电能质量分析仪
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电能质量分析仪范文第1篇
在这几年时间中，由于科学技术不断进步，电力系统内部产生了许多非线性元件，同时也形成了较多质量方面的问题。而在这些问题中，最为重要的内容是谐波问题，所以谐波测量准确性也因此被越来越多的人关注。就电能质量分析仪谐波测量模块来说，普遍是通过快速傅里叶变换来达到目的。同时算法本身也存在频谱泄露现象以及栅栏效应，并且还能够采用增强频谱分辨率的手段进一步降低栅栏效应。所以国家标准明确提出，仪器谐波在测量过程内，使用的频谱分析长度必须保证为十个周期，同时方式也一直为矩形加权。根据该项标准了解到，其更加注重谐波分析对应的分析率，并需要相关仪器增强同步性，进而降低频谱泄露现象。
1 谐波测量算法原理与方法
1.1 加窗算法原理
加窗算法产生的主要原因是因为频谱泄露，进而产生测量误差。而频谱泄露内部的信号普遍都不是F的倍数，这时就能够从两个不同方面展开研究：首先经由采样频率出现的转变促使信号内部现存频率不在F整数倍上；其次使用非整周期截断的方式，促使F出现极大的转变。
依照不同窗函数自身特点及主瓣过渡宽带针对性掌握矩形窗向对应的频率分辨率在相对较高的水平，不过阻带衰减则较为缓慢，甚至具备一定的泄露。在大多数环境内，巴特利窗、哈明窗以及汉宁窗普遍都属于主瓣宽度数值的两倍左右，同时其频谱分辨率以及阻带衰减速度都与矩形窗情况相反，并对泄漏现象存在一定的抑制作用。根据上述分析得到的优缺点，当前大量厂商普遍都使用汉宁窗展开生产。
1.2 频谱分析长度检测方法
按照文章之前对加窗算法原理展开的研究能够知道，与国家标准一致的仪器谐波测量必须具备针对F整数倍频点进行分辨的能力，而非整数倍频率则不能够顺利展开分辨工程，进而形成频谱泄露现象。
通过矩形窗展开研究的过程内，需要对频谱分析长度展开检测，明确T的具体值是否为10周波，该标准也能够直接视为检测频谱分辨率是否能够达到5Hz。在通过汉宁窗加权的过程内，若F对应5Hz，对么测量得到的频谱分析长度则必须对应是20周期。因此需要通过检测的方式来决定具体方法的使用。在展开分组算法的时，检测结果也会发生相应转变，因此需要设计下述检测计划：
（1）针对仪器谐波展开进一步精度测量工作；
（2）保证仪器频率分辨达到5Hz；
（3）按照分辨率检测得到的结果，分析电能质量分析仪具体应该使用的方式。
2 数学模型
通过仪器上测量的实际结果与有股那标准值进行针对性比较，得出下述内容：
在本公式中：d代表仪器测量的精准程度；ih表示的含义则是第N次谐波电波测量完成之后得到的实际测量数值；而ihN表示的含义则是第N次谐波电流对应定值。
除此之外，d表示的含义是非正弦电压信号下第N次谐波电流测量值中相对基波之间产生的误差，最后ih则表示测量过程中，某一次谐波电流出现的测量不确认度。
3 分析不确定度发生原因
目前测量得到结果内产生的不确定主要涵盖以下几种来源：测量的环境、方式、设备以及测量人员。针对文章研究过程中出现的测量不确定性，其发生原因为：因为被检电能质量分析仪器在测量过程中发生的重复性，使得标准出现确定性不显著的分量uA，并且主要通过A类方式进行评定；因为实际电能质量分析仪在分辨率方面出现的不确定度分量uIB1、uUB1，运用B类方式进行评定；最后由于校准仪器精准度等级实际标准产生的不确定分量uIB2、uUB2，一般使用B类方式进行评定。
4 标准不确定度评定
（1）针对性测量重复性引入标准不确定度分量结果，分别用uIA、uUA表示
基于重复性条件，针对性进行10次实验，同时保证实验系统谐波电流值维持在0.5A，谐波电压值维持在5%，最后获取的被检仪器谐波电流值的结果及谐波电压含有率结果如表1内容所示。
经由贝塞尔公式计算结果得出的标准不确定度分量uIA、uUA表示为以下内容：
（2）基于电能质量分析仪实际分辨率差异性导致的不确定度分量uIB1、uUB1
本次实验应用的电能质量分析仪主要为Fluke435A电能质量分析仪，其现有分辨率为0.001，与均匀分布原则相吻合，其包含因子，所以实际测量过程中，分辨率准确度引入产生的绝对标准不确定度为下述内容：
（3）基于电能质量分析仪精准度等级引入实际标准产生的不确定度分量uIB2、uUB2
本次实验应用的电能质量分析仪主要为Fluke435A电能质量分析仪，其谐波电流及电压的精准度波动范围为±0.2%，与均匀分布原则吻合，其包含因子，实际测量谐波电流值半宽为=0.01A。谐波电压半宽为=0.2v，所以实际测量过程中，仪器自身精准度等级引入实际标准产生的不确定度为以下内容：
5 不确定度评定拓展以及最佳估计值
正常情况下，被检仪器的谐波电流值在测量过程中，其所得到的最佳估计值往往会采取平均数，而本次实验中最佳估计值数值为0.50055A，此外被检仪器所选取的谐波电压最佳估计值同样也是选择算数平均值，而其最佳估计值数值为5.0005%V。
若置信概率维持在95%水平时，通过t分布表的查询结果得出，最终=1.96，那么最终得到的谐波电流极其电压扩展不确定度内容为一下内容：
=1.96×0.0083=0.01627，
=1.96×0.01214=0.02379。
6 结语
根据本文研究得到电能质量分析仪谐波电压以及电流最佳估计值应该是5.0005%V以及0.50055A，而对应的扩展不确定度则是0.02379以及0.01627。根据比较能够知道最终数据对应的绝对值差值普遍低于0.0368%，而这里分析的电能质量分析仪测量不确定度的评定应该属于合格范围内。
参考文献
[1]丁文，袁志民.窗在插值FFT算法中应用的研究[J].电测与仪表，2014，45（12）：15-19.
