)絡(luò)中諧波損耗可達(dá)到電氣鐵道供電負(fù)荷的1.85%）；諧波會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，降低電信質(zhì)量；還會(huì)使重要的和敏感的自動(dòng)控制、保護(hù)裝置誤動(dòng)作。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對(duì)頻率偏差做了詳盡規(guī)定。2.1.4電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)定義為電壓均方根一系列相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變的現(xiàn)象，其變化周期大于工頻周期。在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，這種電壓波動(dòng)現(xiàn)象有可能多次出現(xiàn)，變化過(guò)程可能是規(guī)則的、不規(guī)則的，亦或是隨機(jī)的。電壓波動(dòng)值為相鄰電壓方均根的兩個(gè)極限值Umax和Umin之差U，常以其標(biāo)稱電壓UN的百分?jǐn)?shù)表示其相對(duì)百分值：d=Umax—UminX100% （2-4）uN相對(duì)最大電壓變動(dòng)值：d=maxX100% （2-5）UN在波動(dòng)負(fù)荷中，以電弧爐引起的電壓波動(dòng)最為嚴(yán)重。多數(shù)國(guó)家在制定的電壓波動(dòng)與

閃變標(biāo)準(zhǔn)中的條款是針對(duì)電弧爐負(fù)荷設(shè)定的。同時(shí)電弧爐造成的供電電壓波動(dòng)對(duì)用電設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響主要決定于波動(dòng)值的大小和變動(dòng)的頻度。電壓閃變是指人眼對(duì)由電壓波動(dòng)所引起的照明異常的視覺(jué)感受，它通常是以白熾燈的工況作為判斷。閃變可分為周期性和非周期性兩種，前者主要是由于周期性的電壓波動(dòng)引起的，如往復(fù)式壓縮機(jī)、電弧爐等；后者往往與隨機(jī)性電壓波動(dòng)有關(guān)，如電焊機(jī)等。影響閃變的其他因素還有照明裝置、人的視感度等。通常人對(duì)照明變化需要有一定的視覺(jué)暫留時(shí)間，高于或低于某一段頻率的照明變化，普通人便察覺(jué)不到。若將載波電壓的調(diào)幅波進(jìn)行頻譜分析，則會(huì)發(fā)現(xiàn)它是由l/2fl（fl為基波電壓頻率）以下的低頻成分所組成。在所有這些低頻成分中，人眼對(duì)8.8Hz的電壓波動(dòng)最為敏感。因此，IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）標(biāo)準(zhǔn)以S=1（S為瞬時(shí)閃變視覺(jué)度）為察覺(jué)單位，對(duì)1/2以下的低頻成分以8.8Hz為標(biāo)準(zhǔn)作歸一化處理，通過(guò)在S=1下的電壓波動(dòng)頻率、電壓波動(dòng)及視覺(jué)系數(shù)之間的關(guān)系將不同頻率下的低頻電壓波動(dòng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)特定頻率（如8.8Hz）的電壓波動(dòng)，以該特定頻率電壓波動(dòng)的限值作為判斷是否發(fā)生閃變的標(biāo)準(zhǔn)，大于該限值則判斷為發(fā)生了閃變；反之則沒(méi)有。如前所述，閃變是經(jīng)過(guò)燈-腦-眼環(huán)節(jié)反映人對(duì)照度的主觀視感，為更為本質(zhì)地描述燈-腦-眼環(huán)節(jié)的頻率特性，IEC推薦引入視感度系數(shù)K（f）：(2-6)K（f）二S二1覺(jué)察單位的*8Hz正弦電壓波動(dòng)d%x100%

