电能质量
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电能质量范文第1篇
[关键词]电能 分析 改善
进入21世纪，电能质量(频率、电压、波形、不对称度和各种瞬态的波动)问题将越来越受到重视，主要原因是：(1)用户越来越注重供电质量问题并能更清楚地认识到断电、电压下跌、切换操作的瞬态扰动等的后果：(2)装有微机控制器和电力电子装置的用电设备迅速增多，而这些设备对电能质量的扰动是很敏感的；(3)一些跨国公司或大型国有企业为增加其总生产率而安装高效率设备。例如调速控制和功率因数校正装置，这种做法的本身又造成了注入电力系统的谐波有所增加，最后不得不考虑其对电力系统的影响。电能质量需要在概念上转变，从“以电力部门的标准来评定”转变为“以用户所感觉到的为标准”。电能质量不好会对用户生产过程起破坏作用；相反，用户的生产过程会影响电能质量。因此，为改善电能质量，用户、电力公司和设备制造商之间的合作是十分需要的。下面就上述电能质量指标所涉及到的几方面内容作一些介绍。
1 频率偏移
1.1 频率过低
意味着输出功率增加而输入功率没有改变时，或者输入功率减少而输出功率尚未改变时造成。它的影响主要有如下几点：使发电机的出力受到限制；造成发电机定、转子绕组和铁心的温度升高；使厂用电动机的转速下降，进而引起机械出力下降；汽轮机低压级叶片将会产生振动加大而导致裂纹；引起异步电动机和变压器激磁电流增加，从而使其所消耗的无功功率增加，进而有可能恶化电力系统的电压水平；对无线电广播，电影制片等工作也有影响。
1.2 频率过高
意味着输出功率减少而输入功率没有改变时，或者输入功率增加而输出功率尚未改变时造成。它的影响主要有如下几点：使发电机转子承受过大的应力；使与频率有关的测控设备降低了其性能，甚至不能正常工作：引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。
2 电压偏移
2.1 长期电压偏移
定义为持续时间超过1min，稳态工频电压有效值超过规定限值的所有电压偏移。
2.1.1 欠电压
是指典型电压幅值在(0.8-0.9)p.u之间。它的影响主要有如下几点：将降低发电机运行的稳定性，定子绕组的温度可能升高；降低厂用电动机的出力，而且使它的定子绕组温度升高，加速绝缘老化，严重时甚至可能会烧毁电动机：使照明设备发光效率降低，如电压降低5％时，其光通量将减少18％，电压降低10％时，其光通量将减少30％；甚至有可能引起对灯光敏感的电子设备不能正常工作。
2.1.2 过电压
是指典型电压幅值在(1.1～1.2)p.u之间。它的影响主要有如下几点：将损害电气设备的绝缘，使变压器、发电机等电气设备工作在饱和状态。从而引起激励电流增加，设备过热并产生有害的谐波电流：使定子铁心部分磁通逸出轭部，在支持筋、机座、卤压板形成环路而产生涡流，从而使定子机座的这些结构部件出现局部过热，甚至熔化。
2.2 短期电压偏移
2.2.1 电压跌落
指的是工频电压降低到(0.1-0.9)p.u之间，持续时间在2s～1min之间的电压质量问题。瞬时性故障往往以电压跌落开始，大电力负荷的投入、大容量电容器组的投入、大电机的起动或多个电机的同时起动都有可能引起邻近负荷的电压跌落：变电站内某条配电线路的单相接地故障也有可能引起同母线的配电线路的电压跌落。
2.2.2 失去电压
指的是供电电压或电流降到0.1p.u以下，持续时间不超过1min的电能质量问题。失去电压的主要原因是由于雷击输电线路或配电线路、树木倾倒、刮风等引起的电力系统瞬时性故障，也有可能是因为设备失效或控制装置的误动作。对失去电压和电压跌落二者的重视是近年来的事情，主要原因是计算机的大规模应用和自动控制系统的不断精细化。对于计算机操作来说，两秒钟的失去电压或电压跌落会造成计算机系统的工作紊乱，甚至有可能使计算机处理了几个小时的数据丢失。对于一些大型跨国公司或国有企业而言，0.1s的失去电压或电压跌落就有可能引起大面积的产品质量问题。实际上，失去电压和电压跃落超过两个或三个周波。电机、机床或机器人就无法保持对由其驱动的过程的精确控制。
3 电磁暂态
指的是指电力系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，电压或电流数值的暂时性变化的电能质量问题。它产生的主要原因有雷电冲击和电力系统故障等，又分为两种：冲击暂态和振荡暂态。前者定义为电压或电流在稳态下的突然的非工频变化，变化是单方向的。常用其上升和延迟时间来描述，其产生的主要原因是闪电。由于涉及到的频率很高，所以产生的冲击电压或电流衰减很快，同一个冲击暂态事件，在电力系统的不同点会观察到不同的结果。冲击暂态常常引起设备因过电压而损坏，甚至还有可能激发电力系统的固有振荡而导致振荡暂态。后者定义为电压或电流在稳态下的突然的非工频变化，变化是双方向的，根据其频谱范围又可分为高、中、低三种。高频振荡是由本地冲击暂态所引起的，频率一般在(0.5～5)MHz之间，持续时间约为几个微秒。中频振荡是由背靠背电容器的充电引起的，频率一般在(5～500)kHz之间，持续时间约为几十个毫秒。低频振荡是由配电网中的铁磁谐振现象和变压器充电产生的励磁涌流所产的，频率低于5kHz，持续时间在(0.3～50)ms之间。