[2]何伟，蔡维，王建伟.基于虚拟仪器技术的电能质量分析仪校准检测系统设计与应用[J].电网技术，2013，34（01）：84-88.
[3]郑恩让，杨润贤，高森.关于电力系统FFT谐波检测存在问题的研究[J].继电器，2013，34（18）：52-57.
电能质量分析仪范文第2篇
关键词：城市轨道交通；再生制动能量；能量回馈
中图分类号：C913文献标识码： A
一、引言
城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，越来越多的城市认识到解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。
目前在城市轨道交通供电系统技术中当列车处于制动工况导致接触网电压升高时，会产生多余的能量。多余的制动能量处理的方式主要分为消耗型、储能型和逆变回馈型等三种基本模式。
本文介绍了列车制动产生的多余能量处理的几种方式，并探讨了在工程实际应用的投资收益，为国内轨道交通行业能量反馈选型及工程实施作为参考。
二列车制动能量再分配情况
对于轨道交通车辆而言，列车牵引能耗的降低主要有两个方面，一方面减轻车辆重量，提高列车传动系统的转换效率等措施尽量减少列车实际需要能量；另一方面通过列车的再生制动、逆变回馈和储能等措施实现列车动能的二次利用。城市轨道交通的特点是区间距离短、列车运行密度高，列车在全线运行过程中必将有频繁的启动、制动过程。同时要求列车启动加速度和制动减速度大，制动平稳并具有良好的启动和制动性能。从能量转换的角度看，列车制动能量是相当可观的。根据经验，地铁车辆再生制动可以产生的反馈电能一般为车辆牵引能耗的40％~50%，甚至更多。
随着，城市轨道交通车辆交流传动技术的飞速发展，车辆再生制动时转换为电能的效率有了较大的提高。若能够从系统设计方面充分实现列车再生制动时二次电能的有效利用，将对轨道交通节能将产生重要影响。
三、列车制动产生多余电能的处理方式
多余的制动能量处理的方式主要分为消耗型、储能型和逆变回馈型等三种基本模式。
1 消耗型
消耗型能量反馈装置工作原理主要是通过列车上自带的电阻或者地面上设置的电阻柜将车辆制动产生的多余的电能通过发热消耗。该装置主要是由地面电阻柜、投切控制柜、斩波柜等柜体组成，不同柜体之前通过电缆实现电气联通。目前国内使用较多的为该类型。能量消耗型装置结构简单、技术成熟。但其存在两方面的弊端，一方面造成了电能的极大浪费，另一方面会引起隧道和站内的环境温度升高，增加了环控系统的工作负荷。消耗性能量消耗装置技术造成了能源浪费，背离了国家提倡的低碳、环保理念。
2 储能型
储能型装置工作原理主要是通过电能储存介质将列车制动产生的多余的能量暂时进行储存，以便在系统需要的时候再反馈出去利用。从电能储存介质不同来分，储能型可以分为超级电容储能型、飞轮装置储能型。两种储能形式的储存介质不同，基本原理是相同的。
2.1 超级电容储能型
超级电容储能型装置主要是利用电容的充放电原理实现车辆再生电能的吸收和利用。储能装置主要采用IGBT逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组，当供电区间内有列车起动、加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去进行利用。该吸收装置的电气系统主要由储能电容器组、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等组成，其原理详见图3。电容静态储能装置具有储能（储存车辆再生电能）和稳压（稳定牵引网电压）两种工作模式。该类型的装置基础技术、电容品质及容量要求很高，国内已处于研究试验及应用阶段。
2.2 飞轮储能型
再生制动能量吸收装置由控制隔离、斩波器、飞轮储能三部分组成，直接接在变电所正负母线间或牵引网和回流轨间，其核心技术是利用核物理工业的物质分离衍生技术而制造的飞轮，该装置设置在真空壳体内，飞轮经过特殊材料和加工工艺制成的轴支撑在底部结构上。该技术特点是系统复杂，基础技术、材料以及制造工艺水平要求很高，在国内尚处于技术研究阶段。
3 逆变回馈型
逆变型回馈装置主要有变压器、断路器、逆变器、快速开关以及控制单元等模块组成。根据回馈电压等级不同，可以分为回馈至400V低压、1180V中压、10kV/35kV高压三种不同的形式。三种形式优缺点对比表详见表1：
表1 回馈至不同电压等级优缺点对比表
目前，国内所采用的逆变回馈型逆变吸收装置主要以回馈至10kV/35kV中压网络为主，其原理图详见图5。反馈至10kV/35kV中压网络具有系统容量大、抗干扰能力强、对供电系统中的其他负荷影响较小等优势。逆变回馈至0.4kV及1.18kV电压等级的技术和产品目前国内有研究机构正在进行研究，并且已进行挂网试验。逆变回馈至10kV/35kV中压网络的技术和产品在国外已经成熟，在国内也有在线运营的工程实例，是目前主流的发展方向。