S=1覺(jué)察單位的頻率為f的正弦電壓波動(dòng)F%(2-6)(2-7)式中S=1覺(jué)察單位是以閃變覺(jué)察率F（%）為50%為瞬時(shí)閃變視感度的衡量單位，閃變覺(jué)察率F（%）的統(tǒng)計(jì)公式如下：(2-7)x100%式中A為沒(méi)有覺(jué)察的人數(shù)；B為略有覺(jué)察的人數(shù)；C為有明顯覺(jué)察的人數(shù)；D為不能忍受的人數(shù)。由此可見(jiàn)，閃變與電壓波動(dòng)有著直接的關(guān)系，但由于引起閃變的某些量值難以量化，而且它還需要對(duì)電壓波動(dòng)（調(diào)幅波）頻譜分析度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因此對(duì)閃變的計(jì)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)比計(jì)算電壓波動(dòng)要復(fù)雜得多。到目前為止還沒(méi)有準(zhǔn)確計(jì)算閃變的公式。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12326-2000《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》對(duì)電壓波動(dòng)和閃變做了詳盡規(guī)定。2.1.5三相電壓不平衡度電力系統(tǒng)的三相不平衡（或?qū)ΨQ）是由于三相負(fù)載不平衡（或?qū)ΨQ）以及系統(tǒng)元件參數(shù)的不對(duì)稱所致。在研究不對(duì)稱的三相電力系統(tǒng)時(shí)，廣泛使用對(duì)稱分量法，即將任何一組不對(duì)稱的三相相量（電壓或電流）分解成相序各不相同的三相對(duì)稱的三相相量。三相電源電壓畸變不對(duì)稱時(shí)，對(duì)于三相四線制電路，電壓中除含有諧波分量外，還含有正序、負(fù)序、零序分量。對(duì)于三相三線制電路，只含有正、負(fù)序分量。三相電壓的不平衡度通常以負(fù)序分量與正序分量均方根值的百分比來(lái)表示。￡=JX100% （2-8）U1式中U］為三相電壓正序分量的均方根值，U2為三相電壓負(fù)序分量的均方根值。電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。事故性不平衡由系統(tǒng)中各種非對(duì)稱性故障引起，比如單相接地短路、兩相接地短路或兩相相間短路等。而電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán)節(jié)的不平衡都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的三相不平衡。由于三相發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備通常具有良好的對(duì)稱性，因此供電系統(tǒng)的不平衡主要來(lái)自于供電線路的不平衡。系統(tǒng)處于三相不平衡運(yùn)行時(shí)，其電壓、電流中含大量負(fù)序分量，由于負(fù)序分量的存在，三相不平衡對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響。（1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的負(fù)序電抗很小，所以負(fù)序電壓產(chǎn)生的負(fù)序電流很大，使電動(dòng)機(jī)的銅損增加。銅損的加大不僅使電動(dòng)機(jī)效率降低，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣老化過(guò)程加快；（2）變壓器。變壓器處于不平衡負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，變壓器容量得不到充分利用。研究表明,變壓器工作在標(biāo)稱負(fù)載下，當(dāng)電流不平衡度為10%時(shí)，變壓器絕緣壽命約縮短16%；（3）換流器。三相不平衡使換流器的觸發(fā)角不對(duì)稱，換流器將產(chǎn)生較大的非特征諧波。非特征諧波電流的出現(xiàn)對(duì)換流器的諧波治理提出了更高的要求，直接導(dǎo)致?lián)Q流器總投資的加大；（4）繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置。三相不平衡系統(tǒng)中的負(fù)序分量偏大，可能導(dǎo)致一些作用于負(fù)序電流的保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，此外系統(tǒng)三相不平衡還會(huì)使某些負(fù)序啟動(dòng)元件對(duì)系統(tǒng)故障的靈敏度下降；（5）線損。