电能质量分析范文

电能质量分析范文（精选12篇）

电能质量分析 第1篇

一、电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因

1. 电力系统元件存在的非线性问题。

电力系统元件的非线性问题主要包括:发电机产生的谐波;变压器产生的谐波;直流输电产生的谐波。此外, 还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中, 直流输电是目前电力系统最大的谐波源。

2. 非线性负荷。

在工业和生活用电负载中, 非线性负载占很大比例, 这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉 (包括交流电弧炉和直流电弧炉) 是主要的非线性负载, 它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中, 荧光灯的伏安特性是严重非线性的, 会引起较为严重的谐波电流, 其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流, 对电网造成严重污染, 同时也使功率因数降低。

3. 电力系统故障。

电力系统运行的各种故障也会造成电能质量问题, 如各种短路故障、自然灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

衡量电能质量的主要指标:由于所处立场不同, 关注电能质量的角度不同, 人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识, 但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。主要指标为国家技术监督局相继颁布的涉及电能质量六个方面的国家标准, 即:供电电压允许偏差, 供电电压允许波动和闪变, 供电三相电压允许不平衡度, 公用电网谐波, 暂时过电压和瞬态过电压以及供电频率允许偏差等的指标限制。

二、电能质量控制策略与技术

1. PID控制。

这是应用最为广泛的调节器控制规律, 其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便, 易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 应用PID控制技术最为方便。其缺点是:响应有超调, 对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

2. 空间矢量控制。

空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是:将基于三相静止坐标系 (abc) 的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系 (dq) 的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理, 具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

3. 模糊逻辑控制。

知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的“频域法”和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法, 无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式, 对系统特征进行模糊描述, 来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

4. 非线性鲁棒控制。

超导储能装置 (SMES) 实际运行时会受到各种不确定性的影响, 因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰, 得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型, 既可应用反馈线性化方法使之全局线性化, 再利用所有线性系统的控制规律进行控制, 也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

5. FACTS技术。

FACTS, 即基于电力电子控制技术的灵活交流输电, 是上世纪80年代末期由美国电力研究院 (EPRI) 提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流, 使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

目前有代表性的FACTS装置主要有:可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

6. 用户电力 (Custom Power) 技术。

用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中, 其目的是加强配电系统的供电可靠性, 并减小谐波畸变, 改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率, 并且关断容量已达MVA级, 因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

三、电能质量分析方法

电力系统中的各种扰动引起的电能质量问题主要可分为稳态事件和暂态事件两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征, 主要包括谐波、间谐波、波形下陷及噪声等;暂态事件通常是以频谱和暂态持续时间为特征, 可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类。

电能质量的分析方法主要有时域仿真法、频域分析方法和基于变换的方法。

1. 时域仿真法。

时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛, 其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。对于电压下跌、电压上升、电压中断等有关电能质量暂态问题, 由于其持续时间短、发生时间不确定、对频域分析提出了较高的要求, 较多采用时域仿真方法。

2. 频域分析法。

频域分析方法主要用于电能质量稳态问题。比如谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等。相对于暂态问题, 此类事件具有变化相对较慢、持续事件较长等特点。对称分量法是最常用的方法。它的优点是概念清晰、建模简单、算法成熟, 但耗时长。

3. 基于变换的方法。

在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有复立叶变换、神经网络、二次变换、小波变换和Prony分析等5种方法。

(1) 傅立叶变换。傅立叶变换是电能质量分析领域中的基本方法, 傅立叶变换的优点是算法快速简单, 但其缺点也很多。傅立叶变换是经典的频谱分析和信号处理方法。其对含有短时高频分量与长时间低频分量的电能质量信号分析具有一定的局限性。目前经改进的快速傅立叶变换 (FFT) 和 (STFT) 已经成为电能质量分析的基础。

(2) 神经网络法。神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础, 它既是高度非线性动力学系统, 又是自适应组织系统, 可用来描述认知、决策及控制的智能行为。

神经网络法的优点是:可处理多输入-多输出系统, 具有自学习、自适应等特点;不必建立精确数学模型, 只考虑输入输出关系即可。缺点是:存在局部极小问题, 会出现局部收敛, 影响系统的控制精度;理想的训练样本提取困难, 影响网络的训练速度和训练质量;网络结构不易优化。

(3) 二次变换法。二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基本原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。

二次变换的优点是:可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻;精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点是:无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值;不具有时域分析功能。

(4) 小波分析法。小波变换是近年来兴起的一种算法, 由于具有时域局部化的优点, 特别适合于突变信号和不确定信号的分析。目前国内外已经有许多文献应用小波变换对谐波监测、电磁暂态波形分析、电力系统扰动建模等电能质量问题进行了研究。

小波变换的优点是:具有时-频局部化的特点, 特别适合突变信号和不平稳信号分析;可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点是:在实时系统中运算量较大, 需要采用DSP等高价格的高速芯片;小波分析有“边缘效应”, 边界数据处理会占用较多时间, 并带来一定误差。

(5) Prony分析法。Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中, 信号总是被认为可以由一系列的衰减的正弦波构成, 这些衰减正弦波类似于小波函数。所以Prony分析方法和小波一样, 可以做多尺度的信号分析。Prony分析的主要缺点是计算时间过长。

微电网电能质量总结 第2篇

0 引言

电能，是电力供应方和用电客户共同保证质量的一种特殊商品。不合格的电能质量问题会对用户产生巨大危害。随着近年来电网中金融行业、医院、精密仪器生产线等敏感性负荷的比例增大，对电能质量提出了高的要求。因此，改善电能质量对于维护电网安全经济运行、保障工业产品质量、保证科学实验等具有十分重要的意义。一般来说，电力系统中各种扰动引起的电能质量问题可分稳态问题和暂态问题两大类。稳态电能质量问题通常是以波形畸变为主要特征，包括了电压偏差、频率波动、谐波、间谐波、噪声、三相不平衡、闪变、波形下陷等；暂态电能质量问题主要是以频谱和暂态持续时间为特征，包括电压跌落、电压骤升、供电短时中断、暂态过电压、电容器充电暂态等。

微电网是近年来逐渐兴起的一种电力组网概念，它是由一系列分布式发电系统、储能系统和负荷组成的微型电力网，根据需要可选择与配电网并网运行也可选择独立运行，能够实现自我控制、保护和管理。微网一般联接于低压配电网中，电压等级为380/220V。正常情况下，微网均处于并网状态，当检测到大电网故障、异常或电能质量难以满足指标时，则打开静态开关转为孤岛运行直至故障消除。实现两种模式间的平滑无缝转换是影响微网供电可靠性和电能质量的一个重要因素，关键在于静态开关的性能和采用的控制技术。并网模式下，频率、电压的稳定交由配电网来支撑调节，微网仅辅助调节局部电压和减少无功流动，此时微电源可采用PQ控制。而孤岛模式下，需要微网自身维持频率和电压的恒定，主要有单主或多主控制、对等控制和基于多代理技术三种控制思路，但都是由一个或多个微电源采用下垂控制和V/f控制来维持电压稳定。

由于微电网课题愈加受到学者们的密集关注以及高要求下电能质量问题的凸显，本文即对微电网接入所带来的影响及相关解决方法进行简要的总结。1 微电网电能质量特性总结

微网接入会对配电主网产生电能质量问题，配电主网的电能质量问题也会影响微网的供电质量，因为微网与主网联接不仅仅是物理上的相连，而是存在功率、电压和频率的交互影响。例如由于连接配电网和微网的静态开关仅在主网电压失衡严重时才会断开，若主网电压失衡程度没有严重到引发静态开关动作，微网就必须承受主网的影响，在公共连接点(PCC)处维持不平衡电压。如果微网内部没有足够的功率补偿装置，无法维持电压和频率的恒定，其中的敏感负荷就可能不正常运行或断开，从而使电网的电能质量问题扩散到微网中。

就微网自身来说，微电源的运行特性和控制方法、微电源的接入点和容量、微网运行方式和控制方法、采用的电力电子装置、储能设备及负荷特性都会影响电能质量，从而导致微网电能质量的检测、分析、评估和改善较之大电网更为复杂和困难。而其中微电源所引发的电能质量问题尤为凸显，且风电、光伏发电等新型间歇式微电源大都采用全控型换流装置接入，又带来了更多电能质量问题。微网的电能质量特殊性是由微电源、负荷及微网运行和控制方法共同决定的，其中主要的电能质量问题及特点有以下几个方面： 1.1 稳态电压分布变化