图1逆变回馈型装置原理示意图
四、电能反馈吸收因素分析
列车制动产生的电能反馈比例与车辆的特性、行车运行组织、线路特征、制动能量反馈装置设置点密切相关。城市轨道交通的运行存在明显的早晚高峰特征，有不同的运行时刻表。最小行车间隔一般为2分钟，最长行车间隔一般达到6~10分钟。一般而言，当行车密度较高时列车再生制动时向牵引网回馈的电能，基本上能够被在线运行的其他列车所利吸收，实现电能的二次利用。当行车密度较低时，列车再生制动时向牵引网回馈的电能全部被在线运行的其他列车吸收的概率较低。有资料表明，当列车发车间隔大于10 min时，再生制动能量被其他在线车辆吸收的概率几乎为零。
五、投入后的经济效益模拟计算分析
1、以广州地铁六号线浔峰岗、黄沙站为例。
广州地铁六号线由于种种原因全线未设置制动能量回馈装置。现假设在线路终端牵引站浔峰岗站，线路中间牵引站黄沙站两车站设置能量回馈装置为例模拟计算，分别算出20对/小时、10对/小时、8对/小时和6对/小时情况下浔峰岗牵引所、黄沙牵引所每小时吸收的再生功率如下表2所示。
表2 浔峰岗、黄沙站吸收功率模拟计算表
因此，通过模拟软件计算理论上预计浔峰岗站和黄沙站每年回馈的能量节省的电费分别为42.75万元和5.77万元。详细见下表3所示。
表3 浔峰岗、黄沙站年节省电费统计表
2、以北京地铁14号线园博园及大井站为例。
北京地铁14号线已经设置了制动能量回馈装置，并且已经投入运营。以园博园及大井站牵引所的车站为例，通过软件模拟计算分析得表5数据：
表4园博园、大井站年节省电费统计表
单站平均每月回馈电度2737度，每月可节约8.2万度，每年可节约98.5万度，按北京地铁用电取费0.85元/度计算，每年每站节约电费83.7万元。总体来说采用中压回馈装置节能效果显著。
以上是举例不同地区两条城市轨道交通4个车站设置了制动能量反馈装置后，模拟计算得出每年所节省的电费。通过计算分析可知，设置能量回馈装置后每个线路特点相近的车站节能效果相差不大，具有一定的代表性。城市轨道交通根据城市发展，线路一般规划成线网，设置较多的车站。如全部采用了制动能量再生利用装置，其经济效应则更加突出。
六结论
从上述系统方案介绍以及模拟计算可以看出，制动能量消耗型技术方案不具备绿色环保与可持续发展理念，制动能量回馈，尤其是回馈到中压交流供电网的回馈方案具备回馈容量大、利用效率高、与既有供电系统兼容性好、造价适中，同时还能节约牵引列车或地面吸收设备成本，有效降低城市轨道交通运营成本，值得在轨道交通行业推广应用。
参考文献
[1] 张铁军，陈 雪， 陈广赞， 林丽. 城轨供电系统新型再生制动能量回馈系统.大功率变流技术，2011(5)：37-40
电能质量分析仪范文第3篇
[关键词]电能质量；测量；谐波；治理装置
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0013-01
一、基本信息
1.概况：根据神华神东研究院的安排，对锦界煤矿进行了用电电能质量测试。测试时间从10月14号开始到12月2号，对神东公司锦界煤矿的中央1号变电所、中央2号变电所、盘区1号变电所、盘区2号变电所、3-1煤一部胶带机头变电所、3-1煤二部胶带机变电所、1号主井变电所、2号主井变电所、主井35kV变电站、青草界110kV变电站、1#风井35kV变电站、35kV箱式变电站、1号通风机房变电所、2号主通风机变电所进行了电能质量测试。
2.测试目的：对开关柜进行电能质量测试，并对负荷造成的电能质量问题作出评价。
3.测试仪器：FLUKE 435型电能质量分析仪 1台、PC笔记本电脑1台、数据分析软件1套。
4.测试标准：执行国家颁布的电能质量方面的标准：《电能质量 公用电网谐波》（国家标准GB/T14549-93）、《电网电能质量技术监督管理规定》（原电力工业部的）、《电能质量 电力系统频率允许偏差》（GB/T 15945-1995）、《电能质量 供电电压允许偏差》（GB12325-90）、《电能质量 电压允许波动和闪变》（GB/T12326-2008）、《电能质量 三相电压允许不平衡》（GB/T 15543-2008）
5.测试信号的抽取：电压信号取10kV侧测量PT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电压输入端；电流信号取自10kV母线测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流入端。
6.主要测试内容：本次电能质量测试的主要内容为：供电电压、电流状况；功率（包括有功、无功功率）状况；功率因数状况；电网谐波状况
7.测试仪器的设置：用电能质量分析仪测量，将仪器设置为自动测量、存储模式。
8.数据处理方法：测试完毕后利用软件后台分析功能，对存盘数据文件统计分析，得到相应数据。