在三相不平衡系統(tǒng)中，線路除正序電流產(chǎn)生的正序功率損耗外,還有負(fù)序電流及零序電流產(chǎn)生的附加功率損耗,因此加大了線路的總損耗，降低了電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；（6）計(jì)算機(jī)。在低壓三相四線制系統(tǒng)中，三相不平衡引起中線上出現(xiàn)不平衡電流，中性點(diǎn)電位會(huì)產(chǎn)生漂移，嚴(yán)重時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生電噪聲干擾，可能使計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-1995《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》對(duì)電壓三相電壓允許不平衡度做了詳盡規(guī)定。2.1.6暫態(tài)指標(biāo)評(píng)估電能質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)除了以上幾節(jié)中介紹的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)之外，還有暫態(tài)指標(biāo)，主要有電壓暫升、電壓暫降、瞬時(shí)間斷、暫時(shí)過(guò)電壓、瞬態(tài)過(guò)電壓、脈沖等等。其中，由于變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動(dòng)化生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等敏感性用電設(shè)備的大量使用，電壓暫降（凹陷、跌落）與短時(shí)斷電（間斷）問(wèn)題引起了有關(guān)部門和研究人員的重視，國(guó)內(nèi)外不少專家學(xué)者認(rèn)為這一問(wèn)題已上升為當(dāng)前最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，許多國(guó)家（如加拿大）已開(kāi)展了電壓暫降的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作。電壓暫降和電壓短時(shí)間中斷通常是相關(guān)聯(lián)的電能質(zhì)量問(wèn)題。發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)80年代初就開(kāi)始研究電壓跌落并取得大量的應(yīng)用成果。電壓暫降是指供電電壓均方根在短時(shí)間突然下降的事件。其典型連續(xù)時(shí)間為0.5?30周波。是指電壓有效值的大幅度快速下降，IEC定義為下降到標(biāo)稱值的90%至1%，IEEE定義為下降到標(biāo)稱值的90%至10%。當(dāng)電壓有效值降低到接近于0時(shí)，則稱為間斷。電壓暫降與間斷主要是由于系統(tǒng)短路故障以及配電網(wǎng)感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)造成。當(dāng)輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)、雷擊、開(kāi)關(guān)操作、變壓器以及電容器組的投切等事件時(shí)，均可引起電壓暫降。其中，短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)、雷擊是引起電壓暫降的主要原因。電壓暫降和間斷的危害主要是引起工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備非正常工作，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。電壓暫升是指工頻電壓或電流有效值上升到1.1pu?1.8pu之間。持續(xù)時(shí)間在0.5周波到1分鐘之間的電壓質(zhì)量問(wèn)題。單相接地故障會(huì)引起非故障相的電壓升高。大負(fù)荷的切除或電容器組的充電也會(huì)導(dǎo)致類似的電壓質(zhì)量問(wèn)題。暫態(tài)脈沖的定義為電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的突然的非工頻變化。變化是單方向的，常用其上升和延遲時(shí)間來(lái)描述。產(chǎn)生沖擊暫態(tài)的主要原因是閃電。由于涉及到的頻率很高,所以產(chǎn)生的沖擊電壓或電流衰減很快，同一個(gè)沖擊暫態(tài)事件，在電力網(wǎng)絡(luò)的不同點(diǎn)會(huì)觀察到不同的結(jié)果。沖擊暫態(tài)常常引起設(shè)備因過(guò)電壓而損壞，還有可能激發(fā)電力系統(tǒng)的固有振蕩而導(dǎo)致振蕩暫態(tài)。