4 三相不平衡
它定义为相电压或电流对于三相电压或电流平均值偏移的最大幅度，它的产生一是设计方面的原因，如单相电气设备三相严重不对称，二者也有存在大容量单相负荷的客观原因，如单相电气机车，电炉等。再者电网故障也会导致三相不平衡的产生。在三相电力系统中，三相不平衡的程度常用电压负序分量与正序分量有效值之比来表征。根据国家规定，电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。负序和零序分量的存在会对电力设备的运行产生如下影响：凸极式同步发电机对负序分量存在很强的谐波变换效应，三相不平衡会导致同步发电机产生电力谐波，污染电厂周围的运行环境；负序电流流入同步发电机或异步电机，将消耗过多的无功功率，产生附加损耗而过热，并因此产生附加转矩而降低其出力：对直流输电的换流器来说，三相不对称不仅会增加其控制的难度，还会导致非特征谐波的产生；零序电流的存在还会对邻近的通信线路产生很强的干扰。
5 波形失真
它定义为正弦波的稳态偏移，常用其频谱含量来描述，主要包括5个方面的内容：直流偏移、谐波、间谐波、陷波和噪声。
5.1 直流偏移
交流电网中如果存在直流电，则称为直流偏移，它产生的主要原因是由于地球雷暴产生的电磁干扰和电网中半波整流器设备的存在引起的。直流电流流过变压器会引起变压器的直流偏磁，从而产生附加损耗过热并降低其使用寿命。直流电流还会导致接地体或其它联接器的电化腐蚀。
5.2 谐波
定义为具有供电系统基波频率整数倍频率的正弦电。它的失真情况可以用每个单一谐波成份的幅度的相位来描述，而它的大小可用谐波失真度来描述，谐波失真度或畸变率是评价电力系统中谐波含量的主要指标，它定义为各次谐波分量总有效值与基波分量有效值之比。谐波污染对电力设备的危害是相当严重的，主要表现在如下几个方面：(1)谐波电流在电机中流通，产生附加功率损耗而引起定子线圈过热，并减少了转矩出力：(2)可引起无功电容器组谐振和谐波电流增大，从而导致电容器组因过负荷或过电压而烧毁，对电力电缆也会造成过负荷或过电压而损伤绝缘；(3)集肤邻近效应的存在，使输、配电线路、变压器等产生附加损耗而过热：(4)电压或电流波形的畸变改变了电压或电流的变化率，影响了断路器额定电压时的断流容量；f5)对继电保护和自动控制装置产生严重干扰者，可造成误动作或拒动作；(6)使计量仪表，特别是感应电能表那种形式的表计产生计量误差。
5.3 间谐波
定义为具有供电系统基波频率非整数倍频率的正弦波电压或电流，常用离散频率或宽带频谱来表示。各级电网中均存在这种波，其产生的原因是静止频率变换器、变流器、感应电机和电弧设备等，而电力线路的载波信号也可认为是间谐波。间谐波会引起CRT等显示设备的闪烁。
5.4 陷波
它的产生是由于变流器的换相而引起的，尽管可以用傅里叶变换将陷波分解成一系列谐波，但一般将陷波单独处理，这是因为其谐波次数较高且幅值不大，难于用波形测量仪器测得。
5.5 噪声
它是指叠加在每相电压或电流上，频率超过200kHz的非期望电信号。电力电子设备、控制电路、电弧装置、电机设备等投运都会产生电磁噪声。它会影响微机和可编程控制器的正常工作。
6 电压波动和闪变
电压波动是指电压包络线的规则变化或电压的一系列随机变化，但其变化范围在额定值的±10％之内。电压闪变指的是电压波动对照明设备产生影响，而这个影响能为肉眼所感觉。电压波动的主要影响是引起白炽灯等照明设备、电视机显示器设备的闪烁现象。电弧炉和轧钢机等大容量冲击性负荷的存在是引起电压波动和闪变的根本原因。
7 改善
以上所述的各种电能参数的偏移和谐波对电力设备用户的影响很大，而且这些主要是通过配电线路发生的，为了使电能质量在正常范围内运行，我们可采取以下几种新型装置去改善供电质量。
7.1 DSTATCOM及DUPS
DSTATCOM是采用脉宽调制技术和电力系统并联的电压源变换器，它能替代常规的电压和无功控制装置。在正常供电时，DSTATCOM可作为无功电源或处于低耗备用状态。在发生电压波动时，DSTATCOM立即响应，向电力系统注入具有适当相角和幅值的电流使系统电压立即恢复正常。它和固态断路器及一个储能系统联用，也称作动态不间断电源(DUPS)，从发生断电到重新供应电力的时间不超过0.5工频周期。
7.2 SSCB及SSTS
SSCB由可断开晶闸管(GTO)回路和晶闸管(SCR)加限流电抗器(或电阻器)回路两部分并联组成。在正常运行时，负荷电流基本上是经过GTO回路向负荷供电，而SCR回路因阻抗极大而基本上无电流。发生上游故障时，电流大大超过定值，GTO立即断开，发生下游故障时，GTO断开后，故障电流就流经限流电抗器和SCR，限制了故障电流。可利用SSCB在0.5工频周期内快速完成切换的能力向负荷提供不间断电源，这就是SSTS。
7.3 DVR
DVR由GTO及SCR组合起来再配以储能装置后与电力系统串接，能在不到0.5工频周期内将系统故障引起的电压下跌恢复到正常。当供电正常时，DVR处于低耗备用状态，升压变压器的换流器是短路的。当线路侧发生电压下跌(或上升)时，DVR立即响应，分别向电网输入电压的三相串联注入三个单相交流电压，以补偿故障后和故障前的电压差，而注入的每相电压可独立控制其幅值及相角，从而恢复正常电压。整个过程的持续时间小于0.5工频周期。