微电源的接入会影响微网各点的电压分布，抬高或降低原有电压，造成新的问题。传统电网通常呈辐射状，稳态运行情况下电压沿馈线潮流方向逐渐降低，而微电源的接入使得电网潮流复杂化，馈线上传输的功率减小及微电源输出的无功支撑，减缓馈线各点电压幅值的减低甚至抬高电压，负荷减小时微电源接入处电压可能出现波峰，严重时更可能导致电压超标，电压升高多少与微电源的位置及容量有关。微电源也可能带来低电压问题，例如馈线中采用了一些补偿设备来调节电压，当微电源处于此类电压调节器的下游，其输出电压又是调节器负载的重要部分，就可能引起电压调节器的输出电压减小，当微电源无法注入足够的无功功率，调节器下游区域电压水平就会降低。此外低电压水平也可能是由于基于异步发电机并网的微电源从系统中吸收滞后的无功功率而产生的。1.2 电压波动和闪变

可再生能源的起动和停运受自然环境、本地用户需求等因素的干扰，输出功率不规律且变化频繁，功率的突然变化导致电源和反馈环节的电压控制设备互相影响，给电压调整增加难度。微电源接入位置、数量、容量和控制方式的不合理 均会直接或间接造成微网内明显的电压波动和闪变，与负荷的不协调运行也会加剧电能质量问题。当微电源与本地负荷协调运行时会抑制电压波动，但若微电源与本地负荷功率失衡反而会加剧电压波动。当微网转为孤岛运行模式时，需要协调控制维持自身的频率和电压，如果没有足够的无功补偿装置或储能元件，就容易导致电压波动、闪变等问题。1.3 频率调节难度增加

在传统电力系统中由于存在惯量，通过频率的轻微调节就能满足负荷变动时的初始功率平衡，再利用功率调节器使系统的频率恢复额定值[27]。而基于电力电子型接口微电源由于原动机响应速度较慢且没有储备功率，使得惯性较小，无法对负荷的阶越变化做出快速响应。当微电网与主网联接时可由主网来平衡负荷变化，但转入孤岛运行时，为了提高响应的快速性、减小电压和频率波动，就需更多的功率快速补偿措施。1.4 谐波和直流注入

谐波是除了电压波动、频率波动之外的电网第三大公害。微电源大多采用电力电子转换器接入微网，其电压调整和控制方式与常规方法有很大不同，对其进行操作不可避免地会引起微网电流、电压波形畸变，引入谐波污染，开关器件的频繁通断会产生开关频率附近的谐波分量，谐波的幅度和阶次受转换器工作模式的影响。此外，如微网不采用隔离变压器而直接接入电网，就有可能向电网注入直流，变压器和电磁元件可能出现磁饱和现象，造成附近机械负荷发生转矩脉动。1.5 继电保护整定困难

新的微电源接入必须配合微网中原有的继电保护装置，微电源必须在故障时早于重合闸动作被切除，否则可能引起电弧重燃，导致重合闸失败。微电源在不同点的功率注入会减小继电保护的范围，如果继电器不具备方向敏感性，则并联分支故障时微电源的电流注入会引起本线路继电器误动。此外微电源并网减小了感应电机和同步电机的临界切除时间。这些都会影响电网运行的安全性和可靠性。

1.6 短路电流增大

微电源会增大电网的短路电流水平，影响其大小、方向和持续时间，严重程度取决于很多因素，诸如微电源的技术类型、接入地点、容量、运行模式、渗透率与并网方式及采用的控制技术等。许多情况下并网侧装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入功率，但配电网故障瞬间微电源可能向电网注入较大电 流，使得短路电流超标，导致断路器开断能力不足不能切除故障，扩大了故障范围危及系统安全。若发生接地故障时，注入大地的电流过大还会使地电位升高造成反击，严重威胁接地点附近的变电站和人身安全，还会影响通信设备的正常运行。微电网电能质量处理对策

微网中微电源对电能质量的最大影响是由于微电源输出功率的不确定性和所采用的大量电力电子转换装置带来的谐波污染和无功损耗，会形成微网“公害”，引发更为严重的电能质量问题，因此消除微网谐波污染、进行无功补偿提高功率因数具有十分重要的研究意义。抑制谐波污染问题基本有两条思路：一种是装设附加的谐波补偿装置来抑制谐波，适用于各种谐波源；另一种则是从谐波产生的源头入手，对谐波源本身进行改造，减少谐波的注入，适用于谐波源是电力电子装置的系统。而无功补偿看似和谐波抑制是两个相对独立的电能质量问题，但二者之间却有着紧密的联系：产生谐波的装置大多也是消耗无功功率的装置，如各种电力电子装置、变压器等，而抑制谐波的措施又可用于补偿无功功率，如LC滤波器、有源滤波器等。目前微网对于谐波污染及无功不足已经有一些可行有效的改善措施，但主要还是加装补偿装置，包括固态切换开关、无/有源电力滤波器、动态电压恢复器、静止无功补偿装置(SVC)等。随着更易于实现灵活控制的电力电子元件(例如GTO、IGBT等)的发展，柔性交流输电(FACTS)技术也成为改善电能质量的有力工具。储能设备的发展也在抑制电压、频率波动上发挥了重要作用。因此，若想进一步提高微网电能质量，还需从第二种思路入手，从源头处减少谐波的注入，即对微电源进行改进，提高其并网电能质量。

虽然微电源给微网带来了更多电能质量问题，但也存在改善电能质量的独特优势。首先微电源能及时快速地提供电能，在短时间内投入使用满足系统负荷变化，减少故障，提高系统稳定性。其次微电源与电能质量调节器的优化配置能实现统一控制，统一电能质量调节器、有源电力滤波器等电能质量调节器都是基于电力电子技术，而微电源中采用的电力电子转换器使实现转换器复用功能成为可能，可以改进现有的电力电子设备吸收、释放有功和无功，在改善微网电能质量的同时还减少了系统的建设投资，这将是改善微网电能质量的一个可行的经济方案。未来的微网逆变技术的发展趋势将会是集合不同的控制方法加以协调整合，形成复合控制，在向本地负荷及电网同步传输有功功率的同时，也能实现谐波抑制、无功调节和故障检测等多重功能，这将是未来微网电能质量治理的一个新的方向。小结

本文总结了微电网接入所带来的电能质量各方面的问题。由于微网在不同地点引入了不同容量、不同种类的微电源，具有各自的发电特性及并网方式，且采用了大量电力电子装置，带来特殊电能质量问题有别于传统电网。因此文中重点分析了微网电压、频率、电流质量、继电保护及短路容量等方面的特殊性和存在的电能质量问题。为了改善微网接入后的电能质量，对消除微网谐波污染、无功补偿提高功率因数进行研究具有十分重要的研究意义，文中整理了微网电能质量治理的主要思路，为学者进一步研究提供参考。

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电能质量管理存在问题及对策分析 第3篇

關键词：电能质量；管理；问题；对策；

一、电能质量的概念

电能质量是在电力系统运行当中产生的，电力系统的运行效率决定着电能质量的优劣。保持电力系统运行的安全性和可靠性是提高电能质量的有效方式。电能质量就是指供电的有效性。随着社会的不断发展，对电能质量的解释也有很多。从不同的角度看待电能质量的问题也会得出不同的电能质量的概念。电力用户认为电能质量就是供电的好坏，不出现停电的现象就说明了电能质量比较好。从电力设备的制造厂商来说，电能质量就是，设备能否满足供电的需求。满足的话就说明设备的供电质量好。从社会发展的角度看，对电能质量的不同认识也受到社会经济水平的制约，电力系统的发展程度决定了电能质量的优劣。现阶段我们普遍采用的电能质量的定义是供电设备在为用户提供稳定的电能过程中，设备的运行稳定性。这个定义也是现在比较常用，主要是通过对设备故障的测试来检验供电的质量问题。该定义清楚明了，但是也有其局限性，需要有关部门进一步对其进行研究。

二、电能质量管理存在的主要问题

随着电网智能化改造的不断深入以及新技术的应用，我国的电网结构日益完善，电网性能不断优化，已经能满足电网用户的基本需求。但是，在电能质量管理方面还存在不足，据统计，由于电能质量管理的问题导致的电能质量不达标的比例超过了60%。电能质量管理存在的主要问题有：（1）未建立起及时的变电站母线电压自动化调控机制。母线调控不及时是造成电压越限的主要原因。（2）小水电上网管理制度缺失。小水电的不规范上网会导致变电站35KV和10KV母线电压越限。（3）电网配置不合理。例如近几年城镇化发展较快，原先的郊区已经迅速发展成为城市新中心，但电网供电设施跟不上，导致线路供电半径过大，直接影响了供电的可靠性和稳定性。（4）电网基层管理水平低下。有数据表明，县级或县级以下电压越限的时长远远大于上级母公司。（5）电网污染治理缺乏。电网本身存在大量的非线性负荷、冲击负荷以及不平衡负荷接入系统等，对电能质量形成严重威胁，而现阶段对这些污染的治理还未得到充分重视。