振蕩暫態(tài)定義為電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的突然的非工頻變化，變化是雙向的。常用頻譜成份（主導(dǎo)頻率）、持續(xù)時(shí)間和幅值進(jìn)行描述。根據(jù)其頻譜范圍，振蕩暫態(tài)可分為高頻、中頻和低頻3種。2.2電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保護(hù)電氣環(huán)境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術(shù)規(guī)范，是實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)督管理、推廣電能質(zhì)量控制技術(shù)、維護(hù)供用電雙方合法權(quán)益的法律依據(jù)。電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括：頻率偏差、電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過(guò)電壓、波形畸變、電壓暫降與短時(shí)間中斷以及供電連續(xù)性等。從20世紀(jì)80年代初到2003年，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局先后組織制定并頒布了六項(xiàng)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。表1六項(xiàng)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值GB/T12325—2003電能質(zhì)量

供電電壓偏差GB/T12325—2003電能質(zhì)量

供電電壓偏差10kV及以下三相供電為±7%220V單項(xiàng)供電為+7%,-10%當(dāng)rr<1000h-1時(shí)，對(duì)于低壓（LV）和中壓（MV）,d=1.25%~3%;對(duì)于高壓（HV），d=1.0?3%;對(duì)于隨機(jī)不規(guī)則變動(dòng)，GB12326—2000電能質(zhì)量

電壓波動(dòng)和閃

變系統(tǒng)電壓等級(jí)GB12326—2000電能質(zhì)量

電壓波動(dòng)和閃

變系統(tǒng)電壓等級(jí)LVMVHVPst1.00.9(1.0)0.8Plt0.80.7(0.8)0.6d=2%(LV,MV)和d=1.5%(HV);注1 括號(hào)中的值僅適用于所有用戶為同電壓等級(jí)場(chǎng)合注2 P為短時(shí)間閃變值;st注3P為長(zhǎng)時(shí)間閃變值lt1.系統(tǒng)工頻過(guò)電壓限值電壓等級(jí)（KV）過(guò)電壓值（p.u.）Um>252(I)1.3Um>252(II)1.4110及2201.335s661.7323s201.9GB/T14549-1993電能質(zhì)量