二、各测试点测量数据
本次共计测量77个点，整理测试报告60份，其他测试点由于未带负载运行，不具备参考意义，因此未出具测试报告。经过测试计算，主井35kV变电站10kV母线总谐波电流为：3次19.8A，5次6A，11次8.3A，13次7.8A，与国标限值比较可知，3次、11次和13次谐波电流已逼近国标允许值。1#风井35kV变电站10kV母线总谐波电流为：3次6.4A，5次11.3A，11次8.7A，13次6.8A，与国标限值比较可知，11次和13次谐波电流已逼近国标允许值。1#主通风机变电所10kV母线总谐波电流很小，在国标允许范围内。2#主通风机变电所10kV母线总谐波电流很小，在国标允许范围内。1#主井变电站10kV母线总谐波电流为：3次55.4A，5次7.8A，11次25A，13次9.2A，与国标限值比较可知， 3次、11次和13次谐波超标，其中3次和11次严重超标。中央1#变电所10kV母线总谐波电流为：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，与国标限值比较可知， 5次谐波严重超标。中央2#变电所10kV母线总谐波电流为：3次9.9A，5次10.9A，7次6.1A，11次6A，13次4A，17次5.8A，19次8.7A，21次3.8A，与国标限值比较可知， 19次和21次谐波超标。
由于现场条件限制，盘区2#变电所只测试了2台开关柜的电能质量，无法判断其10kV母线谐波是否超标。盘区4#变电所只测试了1台开关柜的电能质量，无法判断其10kV母线谐波是否超标。3-1煤二部机头变电所只测试了1台开关柜的电能质量，无法判断其10kV母线谐波是否超标。经过计算，盘区1#变电所10kV母线各次谐波均未超标。3-1煤一部胶带机头变电所10kV母线总谐波电流为：3次2A，5次17.5A，7次6.7A，11次2.7A，13次2.9A，与国标限值比较可知， 各次谐波均未超标。2#主井变电站10kV母线各次谐波电流均未超标。110kV变电站10kV母线总谐波电流为：3次5A，5次8.8A，7次7.1A，与国标限值比较可知，各次谐波均未超标。
三、各变电所电能质量治理方式和容量计算
1、根据测试分析，有以下几个特点：
（1）由于10kV以下的各条支路的负荷率普遍都较低，其谐波含量都没有超过国变，因此不需要进行治理。
（2）35kV变电站由于装有SVC装置，主要为3次、5次、7次和11次特征次谐波，而且含量也没有超过国标，不需进行治理。
（3）10kV母线有1#主井变电站10kV母线、中央1#变电所10kV母线、中央2#变电所10kV母线的谐波含量超标，需要进行治理。
2、1#主井变电站10kV母线
需要吸收55.4A的3次、7.8A的5次、25A的11次谐波和9.2A的13次谐波。考虑投入有源滤波装置按照最恶劣的情况考虑（各次谐波的峰值出现在同一个时刻），并为扩能留有裕量，等效基波电流为599.8A，容量为10.388MVA的级联式APF。实际中，按照经验考虑，设置容量为10.388MVA*0.8=8.3MVA即可。
3、中央1#变电所10kV母线
需要吸收6.6A的3次、20.3A的5次、8.4A的7次谐波、6.9A的11次谐波和5.1A的13次谐波。考虑投入有源滤波装置按照最恶劣的情况考虑（各次谐波的峰值出现在同一个时刻），并为扩能留有裕量，等效基波电流为302A，容量为5.2MVA的级联式APF。实际中，按照经验考虑，设置容量为5.2MVA*0.8=4.16MVA即可。
4、中央2#变电所10kV母线
需要吸收9.9A的3次、10.9A的5次、6.1A的7次谐波、6A的11次谐波、4A的13次谐波、5.8A的17次谐波、8.7A的19次谐波、3.8A的21次谐波。考虑投入有源滤波装置按照最恶劣的情况考虑（各次谐波的峰值出现在同一个时刻），并为扩能留有裕量，等效基波流为630A，容量为10.9MVA的级联式APF。实际中，按照经验考虑，设置容量为10.9MVA*0.8=8.72MVA即可。
四、治理方案制定
根据对开关柜进行电能质量测试，分析了各变电所电能质量治理方式和容量计算，最终选定治理装置为SVG/APF。SVG/APF 是一种由电压型变流器构成的并联型无功补偿装置，它能发出无功或吸收无功，产生频率幅值可控的谐波电流，能实现以下几种功能：
（1）动态调节无功，改善母线电压，提高变电站功率因数；
（2）吸收负荷低次谐波电流，降低其对电力系统的不良影响；
（3）对电网设备及负荷状态突变能振荡阻尼，起稳定性作用；
SVG/APF 具有以下特点：
（1）能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿；
（2）基于IGBT逆变器，不会发生谐波放大及谐振，对系统参数不敏感，安全性与稳定性好；
（3）不仅不产生谐波，而且同时具备谐波补偿功能，在动态无功补偿的同时，可对13次以下的谐波进行滤除