三、产生的电能质量问题的原因

电能质量的优劣受到经济发展水平以及电力系统发展水平的制约，先进的电力系统以及科学化的技术水平才能为电能质量提供有效的保障。因此，近些年来我国特别重视对电力系统技术的研究，使用先进的科学手段来提高电力系统运行的稳定性和可靠性。我国现阶段对电能质量的研究也更加广泛，很多专业的人士和部门都参与到了研究的课题中。经过专业的研究我们得出了产生电能质量问题的原因：

1.电力企业为了提高其经济效益，以及供电的自动化水平，注重对先进电子技术的使用，但是这些技术设备和电能质量存在一定的不适应性。如果计算机的计算值出现了偏差，那么在自动化系统的运行中，就很容易降低电能的质量，工作人员也没有办法及时对问题进行处理，因为电力系统的自动化，在实际的操作过程中，存在技术应用的难题。

2.现代电力系统中的供电结构发生了很大的改变，电气设备的大功率、大负荷造成了供电的不稳定性。因为这些大功率用电器的使用，使得电能在供应的过程中不能保持一个合理的速度，过大的电流会损害或者产生对电力系统的过度消耗，从而也降低了电能的质量。

3.市场竞争的加剧，导致了各个电力企业为了争取更多的市场份额，在电力系统的管理上出现了一定的分歧。为了提高用户的满意度，很多电力企业都实行的开放性的电力管理模式，用户也可以对供电进行简单的控制，所以这就造成了电力系统的混乱，用户在使用的过程中，很容易出现一些错误，影响了供电的稳定性和安全性，从而降低了电能的质量。

四、电能质量问题的分析方法

通过一定的方法对电能质量进行分析，是保障电能质量以及提升电能质量监测、控制以及管理水平的前提。现阶段运用到的电能质量分析方法主要有：

1.时域仿真法。这是现阶段电能质量问题分析采用的主要方法，它是利用各种时域仿真程序例如EMTP、EMTDC以及NETOMAC等对电能质量问题中的暂态现象进行分析。这种分析方法的缺点是在进行仿真计算之前要预先知道暂态过程的频率覆盖范围，同时在模仿开关的过程中存在数值失真的现象。

2.频域分析法。这是电能质量中谐波问题分析的常用方法，有频率扫描、谐波潮流计算以及混合谐波潮流计算，后者由于可以对非线性负载控制系统进行精细的动态特性描述，建模简单，在近些年运用较多。其缺点是计算量大，耗时较长。

3.基于变换的方法。主要包括了Fourier变换法、神经网络法、二次变换法、小波变换法以及Prony分析法等。

五、电能质量问题的控制

1.要重视电能质量分析以及控制领域的基础性工作。例如研究并建立起电能质量的评价体系、积极研究并创新电能质量分析的方法、技术和理论。

2.积极推广以DSP为基础的实时数字数字信号处理技术。该技术通过程序对电能质量进行控制，调试简单，易于实现并网运行和智能化控制，对系统稳定性、可靠性以及灵活性提升具有重要意义，在控制领域得到越来越广泛的应用。

3.要深入研究并创新电能质量的检测技术。现有的检测设备虽然符合持续性以及稳定性指标，但对于快速捕捉、更高的采样速率以及有效的分析和自动识别系统要求还有一定的差距，需要加大研究力度，发展新的检测技术。

4.采取积极措施，加强电能质量管理。电能质量的好坏直接影响到用户的满意度，通过加强电能质量管理，促进电能质量，也是控制和解决电能质量问题的关键所在。

5.电能质量的监测。一是要建立严格的监测制度，例如连续监测、定时巡回监测和专项监测；二是要鼓励检测技术的创新研发，因应电网发展需要开发可靠、有效的监测技术和设备；三是要积极利用先进的计算机网络技术，加快发展监测技术的网络化、智能化，确保监测结果的及时、准确。

六、结语

电力是现代社会正常运行的动力，电能质量问题关系到千家万户，电能质量问题的解决既需要依靠技术手段，也需要规范化的制度管理，两者缺一不可。电能质量管理是电网管理的重要内容，必须要按照电能质量管理标准，建立起严格的管理体系，将电能质量管理从被动转为主动、从松散管理走向制度化管理，从应对问题转为预防问题。

参考文献：

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电能质量的模糊属性分析 第4篇

电能是一种特殊的商品,它的质量直接影响到工业生产和人们的日常生活[1,2]。电能是无形的,并且需要在发电商与用户之间通过电网的连接持继供应。电能的大容量储存问题还没有解决,电网局部受损,可致整个大电网崩溃,影响供电质量。由于电能质量的评估指标体系是由定性指标与定量指标同时确定的,所以它具有模糊属性[2]。其模糊性最明显的表现就是用适应性来判断电能质量的好坏。电网稳态与暂态、发电设备、输电技术、用电设备等都是影响电能质量的因素。此外,同一地区中不同用户的用电情况也是电能质量具有模糊性的重要原因。

总之,模糊性客观地存在于电能的质量特性中,其根源在于电能的生产、传输与使用是在一个动态的复杂系统中进行的,是一个发展变化的过程[3,4,5]。

1 电能质量评估指标体系中指标的模糊性

1.1 离散状态下电能质量的模糊属性

若电能质量的某一特性A表示为α、β、φ、γ的离散形式,则A可表示为:

式中:μ1、μ2、μ3、μ4分别表示电能质量的合格程度。例如,可以把电能质量分为4个等级:α表示电能质量为优,β表示电能质量为良,φ表示电能质量为中,γ表示电能质量为差。这4个级别的合格程度依次为:0.1、0.3、0.7、0.8,则A=0.1/a+0.3/β+0.7/φ+0.8/γ

1.2 连续状态下电能质量的模糊属性

电能质量的某一评估指标特性A取连续值。下文以正态分布的形式来描述电能质量的某一特性,x为这一特性的取值[6]。A的正态分布型模糊属性表现见式(2)、式(3)、式(4)。

(1)当x≤a时电能的质量完全符合要求,当x>a时电能质量的分布曲线符合正态分布。

式中:a为总体参数,是所研究总体的平均数,不同的正态总体具有不同的a,但对于某一定总体a是一个常数;σ也为总体参数,是所研究总体的标准差,不同的正态总体具有不同的σ,但对于某一定总体σ是一个常数。

图1、图2、图3是在式(2)、式(3)、式(4)前提下电能质量模糊属性的隶属度分布的直观表现。

(2)当x≤a时电能质量完全不符合要求,当x>a时电能质量由最好逐渐降低。

(3)在-∞

例如,设a=0.05,可得到一个隶属度函数:

式中:当x≤0.05时符合电能质量标准;当x>0.05时,电能质量的分布曲线符合正态分布。

2 模糊性与确定性的关系

模糊性与确定性是相对的,是可以互相转化的。例如,对4座电厂所生产的电能的电压偏差进行统计分析,满意度依次是:80、55、43、71,将这4个数分别除以100,可得

式中:r1、r2、r3、r4分别为4种满意度下的状态值。

4座电厂所生产的电能可分为3个等级:电压偏差满意度为合格(50及以上),电压偏差满意度为良好(70及以上),电压偏差满意度为优(80及以上)。根据统计结果可得:

合格:A0.5={r1,r2,r4};

良好:A0.5={r1,r4};

优:A0.5={r1}。

这种统计实质上是对模糊集合的划分,这种划分在不同的取值水平上进行。首先,根据实际工程标准的需要确定一系列的阈值λ,再把模糊集合中比阈值大的元素归为一类。

在论域U上,当模糊集合A中不存在KerA[7]时,由截集Ax={u|u∈U,A(u)>x}得到一个符合了某种条件的普通集合。

实质上,对模糊集合的这种分类操作,就是模糊性向确定性的转化。但是,前提是必须要有一个确定的阈值,这是关键。当阈值取定时,电能质量的模糊性就可向确定性转化,最终得到的普通集合,便是我们所要的确定性结果。

3 电能质量的模糊扩张性原理

通过数学函数,将论域U上的F集与论域V上的F集对应,这就是模糊扩张性原理。

影响电能质量的原因是多方面的,与电能生产中不同环节的多种因素有着必然的联系。电能生产的不同环节可抽象为不同的论域,而生产环节中的各种因素就是论域上模糊集合中的元素。在电力调度管理中,由于非线性因素或线性因素的影响,会使电能质量在某一环节产生不稳定现象,基于模糊扩张性原理这种现象必然会被放大或者缩小。

例如:电厂A,生产的电能的电压偏差满意度为0.8,频率偏差满意度为0.7,电压波动满意度为0.5,电压谐波满意度为0.8。电厂A2生产的电能的电压偏差满意度为0.5,频率偏差满意度为0.3,电压波动满意度为0.4,电压谐波的满意度为0.8。电厂A1与电厂A2所生产的电能同时通过公共电网B传输给用户C,供C使用。电网B中的线损影响系数为0.5。由此可得,论域U1上的模糊集合F1={0.8,0.7,0.5,0.8};论域U2的模糊集合F2={0.5,0.3,0.4,0.8}。用户方的论域设为V,V上的模糊集合为C,F1与F2通过线性关系f与C产生如下对应关系:

计算得:F3={0.65,0.5,0.45,0.55}。

由计算结果可知,用户端电能的电压偏差满意度为0.65,频率偏差满意度为0.5,电压波动满意度为0.45,电压谐波满意度为0.55。

4 电能质量等级的确定方法

在已有电能标准的基础上,对电能质量的等级进行识别,属于模糊模式识别。模糊模式识别主要使用模糊集贴近度来进行计算。模糊模式识别的原则有:1)按“最大隶属度原则”归类,主要用于个体识别;2)按“择近原则”归类,一般用于群体模型的识别。

模糊集贴近度是指2个模糊集合的贴近程度。贴近度的计算有很多种,例如海明贴近度、欧几里德贴近度、黎曼贴近度和格贴近度[8]。下面将通过一个例子来说明:现有电能质量等级标准有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5种以及待识别的一组数据的模糊集A。

确定影响电能质量的因素为论域W,即W={电压偏差,频率偏差,电压波动,电压谐波}。假定5个标准分别为:

Ⅰ=(0.5,0.4,0.6,0.5);

Ⅱ=(0.3,0.2,0.1,0.2);

Ⅲ=(0.2,0.2,0.1,0.1);

Ⅳ=(0.4,0.2,0.3,0.1);

Ⅴ=(0.2,0.1,0.1,0.1);

A(4,0.2,0.4,0.5)。

利用格贴近度公式计算可得:

N(A,Ⅰ)=0.5;

N(A,Ⅱ)=0.3;

N(A,Ⅲ)=0.2;

N(A,Ⅳ)=0.4;

N(A,Ⅴ)=0.2

根据择近原则,可以确定A的电能质量等级标准是I型。

5 结语

本文对电能质量的模糊属性分析可应用于电能质量的综合评判中。本文探讨了电能质量的特征,以及电能质量的模糊属性。通过将电能质量的特征映射到模糊集合中,建立模糊模型,用隶属度函数对它的表现形式进行了分析;结合模糊扩张性原理,对电能的生产、传输与消耗过程进行了分析,并给出了相应的示例。此外,还通过示例分析了将模糊集贴近度在电能质量等级的评定中予以应用的可能性。

参考文献

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电能质量技术监督年度总结 第5篇

一、工作概况：

为提高电能质量，保证发电机组及电网安全、稳定、经济运行，电厂成立了电能质量技术监督小组。电能质量技术监督工作贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，实行技术负责制，严格按照国家标准及有关规程、规定，实施技术监督工作。本年度电能质量监督贯穿于规划、设计、基建、生产运行及用电管理的全过程。对全厂的发电机的无功出力、调压功能、进相运行及电能质量进行管理与监督，加强了有功功率和无功功率的调整、控制及改进，使电源电压和频率等调控在标准规定允许范围之内。

电能质量监督范围包括电压质量、频率质量、谐波质量、三相电压不平衡度等。电能质量技术监督范围的划分：原则上与电力设备的管辖范围的划分相一致。监督的设备一般为：发电机、变压器分接头、电压测量记录仪表等。对设备的维护和修理进行质量监督，并建立健全设备技术档案，发现问题及时分析处理，重大问题如实上报。

电能质量监督主要工作：在电站设计时，考虑设置电能质量监测点，安装检测分析装置或系统；设备投产前，宜检测相关设备的谐波及三相电压不平衡度；按规定进行运行频率及电压统计；定期进行相关设备（电能质量测试仪、在线监测仪、显示仪表、电压及频率变送器等）的检验。

二、工作内容

1、电压监测

发电厂电压监测点设置原则为:

a）发电厂所在区域的电网调度中心列为考核点及监测点的电厂高压母线；

b）与主网（220kV及以上电压电网）直接连接的发电厂高压母线。

目前功果桥电厂属于新投产电厂，暂未涉及相关工作。

2、电压允许偏差

功果桥电厂自投产发电以来均按调度部门下达的电压曲线的母线电压进行监测、调整。其允许偏差值如下：

500kV母线：正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的＋10%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。

10kV及以下母线三相供电电压允许偏差为额定电压的7%。

投产至今，电压变化均在允许范围内。

3、电压及无功调整

（1）电压要求

投产至今，功果桥电站均按调度部门下达的电压曲线，控制高压母线电压。

发电机组的自动调整励磁系统具有自动调差环节和合理的调差系数，各机组调差系数的整定协调一致；自动调整励磁装置具有过励限制、低励限制等环节，并已投入运行；发电机额定功率因数（迟相）值为0.9，满足相关规范要求。

（2）发电机应具有进相运行能力

a）100MW及以上机组应具备在有功功率为额定值时，功率因数进相0.95运行的能力；

b）投入运行的发电机，应有计划的进行进相运行试验，根据试验结果予以应用；

c）进相运行机组应保留10％的静稳储备，并以此确定运行限额出力图。

功果桥电站目前投运的两台机组均已做过进相运行试验，且符合相关规定标准，并一直处于进相运行状态。

（3）发电厂（机）的无功出力调整

按运行限额图进行调节，在高峰负荷时，将无功出力调整至使高压母线电压接近允许偏差上限值，直到无功出力达

到限额图的最大值；在低谷负荷时，将无功出力调整到使高压母线电压接近允许偏差下限值，直至功率因数值达到0.98以上（迟相）（或核定值）；或根据调度要求，具有进相运行能力的发电机应达到进相运行值。

4、频率监督

正常运行下标称频率为50Hz，电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz。

功果桥电站并网运行的发电机组具有一次调频的功能，一次调频功能已投入运行。机组的一次调频功能参数按照电网运行的要求进行整定并投入运行。应根据调度部门要求安装保证电网安全稳定运行的自动装置。

正常情况下发电机组满足以下要求：

a）发电机组一次调频的负荷响应滞后时间一般不大于1s，负荷响应时间不大于15s；

b）水轮发电机组无论正常水头还是低水头运行，其进水导叶开度应保留3%以上的调节能力。

5、谐波监督

电力设备如发电机、变压器等调试投运时可进行谐波测量，了解和掌握投运前、后的谐波水平及其变化，检验谐波对有关设备的影响，确保投运后系统和设备的安全、经济运行；

电厂的谐波监测点选取为发电机出口、厂用电母线进行谐波测量；

谐波限值

a）发电机在负载情况下，发电机出口处谐波电流因数（HCF）不超过0.05；

b）厂用电母线谐波电压（相电压）限值应符合GB14549相关要求。

6、三相电压不平衡度监督

电气设备额定工况下评估三相电压不平衡度主要是监测负序电流。

如当三相负荷不对称时，发电机所承受的负序电流分量（I2）与额定电流之比（I2/IN）符合规定，且定子每相电流

均不超过额定值。当发生不对称故障时，（I2/IN）2和时间t（s）的乘积不超过规定的数值。

三、总结

1、设计阶段的监督

功果桥电站的规划、设计部门按照国家关于电压、无功电力等有关条例、导则的要求和网、省局有关规定，合理确定无功补偿设备和调压装置的容量、选型及配置地点，同步落实了相应的无功电力补偿设施。

在规划设计中，对于发电机、母线、变压器各侧均配置齐全准确的无功电压表计。

对于新接入电网的发电机组，具备功率因数进相0.95的运行能力，并配备相应的无功计量仪表。对已运行的发电机组，满足当地调度部门对发电机进相深度的要求。

各级变压器的额定变压比、调压方式、调压范围及每档调压值，满足发电厂的电压质量的要求。

2、运行阶段的监督

电能质量技术监督管理工作实行分区、分级管理负责制。严格按照调度部门下达的电压曲线和调压要求开展调压工作。积极落实调度部门根据系统实际情况提出调压的具体要求和措施。

电能质量分析 第6篇

【摘要】对“电能质量分析与控制”课程教学现状分析的基础上，采用基于启发式的案例教学法进行教学改革，精炼教学内容，夯实专业基础，建设案例库，强化学生自主学习和教师的启发式点拨教育，以身临其境的案例教学环境强化对学生综合能力的培养并取得了显著的效果。

【关键词】启发式；案例教学；课程改革；创新

电能作为一种特殊的商品，其质量受到越来越多的关注，电能质量已经成为评估电力系统运行水平的重要内容，电能质量的改善对于电网和用户电气设备的安全经济运行，促进电力行业发展有重要意义。