公用電網(wǎng)諧波電壓(KV)THD奇次偶次GB/T14549-1993電能質(zhì)量

公用電網(wǎng)諧波電壓(KV)THD奇次偶次0.3854.02.06.1043.21.635.6632.41.211021.60.8各級(jí)電網(wǎng)諧波電壓限值（％）注1.220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行2.表中THD為總諧波畸變率GB/T15543-1995GB/T15945-1995電能質(zhì)量

三相電壓不平

衡電能質(zhì)量

電力系統(tǒng)頻率

偏差1.正常允許2%,短時(shí)不超過(guò)4%2.每個(gè)用戶一般不得超過(guò)1.3%1.正常允許±0.2Hz,根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到±0.5Hz2.用戶沖擊引起的頻率變動(dòng)一般不得超過(guò)±0.2HzGB/T18481-2001電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓注：GB/T18481-2001電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓2.Um>252（I）和Um>252（II）分別指線路斷路器兩側(cè)變電所

的線路2?操作過(guò)電壓限值空載線路合閘、單相重合閘、成功的三相重合閘、非對(duì)稱故障

分閘及振蕩解列過(guò)電壓限值電壓等級(jí)（KV）過(guò)電壓值（p.u.）5002.0*3002.2*110s2523.0*表示該過(guò)電壓相對(duì)地統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓第三章不同工業(yè)負(fù)荷的電能質(zhì)量特點(diǎn)電能質(zhì)量主要包括電壓波動(dòng)、電壓閃變、諧波電流、諧波電壓（電壓總諧波畸變率）、三相電壓不平衡度。功率因數(shù)不屬于電能質(zhì)量范疇，但它是考核用戶的一個(gè)重要指標(biāo)，也是治理中的一個(gè)重要指標(biāo)，為便于描述，暫把它做為一個(gè)電能質(zhì)量指標(biāo)。非線性負(fù)荷及沖擊負(fù)荷種類很多，如冶金負(fù)荷、電氣化鐵路、大容量高壓電機(jī)負(fù)荷等，也包括風(fēng)電場(chǎng)（風(fēng)電場(chǎng)是供電電源，由于風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電也會(huì)引起電能質(zhì)量問(wèn)題，為方便敘述，按照負(fù)荷考慮）。冶金負(fù)荷包括電爐負(fù)荷、軋機(jī)負(fù)荷、電解鋁負(fù)荷等；電氣化鐵路根據(jù)牽引變型式及機(jī)車型式，可以劃分多種供電負(fù)荷形式，引起不同程度的電能質(zhì)量問(wèn)題；大容量高壓電機(jī)在煤礦、石油、化工以及其它行業(yè)有所應(yīng)用，會(huì)產(chǎn)生一定的電能質(zhì)量問(wèn)題；風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)其風(fēng)電機(jī)類型會(huì)產(chǎn)生不同程度的電能質(zhì)量問(wèn)題。以下對(duì)常遇到的若干類負(fù)荷的電能質(zhì)量特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述。3.1冶金電爐負(fù)荷U(PCC)0冶金負(fù)荷中經(jīng)常遇到的有礦熱爐、電弧爐、精煉爐、中頻爐等。礦熱爐主要指硅鐵爐、黃磷爐、電石爐等冶煉爐。電弧爐（electricarcfurnace，EAF）包括交流電弧爐、直流電弧爐，生產(chǎn)工程包括補(bǔ)爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期（精煉期）和出鋼。在熔化期,由于爐料尚未熔化，電弧阻抗不穩(wěn)定，電極短路和開(kāi)路發(fā)生頻繁，弓I起電壓波動(dòng)和閃變，也產(chǎn)生大量諧波電流以及負(fù)序電流。礦熱爐屬于原礦冶煉，冶煉過(guò)程分為熔化、除渣、精煉期。U(PCC)0(b)「電抗器；T-電弧變壓器：EAF-電弧爐圖1典型電弧爐及等效阻抗示意圖電弧爐和礦熱爐引起的電壓波動(dòng)是由無(wú)功功率沖擊造成的，無(wú)功功率沖擊值與電爐爐變?nèi)萘?、冶煉工藝、接入點(diǎn)電網(wǎng)參數(shù)、爐變阻抗參數(shù)以及短網(wǎng)參數(shù)有關(guān)。其中，大功率電弧爐由于其冶金工藝的原因，其無(wú)功沖擊呈現(xiàn)沖擊幅值大，電壓波動(dòng)大，沖擊無(wú)規(guī)律，引起的電壓閃變嚴(yán)重等特點(diǎn)。對(duì)于大功率電弧爐的無(wú)功沖擊初步估算一般按照爐變的1.2?1.5倍考慮，如圖1所示,XT為考核點(diǎn)（PCC）到系統(tǒng)的等值阻抗,XL包括鋼廠線路、降壓變、串抗、爐變、短網(wǎng)的等值阻抗。則電弧爐引起的最大無(wú)功沖擊可按下式進(jìn)行估算：