（4）SVG响应时间一般不大于5ms，用于配电网时，闪变抑制效果非常好；
（5）SVG为电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，电流源特性也使SVG具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统稳定性；
（6）成本低，装置自身运行可靠性高；
（7）占地面积小，是同容量传统SVC的1/3到1/2，移动性、扩展性好。
（8）SVG能在一定范围内提供有功功率，减少有功功率冲击；
（9）SVG中电容、电感等元件采用了与SVC完全不同的技术和制作工艺，运行过程中电磁噪声显著降低；
（10）SVG的运行损耗要比同容量SVC小，运行成本低。
参考文献
[1] 贺天才.煤矿电网电能质量测试分析与研究[J].煤炭工程，2008（9）：70-72.
电能质量分析仪范文第4篇
【关键词】 谐波 有源滤波器 供电系统
伴随电力电子技术的飞速发展， 各种新型电力电子设备广泛被使用。新型电力电子产品改善着人们的生活中质量，提高着企业的生产效率。但由于这些设备的非线性和多样性特点， 产生大量的谐波并注入电网， 导致电网的供电质量下降，可能造成居民、企业用电设备的异常甚至损坏。
针对非线性负荷对电网和设备的危害日益严重，有源电力滤波器（APF）作为一种理想的谐波装置，能够对频率和幅值均发生变化的谐波进行消除，有源电力滤波设备优于传统无源滤波器，并在未来与智能控制结合的路上越来越远。
1 高次谐波危害
随着科学技术的发展，越来越多非线性电气产品在生活、生产中应用，如节能灯、变频器、整流器等。这些非线性电气产品给人们的生产、生活带来便利的同时，也给电力系统带来严重谐波污染问题，大量高次谐波会引起电压畸变，导致电机发热、设备损坏等问题，对生活、生产用电造成很大隐患。其主要表现有：
（1）高次谐波使电气设备如电机、电缆、变压器等产生附件的谐波损耗，降低设备的使用效率，使绝缘线路过热甚至发生火灾。（2）高次谐波可以影响各种用电设备的正常运行，引起设备机械振动、噪音和过电压，严重甚至损坏设备。（3）高次谐波会与电容器、高压电缆的对地电容之间产生并联谐振，使谐波放大，导致电力系统事故。（4）高次谐波可能会导致通讯系统失灵、继电保护和自动装置的误动作，还可能会使电气测量仪表测量失真。
2 10kV系统高次谐波
2.1 供电系统高次谐波允许电流
国标《GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波》[1]对10kV母线各次谐波限值要求（表1、2）：
谐波电流允许值当系统公共连接点最小短路容量不同于上表基准短路容量时，按公式（1）修正上表中的谐波电流允许值：
2.2 高次谐波电流计算
两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上叠加当相位角已知时按下式计算
两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加以此类推。
2.3 实例
某矿区因谐波问题，曾出现电容器爆炸、电缆发热、变压器响声异常等情况，给矿区生产埋下安全隐患，对企业财产、人身安全来带严重威胁。
为测定系统中谐波含量，特制定采集方案：首先采用FLUKE 435型电能质量分析仪对系统进行数据采集。测量数据选取：电压数据取10kV侧测量PT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电压输入端；电流数据取自10kV母线测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流输入端。采集数据如下：
以3次谐波为例计算方式如下：
首先确定系统基准短路容量，得到谐波电流允许值。如系统基准短路容量是100MVA，系统谐波电流允许值为表2电流允许值；系统基准短路容量不是100MVA，则利用公式（1）计算出谐波电流允许值；（实例矿区系统基准短路容量为100MVA）
再将表4至表11中3次谐波电流测试数据，按照两个以上同次谐波电流叠加时首先将两个谐波电流叠加然后再与第三个谐波电流相叠加的方式，以此类推代入公式（3）。
各次谐波经过计算，某矿区10kV电力系统中总谐波电流为：3次6.6A，5次20.3A，7次8.4A，11次6.9A，13次5.1A，与表2国家标准《GB/T 14549-93》限值比较可知， 5次谐波超标。
3 有源电力滤波器（APF）
3.1 有源电力滤波器（APF）原理
有源电力滤波器（APF：Active power filter）进行可以对电力系统中谐波进行治理，APF是一种用于动态消除谐波、补偿无功的新型电力电子装置，APF适用于不同频率、不同大小的谐波抑制及补偿。APF可以通过采样线路中电流，分离出存在各次谐波和无功分量，根据谐波和无功量快速响应，主动输出相应大小、频率和相位的电流，抵消系统中负载谐波电流，从而实现动态消谐及无功补偿。