影响电能质量的主要因素有：谐波、电压波动与闪变、频率波动、三相不平衡和过电压等。由于电力系统的发、供、用的实时性，电力系统的电能质量始终处于动态变化中，电能质量扰动具有潜在的危险性和广泛传播性，越来越多的用户成为保证电能质量的主体，对电能质量的综合评估非常困难，控制和管理电力系统的电能质量是一项系统工程，涉及电力系统、电力电子、计算机等技术的综合应用，为了适应当代科技发展对电气工程及其自动化专业高素质人才的培养需求，上海电力学院（以下简称我校）开设“电能质量分析与控制”研究生课程。

1课程简况与教学内容设置

“电能质量分析与控制”课程属于电气工程专业的选修课，2个学分，32 个学时，面向硕士研究生开设。根据电能质量分析与控制这一专业领域的基础理论和关键技术，同时结合我校研究生主要就业方向为县市级供电企业及相关规划设计单位，课程教学内容主要包括如下方面：

（1）电能质量的数学分析方法

介绍功率理论的发展历史和现状，详细讲述瞬时无功功率理论以及基于该理论的pq谐波检测方法和ip-iq谐波检测方法，介绍基于傅里叶频域分析、小波分析的谐波检测方法。

（2）传统电能质量的基本内容

介绍电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡和供电可靠性、电压波动与闪变等传统电能质量问题现象、机理、原因及评估方法。

（3）波形畸变和电力谐波

介绍电力系统谐波的来源、危害及相关治理措施，分析典型非线性电力电子装置的输入电流特性，例如典型整流器装置的输入侧谐波特性。

（4）电能质量控制技术

介绍典型的串联型、并联型及混合型有源电力滤波器的结构、数学模型、电流波形控制技术和电压控制策略、主电路参数优化设计方法等。

（5）电能质量评估指标和方法

介绍电力系统电能质量评估方式的分类、流程、方法及评估指标。

目前该课程采用的教材为文献[1-2]，授课方式采用PPT和板书相结合的方式，课程内安排2-3次大型作业，闭卷考试。由于电能质量这一领域的特殊性及电力行业的快速发展变化，加快对本课程的教学改革势在必行。

2教改思路与方案设计

本次教改研究遵循系统性的思路，从教学内容、教学方法、考核体系等方面入手开展方案设计。

（1）拓展教学内容、聚焦热点难点

由于电能质量分析与控制这一课程既涵盖经典的数学分析方法又有鲜活的行业动态，在有限的教学课程内不可能面面俱到，这也不符合研究生教学重视能力培养的根本宗旨。基于此，本课程教学内容上进行了拓展和聚焦：1）在现有教材的基础上，引入国外经典教材[3]，夯实学生对基本工具的掌握；2）聚焦最新的行业动态，精炼教学内容，将新能源相关电能质量问题、新型敏感负荷电能质量问题进行聚焦。

（2）以点带面、强化启发引导

教学中只对相关方法和问题进行提纲挈领式的宏观指导，启发学生自主学习，培养学生学习新知识的能力。这要求授课教师要全面系统的综合评估该课程内容的基础上，选择关键的教学点，对学生进行点拨。

（3）着眼工程实际、丰富案例研究

结合学校科研课题和行业中出现的电能质量问题，建设电能质量分析案例库。以事实素材为基础，建立实际情境，以明确的目标来驱动学生开展学习、思考和交流，激发学生潜能，体验成功过程。教学中采用分组，每组完成1个案例的问题原因分析、仿真重现、解决方法的完成，引导学生将工程问题提升为科学问题[4-5]。

3教学方法与实践

（1）经典理论的多媒体综合教学

电能质量分析相关的基础数学方法如傅里叶分析、小波理论、瞬时无功理论等对于学生深刻掌握该课程基础并进行相关研究至关重要。为学好数学基础理论，本部分教学要求学生课前完成对高等数学等基础数学理论的学习，并利用国内外相关网络课堂（如斯坦福大学傅里叶变换视频教程）进行课前学习，课堂教学采用板书和PPT授课相结合的方式开展，带领学生推导经典理论，指导学生采用MATLAB仿真软件对相关理论的应用进行仿真，以达到精通经典理论和工具的目的。

（2）案例库建设

我校是全国三大电力院校之一，已有60多年的建校史，和电力行业存在血浓于水的天然联系，在人才培养、科研攻关等方面有着广泛的合作。基于此，将教师课题研究、供电企业各种电能质量事件进行汇总整理，形成课程案例库，案例库包括电能质量事件的现象、电网主要参数、事件过程、原因分析及解决方案。内容主要包括：1）居民电能质量案例库，涵盖谐波、三相不平衡和过电压、雷击浪涌等方面，如2013年上海市电力公司发生了若干次日本制造虎牌电饭煲不能正常工作事件；2）工业电能质量案例库，涵盖谐波、电压波动与闪变等方面，如上海浦东日立集团谐波超标事件、浙江常山中频炉和纺织厂共线跳闸事件、轨道交通电能质量问题等；3）新能源并网电能质量案例库，涵盖不同规模的风电、光伏及储能系统并网电能质量问题等；4）交直流混合电网电能质量案例库，涵盖特高压直流系统、柔性直流系统等的电能质量事件；5）敏感性负荷的电能质量案例库，如上海音乐厅不明原因反复跳闸事件、电动汽车充电设施电能质量问题事件；6）电能质量控制技术案例库，如有源电力滤波器设计方案等。

（3）案例教学实施

在完成经典理论的教学后，对专业知识采用启发式案例教学方法，主要步骤如下：1）布置学生完成相关专业知识的理论自学，如讲授电力系统谐波问题时布置学生完成谐波基础知识、分析方法的学习；2）安排学生分组进行谐波测试，教学时安排学生利用实验室录波仪、电流钳、LABVIEW软件等工具分组测试不同谐波源的谐波发射水平，如我校实验室现有的光伏系统、储能系统、电动汽车充电设施、各种家用电器等的谐波发射数据，并在SIMULINK环境下进行仿真验证，完成测试报告，每组一种或两种负荷，学生必然通过自学深刻理解谐波基础理论、傅里叶分析等基础理论，并完全掌握谐波测试方法和仿真方法；3）下达案例，每3-5个学生一组，将案例库中的该部分案例下达给学生，布置其按照电网参数搭建仿真模型，重现问题，如虎牌电饭煲不能正常工作事件，让学生将当时电网录波数据、电网结构、虎牌电饭煲电气模型进行构建，重现问题，以身临其境的方式学习该案例中涉及到的知识；4）交流与共享，限于教学时间的限制，不可能每个案例每个学生都能涉及，以课内讲座的形式实现共享，学生以PPT的形式图文并茂的介绍给其它同学，达到共同学习的目的。操作中，案例教学存在一定的难度，在学生遇到问题的时候需要教师及时点拨，提供案例数据，指点方法。

（4）前沿跟踪

估计跟踪前沿和不断创新是研究生教学的重点，本课程要求学生在案例学习的同时将该领域的前沿成果论文进行集体解读，形成综述报告，必要时形成英文版综述报告，并采用英语交流，达到学生阅读能力、写作能力和交流能力的综合锻炼。

4结论

在电能质量分析与控制教学中，通过精炼教学内容提高了教学重点，采用启发式的案例教学方法，教师由“说教者”变成“点拨者”，学生由听众变成身临其境的学习主体。通过这一教学实践，学生的数学理论基础得到夯实，文献阅读能力、外语应用水平、科研设计能力、综合写作能力和对外交流能力均得到显著提高。由于案例库尚在不断完善中，部分案例的基础数据和素材尚不够完善，在今后的教学中进一步提高。

参考文献：

[1]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]程浩忠.电能质量监测与分析[M].北京：科学出版社，2012.

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[5]谢志江，等.案例教学法在工科教学中的应用[J].高等工程教育研究，2003，（5）.