U2Q二N (3—1)maxX+XL T交流電弧爐閃變的評(píng)估可以根據(jù)GB12326---2008A電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變?nèi)敫戒汣3提供的方法進(jìn)行估算。交流電弧爐和礦熱爐的諧波電流主要以2、3、4、5、6、7次諧波電流為主，諧波含量如圖2所示。LSOg0.50：QOO：LSOg0.50：QOO：-Q.50j-I.OOi-1d0.0B除晨事[14]0.00984459圖2電弧爐負(fù)荷電流仿真曲線及諧波電流發(fā)生量分解由于這兩種電爐都有頻繁電極短路和斷路的特點(diǎn)，因此負(fù)序電流較大，并引起三相電壓不平衡；此外，這兩種電爐功率因數(shù)一般在0.4?0.7之間，實(shí)測(cè)某交流電弧爐無(wú)功功率及功率因數(shù)如圖3所示。時(shí)l&i/h 時(shí)他隔圖3典型電葫蘆負(fù)荷無(wú)功功率及功率因素實(shí)測(cè)曲線直流電弧爐由于把交流轉(zhuǎn)換成直流，其無(wú)功功率沖擊一般是同容量交流電弧爐的50%,引起的電壓波動(dòng)及閃變較同容量的交流電弧爐小，對(duì)于大容量的直流電弧爐，其引起的電壓波動(dòng)不容忽視；直流電弧爐引起的諧波電流隨著整流脈動(dòng)數(shù)的增加，諧波電流的諧波次數(shù)向高次移動(dòng)。對(duì)于6脈動(dòng)的整流爐變，主要諧波電流有5、7、11、13次,其中5、7次較高。對(duì)于12脈動(dòng)整流爐變，主要諧波電流有11、13、23、25次諧波電流，其中11次和13次諧波電流較高。無(wú)論是6脈沖還是12脈沖整流爐變，其11次以下各次諧波電流雖然較其本身特征諧波較小，但各次諧波電流含量還是有較大含量，尤其是特征諧波的兩側(cè)諧波次數(shù)的電流含量較大，直流電弧爐諧波電流比較復(fù)雜，根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，有些電弧爐的2次諧波電流也是需要留意的；直流電弧爐采用三相整流直流冶煉,負(fù)序電流不大，其引起的三相電壓不平衡度不高，功率因數(shù)在0.7~0.8之間。精煉爐冶煉過(guò)程無(wú)功功率沖擊較小，引起的電壓波動(dòng)和閃變不大，產(chǎn)生的負(fù)序電流較小。精煉爐主要電能質(zhì)量問(wèn)題是諧波電流，各次諧波電流遠(yuǎn)小于電弧爐的各次諧波電流,主要諧波電流是3次和5次,2次和7次諧波電流也稍大。精煉爐功率因數(shù)比電弧爐的功率因數(shù)高，一般在0.8?0.9之間，許多精煉爐功率因數(shù)在0.85以上，甚至達(dá)到0.9或更高。中頻爐是一種電磁爐，首先通過(guò)1個(gè)逆變電源，把三相交流電整流(用晶閘管)變成單相直流電，然后由逆變橋逆變成1種500?1000Hz的中頻脈沖交流電，再通過(guò)爐膽內(nèi)的銅圈形成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)使圈內(nèi)的鋼材產(chǎn)生渦流，渦流流過(guò)被加熱的鋼材，產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到熔煉鋼材的目的。中頻爐的變壓器二次側(cè)多米用兩卷，一卷用星形，一卷用三角形，兩卷間形成自然移相，二次側(cè)形成12脈動(dòng)整流。中頻爐引起的電壓波動(dòng)和三相電壓不平衡度較低，其主要問(wèn)題是諧波電流和功率因數(shù)。中頻爐的諧波電流主要是5、7、11次，但6、8、9次和10次諧波電流含量也相對(duì)較高，且呈現(xiàn)含量基本相同的特點(diǎn)，中頻爐功率因數(shù)0.8左右，需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。3.2 電氣化鐵路負(fù)荷電鐵牽引負(fù)荷具有多變性、隨機(jī)性、移動(dòng)性，對(duì)電網(wǎng)的干擾程度在不同時(shí)段內(nèi)具有不確定性，這構(gòu)成對(duì)電網(wǎng)干擾的復(fù)雜性。電氣化鐵路負(fù)荷供電電源一般為110kV或220kV,牽引變二次側(cè)電壓一般為27.5kV或55kV;牽引變的常用形式有Y-d11型、V-v12型、T型接線的斯考特變壓器以及阻抗平衡變壓器;常用的牽引機(jī)車有韶山系列車型，如SS4、SS4G、SS8、SS9等機(jī)車，還有現(xiàn)在新型的動(dòng)車系列車型。電氣化鐵路負(fù)荷具有短時(shí)沖擊性的特點(diǎn)，但是一般電鐵負(fù)荷都是110kV或220kV供電，短路容量大，因此，電氣化機(jī)車負(fù)荷引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大，不是電氣化鐵路電能質(zhì)量主要問(wèn)題。如果鐵路沿線機(jī)車較多，牽引車輛往來(lái)繁忙，將會(huì)造成一定程度的電壓波動(dòng);Yd11型和V-v12型兩臂負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流比T型接線的斯考特變壓器和阻抗平衡變壓器產(chǎn)生的負(fù)序電流大，引起的三相電流不平衡度嚴(yán)重。圖4是對(duì)V-V12型牽引變基于MATLAB的電流不平衡度仿真。兩宵仙電沆木相紳、陌抗川杯鴿-2-I0la=0兩宵仙電沆木相紳、陌抗川杯鴿-2-I0la=03lbi'Ji]b=03la5lakflgib戰(zhàn)lbola=lbla?