APF通过电力系统中电流互感器检测负载电流，再通过APF内部数字信号处理器（DSP）提取出负载电流中的谐波成分，然后通过脉冲宽度调制（PWM）发送控制信号给APF内部的绝缘栅双极型晶体管（IGBT），IGBT快速开断逆变装置产生一个和系统中负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流，使其流入电力系统与负载产生的谐波电流叠加，达到消除谐波的目的。
APF分为并联型和串联型，并联型APF主要是消除电流谐波，串联型APF主要是消除电压谐波引起的问题。
电力系统增加APF设备改善10kV系统电能质量，消除系统高次谐波。APF装置配置时需要考虑系统等效基波电流、容量，并为扩能留有裕量。
3.2 APF的特点及优点
对于电力系统谐波的治理，20世纪80年代前多采用LC滤波器，也称无源滤波器。LC滤波器结构简单、造价低、运行可靠等特点，但存在一定的缺陷。比如，无源滤波器的设置需根据电力系统的谐波频率，且只能滤除特定谐波，并有可能存在与电力系统发生谐振。APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能够消除大小和频率不同的谐波、并对无功进行补偿。APF装置在电力系统中的应用，弥补了传统滤波器的缺点，能够实现动态跟踪补偿；达到既补谐波又补无功的现代工业要求[2]。
APF装置的优点：（1）可以消除2-50次谐波，提高供电电能质量；（2）消谐响应速度快；（3）具备滤波功能和无功补偿功能；（4）具备自我保护功能；（5）噪音小、损耗低。
APF装置在电力系统的应用，对系统电能质量及用电客户都起着重要的作用，如利用消除谐波、补偿无功不仅保证了电能质量，也减少了谐波对配电变压器的损害，延长变压器使用寿命；减少了事故停电，保障供电的安全性、稳定性；减少了谐波对配电设备的损害，降低维护工作量和维护检修费用，同时有效延长居民用电设备的寿命，减少居民的经济损失；补偿谐波无功功率，同时保障基波无功功率补偿，减少电能损失，提高供电能力[3]。
3.3 APF的发展
随着计算机技术和芯片技术的发展，智能控制方法将逐步进入实用化阶段。将智能控制方法用于控制有源电力滤波器（active power filter，APF）可大大提高APF 的各项性能。APF利用并联型和串联型及系统情况可以组成多种拓扑结构，无论什么样的结构，APF的控制部分的选取是至关重要的，这决定着能否获得优良的补偿特性。APF起初将脉宽调制（PWM）的实现方法作为控制方法，包括三角波比较法、空间矢量法、滞环控制法、特定消谐PWM 法等。随着工业的发展对电能质量提出更高的要求，对电网的谐波限制也越来越严格，常规的PWM控制方法已难以满足要求。伴随科学技术发展APF控制方法出现了重复控制、模糊控制、常规比例C积分控制、无差拍控制、变结构控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。其中模糊控制、神经网络控制等属于智能控制方法，是控制论、系统论、信息论和计算机技术交叉结合的产物，在处理实时变化、复杂系统时有明显的优势。
APF的控制方法是当前的研究热点，而智能控制方法则是研究的重点。目前，智能控制在APF中的应用正逐步进入实践阶段，其应用研究已有了长足的进展。在APF自动控制中，存在着大量的优化问题，随着对APF性能要求的提高，利用遗传算法进行参数寻优，之后控制输出最合理的电流及无功，这对APF研究是一项有意义的工作。由于APF神经网络控制器的运算量大，大部分文献中都只给出仿真试验结果，但近年已有采用数字信号处理器控制的实验结果。智能控制有源电力滤波器，绝大部分只是控制器的某个环节应用了智能控制方法，如电流环采用智能控制，而电压环依旧采用常规比例-积分控制，因此APF整体性能的改进在很大程度上会受到限制。如果全部环节均采用智能控制，理论上会很大程度的提高APF的性能，但由于实现起来复杂，这方面的应用还需要进一步深入研究。APF属于非线性系统控制，将智能控制方法和非线性控制方法相结合更能提高APF的性能，将来会是一个较有前途的发展方向[4]。
4 结语
非线性负载的应用会在电网中产生谐波，对供电质量造成污染，按照国标对电能质量的要求，应用APF设备消除谐波，改善电能质量，从而消除由谐波引起的各种故障和事故，能为人们的生活、安全生产带来有力保证。APF作为谐波消除提高电能质量的有效设备的一种，在我国随着电能质量治理的深入，逐步在现场应用和市场销售被越来越多的人所认识，随着各种电力电子技术的迅速发展及使用，智能控制的深入研究，APF具有很大的发展前景和市场潜力。
参考文献：
[1] GB/T14549―93，电能质量，公用电网谐波，中国国家标准[S].