浅谈电能质量分析与控制 第7篇

电能是现代社会最为广泛使用的能源,电能质量关系到各行各业和人民生活用电,关系到国民经济总体效益。随着科学技术的进步和生产过程的高度自动化,电网中各种非线性负荷及用户不断增长,各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出,用户对电能质量的要求也更高,在这样的环境下,探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术,分析我国电能质量管理和控制的发展趋势,具有很强的现实意义。

1 电能质量概述

1.1 电能质量概念

从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电,但迄今为止,人们对电能质量的技术含义仍有很多不同的认识,还不可能给出一个准确统一的定义。合格电能质量是指提供给敏感设备的电力和接地是适合于该设备运行的。

1)电压质量:给出实际电压和理想电压的偏差,以反映供电部门向用户分配的电压是否合格。2)电流质量:为反映与电压有密切关系的电流变化情况除了为用户电流提出单一频率正弦波要求外,还要求该电流波形与供电电压同相位。3)供电质量:技术含义:电压质量和供电可靠性。非技术含义:服务质量。4)耗电质量:包括电流质量和非技术含义。

1.2 电能质量问题分类

1)瞬变现象:变量的部分变化,且从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的过程中,该变化逐渐消失的现象。它包括冲击性瞬变现象和振荡瞬变现象。2)短时间变动:由于系统故障,大容量负荷启动时的大电流或电网松散联结的间歇性负荷运行所致。它包括间断,电压凹陷和电压突起。3)长时间变动:由于系统负荷变动或系统中的开关操作引起的,指工频下的分量均方差持续时间超过1 min的情况。它包括过电压,欠电压和持续间断。4)电压不平衡:与三相电压(电流)平均值的最大偏差。主要是负荷不平衡(单相运行)或三相电容器组的某一相熔断造成的。5)波形畸变:电压(电流)波形偏离稳定工频正弦波的现象。它主要包括直流偏置,谐波,间谐波,陷波和噪声。6)电压波动:电压变化的包络线或随机电压变动。负荷电流的大小呈现快速变化时,可能引起电压的变动,也称闪变。波动是一种电磁现象,而闪变是电压波动对某些用电负荷造成的有害结果。7)工频变化:电力系统基波频率偏离规定正常值的现象。它与系统供应电能的发电机转子转速有关。

2 电能质量的控制方法与技术

2.1 电能质量控制的方法

2.1.1 PID控制

这是应用最为广泛的调节器控制规律,其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便,易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,应用PID控制技术最为方便。其缺点是:响应有超调,对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

2.1.2 空间矢量控制

空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是:将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理,具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

2.1.3 模糊逻辑控制

了解被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的“频域法”和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法,无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式,对系统特征进行模糊描述来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

2.1.4 非线性鲁棒控制

超导储能装置(SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响,因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰,得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型,既可应用反馈线性化方法使之全局线性化,再利用所有线性系统的控制规律进行控制,也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

2.2 FACTS技术

FACTS,即基于电力电子控制技术的灵活交流输电,是20世纪80年代末期由美国电力研究院(EPRI)提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流,使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。目前有代表性的FACTS装置主要有:可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

2.3 用户电力技术

用户电力技术(或称柔性化供电)就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中,其目的是加强配电系统的供电可靠性,并减小谐波畸变,改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率,并且关断容量已达MVA级,因此DFACTS装置具有更快的响应特性。用户电力技术概念的提出,有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力,也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。目前主要的DFACTS装置有:有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D-STAT2COM)、固态切换开关(SSTS)等。

3电能质量的分析与控制技术对检测技术的新要求

传统的检测仪器一般只局限于持续性和稳定性指标的检测,而且仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题,因此新的检测技术要达到如下的具体要求:1)能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形。2)需要测量各次谐波及间谐波的幅值、相位。3)需要有足够高的采样速率,以便能获得相当高次谐波的信息。4)建立有效的分析和自动辨识系统,反映各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。

4结语

电力电子技术的应用可以大大提高电网的电能质量,FACTS,CusPow等新技术更是为解决电能质量问题开拓了广阔的前景,同时一些非电力电子技术的发展也很迅猛,将这些技术融合发展,并合理使用、大力推广,必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提高的要求。但是电能质量控制的内容与电能质量问题的性质密切相关,电能质量控制的措施需要通过从规划、运行到补偿的各个环节,从管理、操作到设备的各个层次,从制造商、电力部门、用户及科研院校的共同努力才能够实现。可见从系统管理策略角度看,电能质量控制不仅仅单靠技术就可解决问题,还应当从规划、管理等多方面统一考虑并进行合理利用,才能有效提高电能质量。

参考文献

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[2]肖湘宁,徐永海.电能质量问题剖析[J].电网技术,2001(3):16-17.

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[4]陈警众.电能质量讲座第二讲——20世纪末对电能质量要求的新发展[J].供用电,2000,17(4):21.

某光伏并网电站电能质量分析 第8篇

关键词：并网光伏电站,电能质量,谐波

1概述

截至2015年底, 我国光伏发电累计装机容量4318万千瓦, 成为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中, 光伏电站3712万千瓦, 分布式606万千瓦, 年发电量392亿千瓦时。2015年新增装机容量1513万千瓦, 完成了2015年度新增并网装机1500万千瓦的目标, 占全球新增装机的四分之一以上, 占我国光伏电池组件年产量的三分之一, 为我国光伏制造业提供了有效的市场支撑。[1]

越来越多的光伏系统接入电力系统, 光伏系统和电网之间的相互影响日益凸现。一方面, 光伏发电系统通过电力电子装置实现功率变换及并网运行[2], 其中并网逆变器的高频特性和非线性特性会影响电网电能质量。另一方面, 电网中存在的谐波和不平衡负序分量将导致光伏系统输出有功功率波动和输出电流畸变[3], 会影响光伏并网逆变器的正常运行。所以, 光伏电站并网运行对其接入电网电能质量的影响是光伏电站接入电网研究的重要内容之一。

2光伏电站电能质量的影响因素

光伏发电并网逆变器容易产生谐波和三相不平衡等问题, 同时, 输出功率的不确定性易造成电网电压波动和闪变[4]。目前, 谐波问题是制约光伏电站并网最主要的问题之一, 很多大型并网光伏电站存在谐波超标问题, 在低光照运行条件下更加突出[5]。大型光伏电站连接到长输电线路时, 光伏逆变器将产生大量的谐波。随着并网容量的增大, 光伏运行产生的谐波对系统的影响不容忽视[6]。此外, 实际的电网电压往往也包括谐波成分, 造成逆变器输出谐波电流。

总之, 光伏电站对电网电能质量的影响程度, 与辐照、采用逆变器的类型、控制方式、光伏电站布置、所接入节点的短路容量以及线路参数等诸多因素有关, 对于大型光伏电站接入的电能质量评估主要考虑电压偏差, 电压波动和谐波三个部分。[7]

3某光伏并网电站的构成

该项目为屋顶固定式10k V用户侧并网系统, 安装255W多晶硅8000块, 500k W型号逆变器4台。每20块组件串联成为一个组串, 每12/16个组串并联接入一台汇流箱, 7/8台汇流箱输出并联接入一台直流配电柜, 汇流后接入一台逆变器, 逆变器输出交流电经过变压器升压至10k V并入配电室并网点。

4测试数据

GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》对光伏电站电能质量提出要求, 本次电站测试项目结果仅3次谐波不合格, 所以仅讨论谐波部分。

为减小光伏电站功率的波动及电流变化对电网谐波的影响, 所以选择在辐照较高且稳定的条件下进行测试。本次测试条件, 辐照917-963W/m2, 温度35.7-39.6℃, 湿度37%-43%。测试结果如下。

现场测试了佛山某光伏并网发电系统1#开关站并网点的电能质量, 测试结果如表1-表6 (由于篇幅所限, 及列出前5次电压谐波) 。

对比光伏并网前后的电压谐波发现, A、B、C三相的3次谐波在并网前都超过标准限值, 说明并网前3次谐波含有率已经不合格, 但是并网后的A、B两相3次谐波含有率比并网前有所降低, C相3次谐波含有率已经合格, 说明在光伏并网发电系统介入后, 并网点的谐波含有率有所降低, 改善了厂区的电能质量, 排除了光伏并网电站的不良影响。

5结束语

文章对并网前后开关站的电能质量进行测试, 最后排除了光伏并网电站的不良影响。但是很多情况下, 光伏逆变器对电网有重要影响, 因此, 研究光伏并网逆变器的控制技术, 对实现光伏发电系统高效稳定并网运行具有重要意义。

参考文献

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[6]周林, 张密.大型光伏电站谐振现象分析[J].电力自动化设备, 2014, 34 (6) :8-14.