；騄b0兩野負(fù)前陰抗帕尹伯圖4 V-v12型牽引變低壓側(cè)兩臂圖5SS4型電力機(jī)車主電路原理圖及諧波含量從圖4中可以看出，兩個(gè)牽引臂負(fù)荷具有相同的阻抗角時(shí)，兩個(gè)牽引臂的電流相差越大，牽引變高壓側(cè)三相電流不平衡越大。負(fù)序電流、三相電壓不平衡度是電氣化鐵路電能質(zhì)量的一個(gè)主要問(wèn)題；牽引機(jī)車多采用晶閘管換流電路，其主要諧波電流是3、5、7、9、11次，其中3、5、7次諧波電流含量最大；韶山系列機(jī)車采用多段半控橋式晶閘管相控整流電路，電路原理圖及諧波含量如圖5所示。功率因數(shù)一般在0.78~0.82之間。動(dòng)車機(jī)組采用PWM（脈寬調(diào)制）交入交變頻電路，功率因數(shù)在0.95以上且諧波電流較少。3.3咼壓電機(jī)負(fù)荷高壓電機(jī)大量用于煤礦、石油、化工等行業(yè)，其主要電能質(zhì)量問(wèn)題是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的無(wú)功功率沖擊引起的電壓波動(dòng)。高壓電機(jī)一般是6kV或10kV供電，對(duì)于直接啟動(dòng)的電機(jī),其啟動(dòng)電流是額定電流的7~8倍，啟動(dòng)期間功率因數(shù)低，沖擊負(fù)荷主要是無(wú)功功率，平均功率因數(shù)0.85左右，不存在諧波電流和三相電壓不平衡的問(wèn)題。很多高壓電機(jī)都采用非直接啟動(dòng)方式，如傳統(tǒng)的減壓?jiǎn)?dòng)方式就有Y-A啟動(dòng)、自藕減壓?jiǎn)?dòng)、電抗器啟動(dòng)、電阻分壓?jiǎn)?dòng)、電容分壓?jiǎn)?dòng)等，這些啟動(dòng)仍然會(huì)有一定的無(wú)功功率沖擊。啟動(dòng)電流大約是額定電流的2~3倍。新型的軟啟動(dòng)方式是通過(guò)控制連接于電源和被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式特點(diǎn)是無(wú)沖擊電流，恒流啟動(dòng)。3.4風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，根據(jù)兩部分的不同結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以劃分很多種。目前，國(guó)內(nèi)采用較多的是變速恒頻的雙饋發(fā)電機(jī)和變速恒頻的交A直入交同步發(fā)電機(jī)。變速恒頻的雙饋發(fā)電機(jī)使用最廣，國(guó)內(nèi)常用的單臺(tái)裝機(jī)容量是1.5MW，風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題主要是電壓波動(dòng)和諧波電流問(wèn)題。引起風(fēng)電場(chǎng)電壓波動(dòng)的因素有很多。風(fēng)電機(jī)組在變動(dòng)的風(fēng)速作用下（如陣風(fēng)、漸變風(fēng)、隨即噪聲風(fēng)、塔影效應(yīng)、風(fēng)剪切、偏航誤差等），其功率輸出具有變動(dòng)的特性，可能引起所接入系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)（如并網(wǎng)點(diǎn)）的電壓波動(dòng)［9-10］。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)可能引起較大的沖擊電流，造成并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動(dòng)，風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)、脫網(wǎng)及發(fā)電機(jī)組切換也會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)。風(fēng)電場(chǎng)電壓波動(dòng)計(jì)算需要用專用的軟件進(jìn)行仿真，評(píng)估計(jì)算可以參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T20320入2006A風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能質(zhì)量測(cè)量和評(píng)估方法A。估算時(shí)，電壓波動(dòng)設(shè)置的無(wú)功補(bǔ)償容量是風(fēng)電機(jī)組安裝容量的0.2~0.25倍。風(fēng)電場(chǎng)的諧波電流主要是由于風(fēng)電場(chǎng)采用了大量電力電子器件如晶閘管、絕緣柵門極晶體管（insulatedgatebipdartranslator，IGBT）等原因。同步發(fā)電機(jī)的交直交變流裝置以及雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流裝置都是風(fēng)電場(chǎng)諧波電流源，諧波電流主要是3、5、7次，其中5次諧波電流最大,7次諧波電流次之。風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率一般在0.95以上，按照入國(guó)家電網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）入規(guī)定，風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的升壓站高壓側(cè)功率因數(shù)按照1.0配置，運(yùn)行過(guò)程中按照-0.98?+0.98運(yùn)行。風(fēng)電場(chǎng)三相電壓不平衡度較小。