[2]程少炜，潘斌，张挺，邱书明，陈宗源.APF谐波抑制技术的实际应用[J].电气传动，2012（5）：42.
电能质量分析仪范文第5篇
关键词：自动扶梯；能耗分析；节能控制；节能需求；能效测量 文献标识码：A
中图分类号：TU857 文章编号：1009-2374（2016）13-0084-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.040
自动扶梯给人们出行带来了极大的方便，其经常出现在公共场所中，譬如机场、地铁站、商场等。与此同时，自动扶梯虽然为人们带来了便利，但是也带来了电能的巨大浪费，故需要对自动扶梯的能耗进行分析，从实际出发，解决其耗电量大的问题。笔者在文中对自动扶梯的三种节能方式，即Y??转换节能方式、自动运行节能方式、变频驱动节能方式分别进行了探究，以寻求效果较好的节能关键技术。
1 自动扶梯的市场现状与节能需求
当前自动扶梯应用广泛，在超市、机场、地铁站等都能够看见它的身影，其具有输送量较大、便利快捷等优势，给予乘客方便，但是也具有一定的缺陷，即无论客流量大小甚至空转，都会以额定速度运行。显然这样的情况在自动扶梯客流量较小或者没有时将会耗费大量的电能，同时使机器磨损程度严重，大大地降低自动扶梯的使用寿命。据相关部门统计，目前我国已有近7万台自动扶梯投入使用，其数量每年以11%左右的速度增加。其中95%以上的设备为非节能自动扶梯，可想而知其耗费的电能是巨大的。保守估计，全国每年有近2×108～5×108kW・h的电能浪费在自动扶梯上。
因此，我们需要根据实际使用情况，在不同的工况下采用不同的节能控制技术以达到节能的目的，如PLC与变频器相结合的节能控制系统等。通过采用不同的节能控制系统，能够有效地节约电能，提高自动扶梯的使用寿命，满足国家的环保要求。
2 自动扶梯能效测量
要对自动扶梯的能耗分析及节能控制探究，对其能效测量是必不可少的环节。测量步骤可分为四步：（1）选取测量对象及其能耗限定值；（2）测量仪器的选择；（3）运行功率测量点的选取；（4）测量工况。笔者下面对其分别介绍：
2.1 选取测量对象及其能耗限定值
由于目前国内还没有制定出统一的自动扶梯能效标准，并且国际上也还没有相关文件标准可供参考，故测量结果可参考某署的《自动扶梯能效限定值标准》。该标准明确了公共服务自动扶梯需要同时满足两个条件：（1）作为公共交通的一部分，包含出入口处；（2）每周运行140小时左右（20小时/天），且设备在任何3小时间隔内，能以100%制动载荷连续运行不小于1小时。
在不同的梯级宽度、提升高度和速度条件下，通过测量输入功率可以发现，其与自动扶梯的效率成反比。考虑到结果的一致性，笔者选取自动扶梯的提升高度为5m（±0.5m），梯级宽度为1000mm，额定速度为0.5m/s。
2.2 测量仪器的选择
测量仪器有两种可供选择：一种是3169-20钳形功率计；另一种是PW3198电能质量分析仪。通过测试可以发现，这两款仪器都可以测量电流、电压、有功功率、功率因数和THD（谐波畸变率），并且精度均可达到要求。3169-20钳形功率计虽然价格低廉，但是处理数据步骤繁琐；相反，PW3198电能质量分析仪数据处理功能强大，易操作，但是价格昂贵。根据笔者单位的实际情况，此次测量选择了3169-20钳形功率计。
2.3 运行功率测量点的选取
如图1所示，通常在实际测量中需选取三个测量点，各个测量点的结果是不同的。其中测量点1的结果是驱动电机、控制系统和辅助设备的总和；测量点2的结果是控制系统主要电路的能耗；测量点3的结果是辅助设备的能耗。笔者在此次研究中选取测量点1的结果，其余两个结果作为参考。
2.4 测量工况
（1）空载上下运行有功功率检测：自动扶梯的有功功率是重要的参数之一，该参数可反映机械效率的情况；（2）实际运行有功功率检测：笔者使用客流计数器实时测量数据，结合输入有功功率，能够推测出在不同载荷工况下消耗的电能值。
对测得的数据进行处理的目的是建立功率与载荷的函数关系以及在空载状态下功率与速度的关系。在固定工况下自动扶梯的功率变化较小，比较稳定，可以从测得的数据中选取部分有效数据取平均值作为该工况下自动扶梯的功率。空载条件下，自动扶梯的速度是预设好的，可以直接获得。在其他载荷条件下的功率，通过拟合的方法能够得到相应的功率。
3 自动扶梯能耗的影响因素
3.1 减速器及传动装置的影响