配电网电能质量分析及其治理技术 第9篇

在电力系统发展早期主要是电压偏移、频率偏移和谐波等稳态电能质量问题, 目前电压暂降、瞬时中断等动态电能质量已成为国内外研究热点之一。近年来, 随着柔性直流输电和智能电网的推广, 分布式能源、非线性负荷、冲击性负荷的大量接入电网, 使配电网电压暂降、电压瞬时中断等动态电能质量问题更加严重化[1,2]。所有配电系统事故中, 电压暂降占70%~80% (而谐波、开关操作等原因不到20%) , 据加拿大电气协会CEA调查, 每个用户侧监测点每相每月平均发生38次电压跌落, 它所引起的事故是供电完全中断引起的10倍。电能质量问题已经限制了企业的发展并且给企业带来了严重的经济损失, 2005年由国际铜业协会中国主持的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中, 调查了32个行业共92家企业, 其中有49家企业, 因电能质量问题, 在经济上损失达2.5~3.5亿元。为此, 国家电网公司和南方电网公司都已经把提高电能质量作为电网运行管理的主要目标之一。

目前世界各国对电能质量的定义还没有完全统一。IEEE协调委员会对电能质量 (Power Quality) 定义为[3]:合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合该设备正常工作的。电能质量的本质问题就是电压质量问题。电能质量问题根据产生和持续时间长短可分为稳态和动态两种。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征, 且持续时间通常大于1 min, 表现为过电压、欠电压、谐波和电压不平衡等。动态电能质量通常是以暂态持续时间为主要特征, 且持续时间通常小于1 min, 包括脉冲暂态和振荡暂态2大类, 表现为:电压暂升、暂降、电压瞬变等。

1 电能质量的分析

对电能质量问题进行正确的分析, 才能清楚该电能质量问题的特性, 才能够采取措施解决这一电能质量问题。

1.1 稳态电能质量分析

对电压波动、谐波、间谐波、三相不平衡等持续时间长、变化缓慢的稳态电能质量问题, 对称分量法、谐波分析法是最常用的时域分析方法[4]。电压波动和三相不平衡分析比较简单, 谐波是稳态电能质量问题中关注的焦点。傅里叶变换作为最经典的信号处理手段, 在稳态电能质量分析中始终发挥了重要作用。

目前, 离散傅里叶变换 (DFT) 和快速傅里叶变换 (FFT) 已成为频谱分析和谐波分析基础。离散傅里叶变换 (DFT) 是最为实用、稳定的分析方法, 且可以利用快速傅里叶变换 (FFT) 提高实时性, 但是FFT存在频谱泄漏和栅栏效应, 影响信号谐波参数 (幅值、相位和频率) 估计的准确度[5]。由Dennis Gabor在1946年提出加窗傅里叶变换 (WFFT) 。研究表明:时域加窗可有效抑制频谱泄漏, 离散频谱校正算法可减少栅栏效应[6,7]。

参考文献[8-9]介绍了Jain等利用峰值频谱线的幅度值之比求解频率偏移量, 提出了基于矩形窗的插值FFT算法, 国内外的相关学者先后用Hanning窗、Blackman-Harris窗和Nuttall窗等实现插值FFT谐波分析。参考文献[10]介绍了在FFT加三次样条插值的基础上, 添加Hanning窗、BlackmanHarris窗和Nuttall窗对谐波进行检测, 通过数据分析得到Blackman-Harris具有主瓣窄、旁瓣幅抑制作用好等特点。参考文献[11-13]介绍了加窗傅里叶变换的谐波分析方法对稳态信号具有良好的检测性能, 能较好地检测到稳态谐波的频率及相位, 但是对于暂态信号分析有待研究。参考文献[14]介绍了改进加窗插值FFT对动态谐波具有一定的分析能力, 但是无法实现对频率突变信号的分析与处理。

目前, 加窗傅里叶变换对稳态信号有很好的分析能力, 但是对动态电能质量分析存在缺陷。与整数次谐波相比, 间谐波的准确测量要困难得多。间谐波含量小, 对频谱泄漏影响较敏感, 易被谐波频谱所淹没, 傅里叶变换在分析间谐波时存在采样时间长和频率分辨率低的缺点。

目前, 神经网络在间谐波分析中取得良好的效果, 参考文献[15]将神经网络应用于间谐波分析, 提出了Adaline神经元网络与Hanning窗插值快速傅里叶变换 (FFT) 法相结合的间谐波分析方法, 提高了间谐波的测量精度, 但是该算法需要较长的学习时间, 并且不能克服FFT频率分辨率低的缺点。参考文献[16]提出了一种基于傅里叶基函数神经网络算法的电力系统谐波分析方法, 文中提出的间谐波分析方法具有计算精度高、训练速度快的特点, 在电力系统间谐波分析中具有较高的应用价值。

近年来, 运用傅里叶变换能够有效地分析谐波, 并且已经运用于实际, 但是对于间谐波的有效分析方法, 还有待提高。

1.2 动态电能质量分析

电压跌落、电压闪变及电压瞬时中断等动态电能质量问题, 因其持续时间短、随机性大, 故须用新的信号分析法才能准确对其作出正确的辨识。

参考文献[11-14]中加窗傅里叶变换分析暂态信号, 存在缺陷, 即在实际中多尺度分析要求时频窗口具有自适应性, 而加窗傅里叶变换的窗口是固定不变的, 因此对于暂态信号, 还要进一步探索有效的研究分析方法。自从Ribeiro最早将小波变换引入电能质量分析领域后, 特别在1988年Mallat建立了Mallat算法, 小波变换得到广泛运用。小波变换具有时-频局部化的特点和自适应能力, 特别适合于突变信号和不平稳信号的分析[17]。相比傅里叶变换, 小波变换分析电压暂降、闪变等动态电能质量具有无可比拟的优势。

参考文献[18-19]介绍了利用小波变换准确分析配电网中常见的电压暂降、瞬时中断等动态电能质量。经仿真分析, 验证了小波变换能够更好地分析暂态的特征信息。第一代小波变换能有效提取扰动特征, 但计算复杂。基于提升算法的第二代小波通过采用矢量波变换具有运算速度快、占用空间小等优点, 在机械故障诊断、电力系统实时数据压缩等方面的应用效果良好。

参考文献[20]采用第二代小波变换使所有运算均为本位操作, 节省了内存空间, 加快了计算过程。还有学者提出二进制小波变换、二维离散平稳小波变换等对暂态信号可以准确地分析、定位。小波分析法由于其强大的多尺度分析特性, 可以提供扰动信号不同尺度的特征, 因而是电能质量扰动信号特征提取用得最多的方法, 但其易受噪声影响。

Stock-well等学者于1996年首次提出S变换, 它是一种新的加窗傅里叶变换, 是加窗傅里叶变换和连续小波变换思想的延伸和推广。基于S变换的方法, 其变换结果与频谱有简单的对应关系, 能提取信号任意频率分量的特征, 提取的这些扰动特征直观, 易于理解, 且抗噪能力强。目前这种方法逐渐显现出小波变换和其他方法相比更强的扰动分析和识别能力。

参考文献[21-22]提出了基于S变换时频矩阵, 提取扰动特征, 对各类电能质量扰动进行检测, 仿真结果表明该方法具有良好的检测能力。然而S变换的计算量太大限制了其在实际中的应用, 多数文献仅停留在仿真阶段。学者易吉良在2009年首次提出了不完全S变换, 该方法在很大程度上减小了S变换的运行时间。参考文献[23]中所提方法对不完全S变换进行简化以减小计算量, 同时通过信号频点在频谱中频带位置给出相应独立的高斯窗, 使特征提取更加方便灵活, 减小了海森堡测不准带来的影响。

加窗傅里叶变换不能有效分析动态电能质量问题, S变换方法还停留在仿真阶段。目前, 分析动态电能质量常用的方法是小波方法。

2 配电网电能质量问题治理技术

目前治理配电网动态、稳态电能质量问题的有效方法是美国电力科学研究院的N.G.Hingorani博士于1998年提出的用户电力技术 (CP) , 该技术是一种将电力电子技术与配电自动化技术相结合, 以用户对电力可靠性和电能质量要求为依据, 在系统侧提高综合动态电能质量, 为用户提供其特定要求的电力供应技术[24]。用户电力技术又称为配电系统柔性交流输电技术 (DFACTS) , 它是柔性交流输电技术 (FACTS) 在配电网中的延伸。

目前用户电力技术装置主要有静止无功发生器 (SVC) 、配电型静止同步补偿器 (DSTATCOM) 、固态转换开关 (SSTS) 、不间断电源 (UPS) 、动态电压恢复器 (DVR) 、电力有源滤波器 (APF) 和统一电能质量调节器 (UPQC) 。除以上装置, 还有超导磁能系统 (SMES) 、蓄电池储能系统 (BESS) 等。下面简要介绍电能质量装置功能, 见表1。国内针对SSTS、DSTATCOM和DVR等从事用户电力技术进行理论研究的单位不少, 如清华大学、中国电力科学研究院、华北电力大学等。其中上海电力公司与清华大学合作进行了±50 Mvar DSTATCOM工程试验, 在稳定电压水平、提高动态无功补偿方面取得了良好效果;中国电科院分别在北京卫星制造厂成功投运了10 k V SSTS及10 k V DVR装置, 在上海某企业投运了380 V DVR装置;国网公司开发10 k V高压并联式混合型电网高次谐波有源滤波装置进入工业运行。国内装置与国外相比还存在较大差距。

注:√代表可以解决的电能质量问题。

2.1 稳态电能质量问题治理技术

稳态电能质量问题主要是谐波问题。针对谐波问题治理的方法主要有使用滤波器 (无源滤波与有源滤波) 。无源滤波器是采用电容器、电抗器和电阻按功能要求组合而成。无源滤波器存在滤波易受系统参数影响、对某些谐波可能放大等缺点, 但是无源滤波器的安装与运行费用最低, 故能得到广泛应用。