电能质量范文第2篇
关键词 电能质量；指标；标准；影响
中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0158-02
随着现代社会的不断发展进步，各地对电能的开发和利用不断增多，电能的开发以及利用程度在一定程度上成为反映国家经济发展水平的衡量标准。为此，我国必须进一步加强对电能能源的开发，不断提高我国的电能质量。电力产品一个非常重要指标就是电网供电电能质量能否满足要求。供电质量差，容易引起谐振和系统电压的波动发生。电路中存在谐波电压将造成配电系统损耗增加、电路发烫等问题，也会是变电设备频繁发生设备故障问题；电压畸变及电压波动使仪器损坏；电能质量差致使科学实验无法正常进行，影响科研测试的结果。
1 电能质量的定义
用户的用电质量、供电方供电质量、线路传输电流质量以及供电公司供给的质量是电能质量指标中最重要的四个指标。
1）电力质量是指，人们在用电过程中，能否做到按时、按量缴纳所用电费。
2）供电质量是指电压的质量，电力的价格以及供电企业对用户投诉供电问题时的反映速度等等。
3）电流的质量是指电压在线路传输过程中需保证电流信号一直都是良好的正弦信号，且频率保证在50 Hz左右，电压和电流的相位保证固定的关系，从而保证用户用电安全、平稳。
4）电能质量还指向额定电压与实际电压之间的电压波形和相位之间的偏差。
2 电能质量的影响因素
电力系统的能否供电安全和供电质量如何在很大程度上取决于电能质量是否达标，总体上来说，电能质量好坏取决于以下3个因素。
1）自然环境，如台风、地震、泥石流等对电能传输质量的影响。
2）电力系统中自动保护装置能否正常的运行，如电力系统的启动和停运、过电保护、防雷击等。
3）客户端的一些非线性负载机器，或者大功率用电设备的影响。
3 电能质量的分析计算
在通常情况下，电能计算可以采用3种办法，见表1。
4 电力系统可靠性和稳定性与电能的质量的相关性
4.1 电路传输中电能传输质量与电力系统计划的评估
电力系统根据系统的能力在可以接受的质量标准范围之内保证连续的对用电用户连续供电的能力称之为电力系统的可靠性。电力系统的可靠性包含两个方面：一是电力系统的充裕度是否达标；二是电力系统的安全性是否达标。
电力系统的充裕度用来衡量电路中一些线性负荷模型的静态参数，电力系统的充裕度体现了在工作条件下电力系统提供电量满足系统要求的能力。当电力系统正常工作时，电力系统电能的质量电压是否有偏差、电压的频率是否有偏差以及供电电压是否连续都取决于电力系统的充裕度。电力系统的安全性是指在重要元器件在发生故障时，电力系统仍然是否可以正常工作的能力。在现场工作时，暂态型电能质量的好坏取决于电力系统的安全性是否很高，还有当电力系统的安全系数低时也会造成部分电力使用者长时间的断电。
从电力系统出现到现在为止，电力使用者和电力部门把重点都放在电力系统中电压是否偏差、电压频率是否稳定及其电力供电系统是否连续等问题上面。随着电力系统的逐渐改善，人们慢慢的认识到电力系统的安全性也在很大程度上影响着电力系统可靠性的运行，特别是当电压出现突然地降低，甚至电压突然消失，都会影响电力使用者的体验。
为了使电力系统更加平稳的运行，保证电力使用的良好用户体验，目前电力部门除了对电力系统的安全性和充裕行做出严格要求外，还对一些非线性的负荷、可能造成突变电荷的电器及其会造成冲击性负载的电力设备的使用条件都做出了严格的规定，从而保证电力系统可以在规定的条件下按照预定目标安全的运行。
4.2 电力使用者用电的可靠性和电力系统的供电可靠性
按照可靠性来划分，电力系统可以分为很多类，比如在从配电系统上来说，电力系统的可靠性主要电网的充裕度能否保证电网的可靠性运行。电网的充裕度是用来检验电力系统的可靠性的重要指标。
配电系统的可靠性是从多个方面来衡量的，例如电力系统的系统容量、电力系统的网络结构、还有电力系统的元器件的可靠性等方面。配电系统的可靠性是用来衡量配电系统中元器件负荷功率的平衡，通过检验配电系统的可靠性来指导电力系统的设计流程、还有运行状况
在电力系统超负荷运行的情况下，电力系统最经常出现的问题是电力系统供电不平稳的问题。从以前到现在，设计人员大都认为电力系统只要长时间不出现断电，电力系统供电就是可靠地。然而随着越来越多事故的发生，人们渐渐的意识到以前评价电力系统是否安全可靠的指标上存在一些不足，因而现在电力部门把电力系统是否能连续稳定的长时间工作也当成了电力系统可靠运行的一个硬性指标。
5 结束语
电能质量问题一直困扰着很多研究学者，电能质量对经济发展中电力系统建设提出了更多更高的要求。电能质量作为一门新兴研究对象，国外已经在电能质量方面进行了深入的研究，并提出了有关的评估标准，且取得了很多突破性的进展。但是，在国内，对于这方面的研究尚未进行深入的研究。这一方面是因为国家对这个课题并未足够的重视，另一方面还因为国内现在的研究手段和工具的缺乏，还有有关人员对电力系统电能质量问题的极端轻视。随着人们对电能质量的要求逐渐提高，电能质量问题的研究和技术应用将成为大家普遍讨论的话题，将逐步影响到我们的生活。因此，国家应该给与经济上和政策上的支持。