3.5電氣化鐵路諧波濾除的MATLAB仿真針對(duì)實(shí)際的鐵路從1?50次諧波潮流計(jì)算，進(jìn)行了MATLAB仿真，對(duì)其中含量較大的三五七次諧波的濾除。結(jié)果截圖如下：scope4VoltsjeMeasurement-W-W-0-- ...Ih4urrentMeasurement1oSeriesCurrentMsoope2□SeriesRLCBranchiSeriesRLCB<anch3CurrentMeasuresoope6scope5soope7scope4VoltsjeMeasurement-W-W-0-- ...Ih4urrentMeasurement1oSeriesCurrentMsoope2□SeriesRLCBranchiSeriesRLCB<anch3CurrentMeasuresoope6scope5soope7圖6無(wú)源濾波仿真設(shè)計(jì)圖7濾波前流入系統(tǒng)的電流波形Fundamental50Hz二438.5,THD二8.73%7657654321(-?匚CDEEPUnLL」口爭(zhēng))me乏60010001600200026006001000160020002600Frequency(Hz)圖8濾波前諧波含量圖8濾波前諧波含量圖9流入3次調(diào)諧支路的電流波形圖10流入5次調(diào)諧支路的電流波形圖11流入7次調(diào)諧支路的電流波形

圖12經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波后流入系統(tǒng)的電流波形曇總慮|盹翁韻|關(guān)A垢Fundamental(50圖12經(jīng)過(guò)無(wú)源濾波后流入系統(tǒng)的電流波形曇總慮|盹翁韻|關(guān)A垢0.10.080.060.040.02111111500 1000 1500 2000Frequency(Hz)2600111111500 1000 1500 2000Frequency(Hz)2600小結(jié)：經(jīng)過(guò)認(rèn)真的仿真設(shè)計(jì)和參數(shù)的修改，可以很明顯的得出的結(jié)論是：諧波的濾除很大程度上改善了流入電網(wǎng)電流的電能質(zhì)量。但此次設(shè)計(jì)最終沒(méi)能解決的問(wèn)題是由于濾波支路的參數(shù)設(shè)置還不夠科學(xué)，流入濾波支路的電流很大，不是實(shí)際濾波應(yīng)該有的。這也將是我還需認(rèn)真鉆研的方向。第四章山西省電能質(zhì)量全析本章采用概率統(tǒng)計(jì)與矢量代數(shù)的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法，這種算法雖然簡(jiǎn)單，但可以抓住分項(xiàng)電能質(zhì)量的主要特征，采用矢量代數(shù)的方法可以有效地將不同的分項(xiàng)指標(biāo)歸一量化，使電能商品的按質(zhì)論價(jià)成為可能。4.1算法原理說(shuō)明基于概率統(tǒng)計(jì)與矢量代數(shù)的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法的流程如下所示：a） 確定電能質(zhì)量評(píng)估的總的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。b） 將電能質(zhì)量的各指標(biāo)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際需求劃分等級(jí)，見(jiàn)表2。c） 求電能質(zhì)量各指標(biāo)對(duì)應(yīng)各等級(jí)的概率分布。d） 求電能質(zhì)量各指標(biāo)的概率分布的期望值和標(biāo)準(zhǔn)差值,并將其標(biāo)幺化。人們實(shí)際需求的是各項(xiàng)指標(biāo)的平均值和離散情況，所以可以根據(jù)概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，用概率分布Pk期望值E（k）和標(biāo)準(zhǔn)差O（k）來(lái)反映該指標(biāo)的特性。然后由專家打分或按實(shí)際要求確定和標(biāo)準(zhǔn)差的基準(zhǔn)值EB（k）及B（k），對(duì)求得的期望值E（k）和標(biāo)準(zhǔn)差o（k）進(jìn)行標(biāo)幺化，求其標(biāo)幺值E*（k）及0*（k）。取期望和標(biāo)準(zhǔn)差的基準(zhǔn)值分別為EB（k）=5（合格級(jí)），OB（k）=2（應(yīng)根據(jù)專家打分或?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn)得到）。e） 用矢量代數(shù)方法將期望和標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)幺值歸一量化。f） 對(duì)各歸一量化值進(jìn)行綜合量化。g） 對(duì)綜合量化指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。表2 電能質(zhì)量指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓偏差（＜10%）電壓閃變（＜0.6）頻率偏差（＜±0.2）三相不平衡度（＜2.0）THD(<2.00%)1[0,2.5][0,0.15][0,0.05][0,0.5][0,0.5]2(2.5,5](0.15,0.3](0.05,0.10](0.5,1](0.5,1]3(5,7.5](0.3,0.45](0.10,0.15](1,1.5](1,1.5]4(7.5,10](0.45,0.60](0.15,0.20](1.5,2](1.5,2]5(10,12.5](0.6,0.75](0.20,0.25](2,2.5](2,2.5]6(12.5,15](0.75,0.90](0.25,0.30](2.5,3](2.5,3]7(15,17.5](0.90,1.05](0.30,0.35](3,3.5](3,3.5]8(17.5,+w)(1.05,+w)(0.35,+w)(3.5,+切[3.5,+w)其中1--4級(jí)為合格級(jí)，5---8級(jí)為不合格級(jí);對(duì)綜合量化指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)見(jiàn)表3，則歸一電能質(zhì)量指標(biāo)越小，綜合電能質(zhì)量越好。

表3歸一量化電能質(zhì)量指標(biāo)及其等級(jí)等級(jí)歸一量化值等級(jí)歸一量化值10?0.1550.6?0.7520.15?0.360.75?0.930.3?0.4570.9?1.0540.45?0.681.05?1.2其中1級(jí)為優(yōu)t質(zhì)電能質(zhì)量等級(jí)，2級(jí)為良好電能質(zhì)量等級(jí)，3級(jí)為中等電能質(zhì)量等級(jí)，4級(jí)