减速器及传动装置对自动扶梯的能耗影响是相对较大的，其设计和布局的不同影响也不尽相同。鉴于测试结果的准确性，笔者在此次研究中选取在同一工况和载客量条件下的两台自动扶梯进行分析。其中某工程中的自动扶梯的能耗是1.8kW，某制造商生产的自动扶梯的能耗可达到4.8kW，这两台自动扶梯能耗的差异性是减速器及传动装置导致的。由此可见，减速器及传动装置的影响是不能忽略的，必须加以重视。
3.2 维保质量的影响
任何机械设备都需要定期维护检修，自动扶梯也不例外。按时检修、定期维护和保养是其日常维护、检修工作中不可或缺的环节。该项工作不仅能够减低电能的消耗，而且能够提升设备的使用寿命。譬如某厂商生产的型号和参数都相同的两台自动扶梯，其中一台自动扶梯经定期检修、维护，在空载时运行功率为1.8kW，而另一台自动扶梯未进行定期维护、检修，在空载时功率却高达2.2kW，高出前者22.2%；再如，某工程有两台型号和参数完全一致的自动扶梯，一台经长期维修、养护后，上行空载运行功率为2.3kW，另一台未能保持定期检修的设备功率为2.8kW，高出前者21.7%。由此可见，自动扶梯运行一段时间后需要定期维护、保养与检修，这样能够有效降低其运行能耗。
3.3 待机功率的影响
待机状态是指自动扶梯在不提供任何服务的情况下的状态，通常分为两种情况：（1）待机。自动扶梯依靠感应器检测到乘客从入口进入时，立即按照原来的运行方向再次重启。当检测一段时间内无乘客搭乘时，自动进入低速状态运行。再一段时间后仍未检测到乘客搭乘时，自动扶梯会进入停止运行的待机状态。虽然这时设备进入了待机状态，但当有乘客进入时，为了快速响应，其传感器和驱动器并没有关闭，仍处于开启状态；（2）钥匙关闭。在此种状态下，自动扶梯需要给运行指示器供电，保证正常显示，以便提醒乘客自动扶梯处于停止状态，这种情况下会产生一些能量损失。
4 自动扶梯的节能控制技术
4.1 Y-?转换模式
Y-?驱动（星三角驱动）节能技术包括两种方案：一种是自动重新启动，另一种是Y??切换。自动重新启动方案是在没有乘客时让自动扶梯停止运行，当有乘客进入时再次启动设备运行。这种方案虽然能够达到节省电量的目的，但是频繁启动与停止会加重自动扶梯机械零部件的损伤，也会对供电网络造成一定冲击。倘若乘客中有老人、小孩，对自动扶梯的自动启动不能及时反应，容易引发安全事故。Y-?切换方案则是按Y接法进行启动扶梯，若自动扶梯上没有乘客，那么扶梯会按Y接法一直运行下去；若有乘客时，则切换成?接法运行，如此循环运行。
实际测试数据表明，当自动扶梯处于空载或客流量极少的工况时，Y接法和?接法的自动扶梯的运行速度并没有明显的差异，但Y接法的节能效果比?接法要高20%左右。例如某车站的自动扶梯，当空载运行时，采用Y接法时输入有功功率是1.98kW，?接法时为2.62kW；其速度虽然不改变，但电能节省33.6%。
4.2 变频驱动节能方式
变频驱动节能方式主要通过使用变频调速装置来调节速度，如果有乘客进入扶梯会按照额定速度运行，若没有乘客则保持低速运行。变频驱动节能的具体运行方式是：在自动扶梯入口位置安装感应装置，当乘客进入扶梯时，感应乘客，然后向控制系统传输信号，启动自动扶梯，按照预设速度运行；当没有乘客搭乘扶梯时，感应装置没有感应到乘客，经过一段时间的空载运行后，控制系统会控制变频器实现降速运行，节省电能；当感应装置再次感应到有乘客到来时，系统会控制变频器，使自动扶梯恢复预设速度运行，如此循环运行。这种方式对速度的控制是通过变频器来实现的，这样不仅能够降低电能的消耗，而且能够减少机械磨损，从而提高自动扶梯的使用寿命。
4.3 自动运行节能方式
自动运行节能方式是指在入口位置安装感应装置，当有乘客进入扶梯时，设备感应到信号，然后将信号传送到控制系统，启动自动扶梯。该方式有一个缺点，即会频繁地启动自动扶梯，给供电网络造成冲击，同时增加机械的磨损。
5 节能效果分析
采用Y??转换节能方式，自动扶梯轻载可以节能5%～21%，但当承载率超过40%时，则无法实现节能；当设备按额定速度运行时，则与变频驱动节能方式的节能效果一致。变频驱动节能方式能够根据不同的客流量设定不同的运行速度，然而Y??转换节能方式只能以额定速度运行。
采用自动运行节能方式，如果有乘客时，则自动扶梯以额定速度运行；如果没有乘客时，自动扶梯则处于停止状态，故在客流较小时，该方式节能效果十分明显。
6 结语
综上所述，通过采用节能控制技术，能够有效降低自动扶梯在实际运行中的电能消耗，并且能够降低机械磨损，延长使用寿命。相信随着科学技术的不断发展与完善，节能控制技术将会越来越成熟，进而为自动扶梯运行节约更多的电能，提高经济效益与社会效益，促进社会的可持续发展。
参考文献