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电能质量范文第3篇
关键词：电力系统；电能质量；谐波治理；电压稳定；无功补偿
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2011)19－0115－05
一、课题背景及意义
现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家发展水平的主要标志之一，电能质量问题在许多国家已经引起电力部门和用户的广泛关注。
近几年，宜兴地区兴建了许多高耗能企业，这些企业在带来经济效益和带动地区经济发展的同时，也带来一些负面影响，造成地区电网电压不稳定及谐波污染，已对电力系统的安全稳定运行构成威胁，如何改善宜兴地区的电能质量成为一个亟需关注的问题。
二、电网电能质量国内外研究现状
目前，各国在电能质量问题的研究方面，取得了一些进展，但仍有很多问题难以达成共识。较为突出的有：电能质量的定义及以此为基础的电能质量等级的划分；对各瞬变量的实时检测及有效补偿；为改进电能质量问题，变电站、用户及装置生产厂家之间的合作与协调；合理的电能质量评估体系建立等。
电能质量问题虽然同时存在于输电系统与配电系统中，但由于输电系统可靠性高，发生故障的概率较低，因此，大部分的故障、异常现象出现在配电系统。系统中各种扰动引起的电能质量问题又可分为稳态和暂态两大类。
稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，持续时间较长，又可以分为以下几种类型：谐波、间谐波、电压不平衡、过电压和欠电压。
暂态电能质量问题通常是以频谱和持续时间为特征，包括脉冲暂态和振荡暂态两类，其表现形式有：电压瞬变、电压闪变、电压骤升、骤降、短时断电。
(一)电网电压稳定研究现状
在过去的几十年中，学者们注重对电压稳定分析方法的研究，提出了许多静态、动态和中长期电压稳定的分析方法。在电压稳定的数学模型、系统中动态元件对电压稳定的影响、判别电压稳定性的指标、电压崩溃的预防和校正控制等方面都取得了一系列的研究成果。
对电压稳定问题的认识集中表现在对电压失稳机理的认识上，研究人员从不同的层面对电压稳定现象进行了研究，主要的结论可以分为以下两个方面：
1.电压失稳的静态机理。认为电压稳定是一个静态问题，从静态的观点来解释电压失稳的原因。鉴于实际系统中的高x／r值，系统各节点的电压主要与无功功率分布有关。基于此而提出了dQ／du判据，但它的应用是有条件的，即只有在不考虑系统频率变化，并且无功非常缺乏时才能采用这一判据。
此外，还有学者提出了用PV曲线和QV曲线来解释电压失稳机理，与之对应也提出电压稳定判据dP／dQ。
一种观点认为，当系统的负荷逐渐增加达到极限时，想要再增加时系统将失去稳定平衡点，如图1所示。还有一种观点认为PV曲线的上半支和QV曲线的右半支是系统能够稳定运行的平衡点集，而另外半支是不稳定平衡点集，在拐点处对应系统的临界状况，两种观点本质上是统一的。
以上这些观点都是从静态的角度来解释电压失稳机理的，认为系统中有功和无功的不平衡是造成电压失稳的根本原因，研究结果已经取得了应用，但由于没有考虑发电机及各种调节系统的动态特性，而和实际的系统情况有一定的差距。
2.电压失稳的动态机理。电压崩溃包括电压失稳和崩溃两个阶段，在发生电压崩溃之前常伴随有一个相对较长的电压失稳过程，对失稳过程的研究有助于从动态的角度理解电压失稳的真正原因。但目前这一课题的研究还仅局限于理论探讨，离实用的阶段还有相当的距离。
(二)电网谐波治理研究现状
针对谐波污染造成的电能质量问题，主要的解决措施有两个方向：一种方法是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。例如目前己出现的罗宾康公司生产的高压大容量完美无谐波变频器，但大多数产品还做不到；另一种方法就是安装谐波补偿设备。关于谐波补偿设备，目前国内外有很多种技术方案。其中，较为典型的有三种：无源滤波装置、有源滤波装置和综合滤波装置。
(三)电网无功补偿研究现状
现有的功率理论可分为图3所示的三大类。迄今为止的各种功率理论只是较好地解决了上述一两个方面的问题，而未能满足所有要求。Depenbrock的工作对无功功率的辨识起了较大的促进作用；赤木泰文等人提出的瞬时无功功率理论解决了谐波和无功功率的瞬时检测，和不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，对谐波和无功补偿装置的研究和开发起到了很大的推动作用，但这一理论的物理意义较为模糊，与传统理论的关系不够明确，在解决第一类和第三类问题是遇到困难；对于第三类理论的研究虽然取得了一定成果，但至今未能取得较大突破。
三、宜兴电网电能质量存在问题分析
随着宜兴电网快速发展，电网负荷急剧增加，其中由于冲击性，非线性负荷容量和数量不断增加，造成了电力系统电压不稳定，电压、电流正弦波畸变和电能质量的下降，给用户的安全经济运行带来了危害和影响。
(一)宜兴电网概况
至2010年，宜兴市供电公司拥有35kV及以上变电所74座，主变125台，容量652.13万千伏安；35kV及以上输电线路143条，总长1365公里。有地方及小热电装机容量157兆瓦。
(二)当前电网发展中存在的问题
总体上来讲，经过多年的发展，宜兴电网在供电容量、供电可靠性、电能质量上能够基本满足用电市场的需要，但是仍然存在着不少问题：
1.220kV电网运行方式可靠性差。宜兴的10座220kV变电站的主供电源为常州的500kV武南站和新建成的500kV岷珠站。如果岷珠变电站出现故障，因220kV鹅运4581、4582线线径小、运行时间长，220kV美溧2548线受方式制约可供能力有限，所以宜兴的220kV电网运行方式仍然是薄弱的。
2.220kV电网容载比较小、变电所布点少。宜兴全市总面积为2038.7平方公里，但220kV变电所只有十座(18台主变容量共计294万千伏安)。根据2010年的网供最高负荷(127.1万千瓦)与地方电厂的情况，220kV电网的容载比处于较低的水平。由于220kV电网的容载比较小、变电所布点少，制约了110kV和35kV电网结构的完善和供电可靠性的提高。
3.电网结构薄弱。宜兴的41座110kV变电所主要是靠10座220kV变电所供电，供电线路部分靠支接，有的110kV线路甚至支接了3座变电所。因此整个宜兴地区的110kV电网是比较薄弱的。
由于整个宜兴地区220kV电源点的缺乏，所以还有 较高，电容器长期无法投入。35kV变电所经过历年的主变调换和扩容，大部分变电所无功补偿容量偏小，局部需要增加无功补偿容量。
客户新上时严格按照{35kV及以下客户端变电所建设标准》中无功补偿装置的要求配置，电容器的安装容量，根据用户的自然功率因素计算后确定。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量：35kV变电所按照变压器容量的10％～30％确定；10kV变电所按照变压器容量的20％～30％确定。35kV及以上客户绝大部分无功补偿较好，但有小部分客户由于存在冲击负荷或非线性设备，无功补偿装置投入有缺陷，使得少数线路无功需求大，力率低。
线路力率方面，由于低压补偿器安装不是很多，用户的无功管理还需要加强，因此各电压等级的线路力率合格率不是很高，10kV线路84％力率可达0.90，35kV线路80％力率可达0.95。加强用户侧无功管理，合理安装低压无功补偿，提高线路力率是我们今后降损工作的一个方向。
(2)无功电压优化。根据无锡市供电公司的统一安排，自2004年7月起，宜兴供电公司的无功电压调整装置陆续接入泰州苏源的地区无功电压优化系统。该服务器设在调度通讯中心，监控中心设一客户端。现在公司电容器的投切、有载开关的调档，以及本地区无功电压的配合都由该系统来完成。该系统的控制原则是，确保220kV主变高压侧力率合格率；确保10kV母线电压合格率；确保设备动作次数最少；保证110kV、35kV母线电压合格率。使用效果为，220kV主变高压侧力率合格率保持95.12％左右；10kV母线电压合格率保持在99.17％左右；220kV变电所电容器动作次数明显减少，而110kV、35kV变的电容器动作、主变调档次数增多；人员劳动强度明显减轻。
六、主要结论
随着电力工业负荷的不断发展，越来越多的高耗能用户负荷进入供电系统，例如电弧炉、轧机、大容量晶闸管整流装置等。这些负荷的工作过程不同程度地呈现如下特性：有功和无功负荷不规则地上下波动；平均功率因数偏低；产生大量的高次谐波进入供电系统，其危害在于加剧了公用供电系统的电压波动；引起电压不稳定；使得电网电压畸变，供电质量下降。有些非线性负荷所呈现的三相不对称产生的负序分量对电网的危害是异常可怕的。为此本文对宜兴电网中若干电能质量问题的现状及改善措施进行了深入探讨和研究。
1.详细分析了宜兴电网近几年负荷增长情况以及电网的电压稳定现状，结合宜兴经济发展实际，预测了未来几年宜兴电网的负荷增长趋势。指出其电力负荷的增长速度远远大于电网的建设速度，负荷的快速增长极有可能引起电压崩溃事故的发生。
电能质量范文第4篇
关键词：太阳能；原理；电网；电能质量；
根据能源局统计数据，截至2014年末，我国并网光伏装机容量达到2805万千瓦，同比2013年增长60%。光伏发电量约250亿千瓦时，同比增长200%。此外，根据国家电网公司《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，6MW以下光伏电站可以接入10kV及以下电压等级，以实现电能的就地利用。可以预见，随着国家对于分布式电源的重视，并入电网的光伏电站将越来越多。然而，利用电力电子设备实现并网与发电的太阳能电池，存在着谐波等干扰，并且，太阳能发电还存在着间歇性和波动性等固有特征，因此，研究光伏并网对电能质量的影响迫在眉睫。
1太阳能发电的基本原理
太阳能发电就是利用光伏电池实现太阳辐射能到电能转变的发电形式。从入网方式看，有独立运行和并网运行两种，其中，并网运行是实现太阳能大规模利用的主要形式，通过逆变器将太阳能产生的直流电转变为交流电馈入电网。从并网系统的具体形式看，并网光伏系统主要有三种，即有逆潮流并网、无逆潮流并网和自立运行切换型并网。
光伏电池是整个太阳能发电的核心和关键，其等效电路可如图1所示，由恒流发生器、二极管和负载电阻组成。图1中，Iph为光伏电池发出的光电流，其值与光伏板面积和入射光辐射强度成正比，IVD为经过PN结的电流，IL为输出的负载电流，Uoc为输出的电压，太阳能输出的电流可见式（1）所示。
2太阳能光伏发电系统接入电网存在的问题
太阳能光伏发电系统的运行具有不稳定性，而由这种不稳定性所带来的将太阳能光伏发电系统接入电力输配网的问题主要有以下几个：
2.1电能质量问题
太阳能光伏发电系统的电能质量直接受阳光的光强、光照时间所控制，因而输出功率存在随机性，而且由于其独特的发电原理，容易产生谐波、三相电流不平衡问题。
2.2电网调度与经济运行问题
由于太阳能光伏发电系统的运行依靠阳光，因而光照条件对于光伏发电的影响显著，光伏发电的输出功率是随机的，这样随机的输出功率不利于光伏发电的调度，增加了并网的难度。光伏与屋顶相结合：建筑物屋顶作为吸收太阳光部件有其特有的优势，日照条件好，不易受遮挡，可以充分接受太阳辐射，系统设计以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响，并且，太阳电池组件可部分替代保温隔热层遮挡屋面。
3太阳能发电对电网电能质量的影响
能源短缺是当今世界面临的重要问题，随着我国经济的持续发展，能源缺口也将会持续增大。我闽的能源结构以煤为主，燃煤造成的环境问题日益突出，温室气体排放量也居世界前列。太阳能是可持续利用的清洁能源，光伏发电将太阳能直接转化为电能，有望成为朱来能源结构的重要组成部分。从能源生产及消费实际出发，治理大气环境污染，促进节能减徘，积极开发光伏发电等可再生能源发电技术，已成为未来能源结构优化发展的战略要求。
3.1发电量波动问题
光伏发电的稳定输出需要平稳的太阳光照辐射量，由式（1）可以看出，对于某块光伏电池板来说，稳定的光伏出力与太阳辐照度、环境温度等因素直接相关。类似地，光伏电站出力也直接受太阳能辐照度影响，统计数据显示，光伏出力最大值大都集中于正午12点至15点间。
3.2电压无功问题
太阳能发电时，为了防止逆变器桥臂上、下开关管直通，需要在控制信号中加入死区时间，由于电感的存在，在死区时间内，逆变器输出电压将由电感电流来决定。正是由于死区使得逆变器输出的实际PMW波形与理想波形有一定偏差，形成方波输出。结合开关元件的特点，在整数次倍数附近将有大量高次谐波，导致输出电流产生畸变，一旦太阳能发电并入配电网，由于配网线路阻抗较大，将使电网中电压出现畸变。
此外，为充分利用逆变器容量，太阳能发电量将主要向电网注入有功电流，通常使得逆变器输出功率因数超过0.95。在旋转dq0坐标系下，理想交流分量所对应的有功和无功电流均为直流，但是，一旦输出电流和电压包含了谐波电流时，输出的有功和无功电流将必然包含交流量，传统的PI控制将无法实现无静差调节[2]。
另外，不得不提到的是，当包含光伏发电系统的电力网络发生故障时，系统的电压降和发电机功角变化将比没有光伏发电系统的电网更大。其原因在于光伏发电系统不存在旋转机械部件，导致系统总惯量减少并增大电压降，并且，随着光伏装机在系统中比例的增加，会需要更长的时间才能恢复到稳态，为了提高包括光伏电池系统的电力系统电压稳定性，需增加额外的电压控制设备和无功补偿装置。
3.3谐波问题
由于太阳能电池输出的是直流，为了与交流电网连接，需要加装合适的电力电子设备，将直流电逆变为交流电，但由于电力电子设备会产生一定的谐波，从而影响并入电网的电能质量。研究表明，光伏并网会产生不同比例的奇次和偶次谐波。尤其是在光伏含量较大的电网中，大量的谐波干扰会导致系统中产生并联谐振和串联谐振问题。为了解决这些问题，可在系统中设计控制技术以抑制相应的谐波，例如，最大功率跟踪、直流交流功率转换、无功补偿、谐波消除、隔离保护等。另外，为了防止谐波电流注入电力网络，变流器控制方案中还可加入滤波器。另外，还需指出，当逆变器输出轻载时，谐波会变得更加明显，比如，在10%额定出力以下时，电流总谐波失真率甚至会超过20%。
3.4直流偏置问题
在太阳能发电系统中，逆变器正弦波中的直流分量、控制回路中运放的零点漂移以及开关元件、驱动回路特性不一致等，将导致逆变器输出电压中存在直流分量。如果此类光伏发电系统并入电网，将导致直流分量注入电网中，对于电网中无隔离的变压器，将导致变压器正常工作点发生偏移，使得变压器发生饱和。如果直流分量流入线路中，由于线路阻抗不一致，将会在光伏并网逆变器间形成一定量的直流环流，由于功率的不均匀，将使得直流环流影响光伏系统的运行。此外，直流偏置问题还会导致绝缘老化，形成较高的电流峰值。
4结束语
分布式光伏发电系统能够有效的将太阳能资源转化为电力能源，目前在我们国家得到了较大范围的推广与应用，而且经济效益显著。但是通过分析我们也知道，在光伏发电推广过程中存在着一些不利因素，加强相关技术的研究，解决对电网电能质量的影响，加快我国光伏发电事业的全面、快速、健康发展。
参考文献
[1]吴素农，等.分布式电源控制与运行[M].北京：中国电力出版社，2012.
电能质量范文第5篇
关键词：电能质量；模糊数学；智能算法；综合评估
中图分类号：TM73 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）07-0204-03
随着用电负荷日趋复杂化和多样化，大量具有冲击性、非线性、不平衡性特征的负荷造成电网电能质量的恶化。而大量基于计算机和微处理器装置的应用，使得一些诸如航天、通信、半导体制造等行业都对电能质量表现出“敏感”的特征，电能质量的扰动有可能给这些行业造成严重的影响并导致巨大的损失。根据美国电力科学研究院估计，当今由于电能质量问题在美国引发的经济损失高达260亿美元/年。因此，越来越多的电力用户开始关注电能质量，并且对电能质量提出了更高的要求。
电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和暂态电能质量问题两类。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，一般持续时间较长，在一段时间内(通常是1min以上)出现的电能质量不正常的情况，主要有：过电压、欠电压、电压不平衡和谐波。暂态电能质量问题通常是以暂态持续时间为特征，包括脉冲暂态和振荡暂态两大类，脉冲型暂态电能质量问题是指电压、电流或两者在稳态情况下发展突然、非工频且单方向（正或负极性）性质的变化。振荡型暂态电能质量问题是指电压、电流或两者在稳态情况下发生突然、非工频且正级性和负极性两方面的变化。根据IEEE的划分，暂态电能质量问题主要包括以下几类：电压暂降（也称电压跌落）、电压暂升、短时断电、电压缺口、瞬时脉冲、电压波动和电压闪变。
目前，世界各国对电能质量都制定了一系列的标准。我国国家技术监督局制定并颁布了共6项电能质量国家标准，它们分别是《供电电压允许偏差标准（GB/T 12325-2003）》、《电压波动和闪变标准（GB 12326-2000）》、《公用电网谐波标准（GB/T 14549-1993）》、《三相电压不平衡度标准（GB/T 15543-1995）》、《电力系统频率偏差标准（GB/T 15945-1995）》、《暂时过电压和瞬态过电压标准（GB/T 18481-2001）》。这些标准规定了各项电能质量指标的限值范围，但是由于电能质量是一个多指标的综合体，单纯的判断某项是否合格，并不能反映整体的电能质量情况。同时，在激烈竞争的电力市场环境下，电能作为发输配电企业与用户交易的商品，同其他任何商品一样，必须讲究质量。于是如何衡量电能质量的优劣，即对电能质量进行综合评估就成为了必然。
电能质量的评估有如下现实意义：
(1）是评价某个电网或某个供电点电能质量优劣的主要方法。
(2）是进行电能质量治理的先决条件。
(3）是调查干扰源的发射干扰和敏感用户所承受干扰的手段。
(4）是供用电双方制定供电合同及明确电能质量责任的重要依据。
(5）是电能商品按质定价的重要参考。
一、电能质量评估方法分析
（一）电能质量评估的特点
1、电能质量指标的不确定性
电能质量主要包括电压质量、频率质量和供电可靠性3个方面。IEEE第22标准协调委员会和其他国际委员会最新采用了11种专业术语来说明电能质量的主要扰动。电能质量的每项指标对电力系统的影响过程都是一个随机过程。
2、电能质量综合评估的高度非线性
随着电能质量指标体系的不断完善和细化，电能质量综合评估将体现出高度非线性的特点。
（二）现有的电能质量评估方法
由于电能质量具有模糊性，因此产生了基于模糊数学的电能质量综合评估方法。文献［1］利用模糊综合评判的方法，对电能质量进行了综合评价的二级评判。这种方法首先是对电能质量的各个指标进行分级，然后从最低一级开始评判，在评判完这一级之后再进入下一级，直到最后获得综合评判结果。在每一级的评判中引入了相应的权重，最后一级的综合评判采用了加权平均法。文献［2］提出了基于概率统计和模糊数学相结合的电能质量评估方法。文中将电能质量的各项指标根据国标的要求平均分为10级，运用概率统计的方法得到各个指标各级的概率分布P，将每个指标的第k级概率分布Pk按顺序排列成矩阵B8×10，然后把矩阵B与相应的权重矢量A1×10相乘得矩阵C，最后对矩阵C应用加权平均法处理得到一个数据，该数据就是电能质量评估的唯一量化指标。文献［1、2］都采用了模糊综合评判方法以及加权平均法，并在其中引入了权重矢量，避免了对各项指标单调的“一视同仁”的缺点，能够体现电能质量的模糊性。但是对电能质量各项指标的权重的确定没有说明，主观因素对最后的评估结果有很大的影响。
文献［3-5］在对电能质量进行模糊综合的评价过程中，对上述方法进行了改进，引入了可变权重，将主观权重和客观权重相结合，在一定程度上克服了主观因素对评价结果的影响。文献［3、5］将层次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）和模糊方法相结合，首先利用AHP方法确定各项指标的权重，然后将电能质量的指标分四类模糊化：偏差类指标模糊化、持续时间模糊化、计数类指标模糊化和电能质量的服务性指标模糊化，再根据不同评价对象的具体情况对这些权重进行修正，得到可变综合权重，最后利用模糊综合评价方法对电能质量进行综合评判。文献［4］提出了序列综合G1法来确定权重，再对电能质量进行模糊综合评价。文中提出了电能质量内涵性权重和结构性权重的概念，首先根据相邻指标之间的相对重要程度来确定内涵性权重W1=(W1,1，W2,1,…，Wm,1),然后利用序列综合法则，确定各指标的数据结构性权重W2=(W1,2，W2,2,…，Wm,2)，最后根据下式即可求得指标的最终权重值：Wi=Wi,1Wi,2∑mj=1Wj,1Wj,2。其中i=1,2,…，m，m为评价的指标个数。
在模糊评价过程中引入可变权重，克服了单一赋权法的缺点，得出了比较科学的权重系数，在一定程度上减少了主观因素对评估结果的影响，但是评估结果还是会受到权重取值的影响，如果能够克服权重取值的人为因素影响，将会有更好的可行性。
针对电能质量综合评估不确定性与高维、高度非线性的特点，一些文献将智能算法应用到了电能质量的综合评估当中。智能算法能够克服常规评估方法种的人为主观因素的影响，通过智能搜索提取高维非线性评估指标的特性，能够最大限度的反映评估指标对综合评估结果的作用。文献［6，7］利用了遗传算法对电能质量进行综合评估。文献［6］提出了将基于遗传算法的投影寻踪理论应用于电能质量评估。文中对电能质量的9项指标进行等级评定，将电能质量分为优、良、中、合格、不合格5个等级，对均匀随机产生的1000个指标样本进行并归处理，求得其最佳投影值，最后采用全局收敛的格雷码加速遗传算法优化投影方向，根据最佳投影值及其对应等级的关系构建了用于电能质量综合评估的遗传投影寻踪插值模型。文献［7］提出了遗传算法的Shepard插值理论用于电能质量的评估，并用加速遗传算法解决了模型中的非线性优化问题。同文献［10］相似，先对电能质量进行分级，根据电能质量评估指标随机生成电能质量等级样本序列，对样本序列进行优化估计，最后得出综合评估。文献［8］则是利用非线性逼近能力很强的径向函数（Radial Basis Function，RBF）神经网络建立电能质量综合评价的模型。首先根据电能质量的国家标准，将电能质量的各单相指标分为5级，同时文中还把不合格的电能质量分为了4级，等级越高，电能质量情况越差，最后一级为电能严重不合格。文中采用了专用的神经网络分析软件进行分析，7项单项电能指标作为网络的输入，输出值为电能质量的等级值。软件利用RBF网络，采用K-Means算法，隐层采用高斯函数，输出采用了线性函数。
基于遗传算法和神经网络的电能质量综合评估方法，在评估过程中无需任何人为赋权，模型建模简单，计算速度快，克服了模糊数学、概率论法以及层次分析法中的主观因素影响，能够对不同的电能质量评估对象快速准确的做出评估，评估结果更客观，具有一定的可行性。
除了上述的利用模糊数学和智能化方法对电能质量进行综合评估外，一些文献还提出了以下的电能质量综合评估方法。
文献［9］首次提出了基于物元分析法的电能质量综合评估方法。根据电能质量综合评估的复杂性以及单因素识别和等级划分之间的不相容性特点，应用物元可拓集方法，构造物元矩阵，根据计算出的关联度大小对电能质量的等级进行可拓识别。物元分析法克服了模糊评价中隶属度近似时难于取舍的问题，评估结果清晰，方法简单，易于编程实现，但是此种方法在确定目标权重时，仍然不能避免人为主观因素的影响。文献［10］运用p-q-r坐标变换的方法将电压电流从abc三相转换到p-q-r坐标系中，然后重新定义瞬时功率并将瞬时功率细分，并在此基础上定义了一些电能质量指标，以此来评价电能质量。文献［11］提出了基于日周期的电能质量量化的评价方法，这种方法以概率统计和矢量代数为基础，先将电能质量的分项指标量化和归一化，再采用矢量代数将分项指标归一量化，得出了电能质量的综合唯一量化指标，但是这种方法对电能质量的评价不够细致、清晰和全面。文献［12］将模糊多目标决策理论运用到了电能质量评估中，基本思路是：根据各指标的相应目标类型，将实测值转换成相对优属度；其次将各指标的相对优属度合并成评判矩阵；最后通过运用极大极小方法对评判矩阵进行评判，得到电能质量组的优劣排序。但是这种评估方法只能对电能质量的优劣进行排序，而无法得知某一电能质量的好坏程度，而且对于不同电能质量指标值之间的优属度文中没有讨论。
在这些评估方法中，出发点不同，但所得指标在一定程度上都反映了电能质量的优劣。
二、电能质量评估方法今后的研究方向和主要内容
目前，国内外对电能质量的评估研究相对较少，对电能质量给出综合的技术与经济评价仍然是非常困难，至今尚无一个准确的和普遍认可的定量综合评估方法。随着人们对电能质量越来越重视以及电力市场的发展，这方面的研究会越来越多，有许多问题需要进行深入广泛的调查和研究。今后的研究主要包括：
（一）广泛的调研
需要广泛进行调研，了解不同用户对电能质量问题的敏感程度以及不同的电能质量问题对用户的影响和对用户造成的损失。
（二）单项评估指标的建立
目前，我国仅对供电电压允许偏差、电压波动和闪变、公用电网谐波、三相电压不平衡度、电力系统频率偏差、暂时过电压和瞬态过电压制定并颁布了相应的国家标准。对于近年来用户比较重视的暂态电能质量问题如电压暂降、短时断电等尚未给出标准，有关这方面的问题需要深入的研究。
（三）综合评估指标的确定
现有的一些对电能质量的评估方法当中，大多数只涉及到了国标规定的6项电能质量指标。然而，随着高科技以及新兴技术产业的发展，越来越多的电能质量问题受到了用户的重视，尤其是暂态电能质量指标越来越引起人们的关注。因此，如何确定电能质量的评估指标以及如何将这些指标引入到评估当中，是一个亟待解决的问题。
（四）评估指标权重的确定
电能质量各项指标对电力系统以及运行在电力系统中的设备的影响是复杂的、不同的，同时同一指标对不同性质的电力用户的影响也不一样。在电能质量综合评估的过程中，各项指标权重值的确定对评估结果会产生很大的影响。因此如何使电能质量各项指标的权重值更为客观、合理，是电能质量综合评估必须要解决的问题，也是未来的一个重要的研究方向。
（五）按质定价
随着电力市场的发展和成熟，电能的按质定价将是一个必然趋势。电能质量综合评估的结果将作为按质定价的依据。只有实行电能的按质定价，才能满足电力用户对电能的不同要求，同时也能激励供电公司改善电能质量，实现优质供电。因此，如何寻找一种切实有效的方法以实现电能的按质定价是对国内外研究人员的一项重大挑战。
三、结论
随着电力市场的不断发展，电能质量的综合评估是必然趋势。目前国内外对电能质量的评估研究还比较少，现有的评估方法主要是基于模糊理论和智能化的方法，这些方法在一定程度上都反映了电能质量的水平，但还存在一些需要进一步解决的问题，还有很多理论和实际问题需要研究。本文在概述了国内外研究现状的基础上，提出了今后研究的主要内容和方向。
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