目前无源滤波器比较新的研究进展是通用滤波器UHF或平滑器, UHF作为变频装置类的谐波抑制和功率因数改进手段, 已在北美、巴西获得了广泛应用[25]。随着电力电子技术的发展, 研究人员将滤波方向逐步转向有源滤波器。有源滤波器有出色的滤除谐波的效果, 滤波率可以做得很高, 同时还可以补偿无功功率, 抑制三相不平衡。但是有源滤波器不适合高电压大功率的场合, 并且价格昂贵。

参考文献[26]提出了一种基于谐波阻抗控制的APF, 这种有源电力滤波器具有易于实现、可在较高电压等级下运行、容量可以做得很大、可靠性高、价格低廉等明显的优点。目前一种低成本的滤除谐波方案是使用混合有源滤波器。混合有源滤波的主要特点是有源部分不直接与负荷并联, 相比直接并联的APF功率小了很多, 混合有源滤波对电压波动与闪变及三相不平衡有综合抑制功能, 但不如并联APF有效。

2.2 动态电能质量问题治理技术

配电系统中存在大量的快速冲击负荷, 如电弧炉负荷, 会引起电压闪变, 引起系统电流与电压的不平衡。传统方法是采用SVC来抑制电弧炉引起的电压闪变, 现在全世界大约有600台用于抑制电压闪变的SVC在运行。但由于SVC装置的响应速度慢 (几十毫秒以上) , SVC装置抑制闪变难以达到50%。对电压闪变抑制能力有限。近年来将非线性控制理论与方法用于灵活交流输电系统中的SVC的控制器设计。采用非线性控制比传统方法具有较好的阻尼特性。与SVC装置相比, DSTATCOM装置具有动态响应速度快 (响应时间小于10 ms) 、抑制电压闪变效果好 (抑制电压闪变可达20%以下) 等优点, 因此DSTATCOM装置逐渐取代SVC装置在配电系统中获得越来越广泛的应用。

UPS作为敏感负荷的备用电源, 可有效地消除系统电压跌落或瞬时供电中断。尽管UPS具有很好的动态响应特性, 但其容量有限, 且成本较高, 对大型敏感用户效果不明显。DVR主要针对电压暂降。DVR相当于在系统配电线路上一个串联的电压源, 负荷正常运行时DVR被旁路, 由系统提供电压;当发生电压暂降时, DVR可以在毫秒级内, 对电压暂降进行有效补偿[27]。其良好的动态性能和很高的性价比使得它成为治理动态电压问题最经济、最有效的手段。

SSTS是当供电网络1出现故障, 可以在毫秒内将敏感负荷转换到供电网络2线路上, 从而提高供电可靠性。近年来电力部门为高新技术产业集中解决电能质量问题的举措, 几乎均采用SSTS解决两路供电线路间的切换, 提高供电可靠性和电能质量。SMES作为动态补偿是一项新技术。SMES是电流源, 其能量密度极高, 并可在短时间内迅速释放出极大的能量。而能量的释放速度非常快, 通常仅需数毫秒, 转换效率高达95%。一般抽水储能的转换效率仅为70%左右。因此超导储能与抽水蓄能、蓄电池储能、飞轮储能等其他储能形式相比具有转换效率高、速度快、不受建造场地限制等特点。目前已有小型SMES应用, 但是因容量所限无法真正实现工业化应用。

UPQC是一种串、并联混合的补偿装置, 结合DVR、DSTSTCOM、APF、储能部件和无源滤波等构成一个完整的质量控制系统, 能够综合解决动态电流质量和动态电压质量问题[28]。目前, 针对UPQC的研究基本都处在理论研究阶段, 试验研究比较少, 实际应用更需要较长的时间。但是, 这并不影响UPQC的发展前景, 其完善的补偿调节功能是其他装置不能与之相媲美的, 对其进行研究也是很有价值的。

2.3 电能质量调节装置的比较

上述各种装置解决的问题各有侧重, 但互相间并非独立, 如UPQC是DVR、DSTATCOM和APF的一个综合;DSTATCOM和SSTS配合, 则可为敏感和重要用户提供多回馈线的保障。大多数装置可以治理多个电能质量问题, 因此在选用装置时, 应当同时综合考虑其装置经济性和有效性。治理电压暂降装置成本及年维护费用见表2 (设备容量2~10 MVA) , 不同装置治理暂降有效性见表3。

%

3 结语

光伏发电设备电能质量情况分析 第10篇

光伏发电设备指那些把太阳能变成电能, 再通过逆变器注入电网的设备。某知名认证公司认为, 光伏发电设备产生的谐波电流值, 不随输出功率的变化而变化, 不论光伏设备在晴好天气还是在多云天气, 不论光伏设备输出功率是在80%还是在40%, 产生的谐波电流值都是一样的, 并且拿出了所谓的测试数据表格。此公司的结论不能令人信服, 却找不到相关的证明, 直到终于有机会对光伏设备进行测试。

从曲线图可以看出, 随着输出功率的降低, 主要次谐波中的5次谐波电流值明显降低了, 其他主要次谐波电流趋势与5次谐波一致, 这里为了清晰只选取了5次谐波。所谓的“光伏设备产生的谐波电流值, 不随输出功率的变化而变化, ”这一结论是错误的。正确的应该是随着光伏设备输出功率的增加, 各次谐波的谐波电流值也是增加的, 因此如果用在40%输出功率下产生的谐波电流值计算80%输出功率的情况, 就会出现谐波评估值偏小的错误, 如果用户入网发电, 实际产生的谐波电流值会比评估值大, 可能会超过国家标准, 而对电网产生污染。

2 光伏发电设备输出功率与电流总谐波畸变率之间的关系

从上图可以看出, 光伏设备的电流总谐波畸变率随着输出功率的降低而增高, 输出功率越低, 电流中谐波的含有量就越高, 谐波所占的比例就越大。因此, 尽可能让光伏设备处于高输出的运行状态, 输出功率越大, 光伏设备产生的电能品质越高, 当光照条件下降时, 电能质量变差, 当光照条件很差时, 电能质量也会变得很差, 此时应停止光伏设备的运行。

3 光伏设备输出功率与三相不平衡度之间的关系

三相不平衡度不随输出功率的变化而变化。

4 光伏设备对公用电网的影响

光伏设备对电网公共连接点有多大的影响呢?我们测试的设备容量为200kVA, 测试点为该设备0.4kV测, 上级电源为220kV变压器10kV侧, 将测试数据折算到10kV测, 并考虑到用户配变接线方式为Dyn11, 有角型接线的存在, 对3次谐波进行换算, 将换算后的测试数据与国标限值相比较, 可以看出单纯的光伏设备在输出功率为80%的时候, 也能满足该公共连接点的国标限值要求。

5 光伏设备在不同输出功率时产生谐波电流值之间的换算

由于光伏设备测试跟日照情况有关, 不是去测试就能测到80%功率输出, 如果只是测试到40%的功率输出, 此时需要对数据进行换算, 通过下表可以看出, 把80%功率输出看作是2个40%的功率输出, 那么利用叠加公式计算的结果更接近真实值。但是叠加值与真实值仍有不小的误差, 希望朋友们通过深入研究找到更准确的计算方法。

6 结论

提高电能电压质量的技术方法 第11篇

电力系统电压调整的主要目的是采取各种调压手段和方法，在各种不同运行方式下，使用户的电压偏差负荷国家标准。但由于电力系统结构复杂、负荷众多，对每个用电设备电压都进行监视和调整，既不可能也无必要。电力系统电压的监视和调整可以通过对中枢点电压的监视和调整来实现。所谓中枢点是指电力系统可以反映系统电压水平的主要发电厂和变电站的母线，很多负荷都由这些母线供电。若控制了这些中枢点的电压偏著，也就控制了系统中大部分负荷的电压偏差。

对中枢点的电压调整，可根据电力网的不同性质，大致确定一个中枢点电压的变动范围。其具体方式有3种：逆调压、顺调压、恒调压。

1.逆调压如果中枢点供电至各负荷点的线路较长，各负荷的变化规律人致相同，而负荷变动比较大，则在高峰负荷时适当提高中枢点的电压以补偿线路上增大的电压损耗：在低谷负荷时，供电线路电乐损耗比较小，中枢点电压适当降低，以防止负荷点电压过高。这种高峰负荷时电压高丁低谷负荷时电压调整方式，称为逆调压。逆调压方式是一种要求较高的调乐方式，一般需要在中枢点装设特殊的调压设备才能实现。中枢点采用逆调压方式的，在高峰负荷时一般保持电压比线路额定电压高5%，在低谷负荷时电压下降至线路额定电压。

2.顺调压对供电线路不长、负荷变动不入的中枢点，可以采用顺调压。顺调压方式是指在高峰负荷时允许中枢点电压略低，低谷负荷时电压略高。顺调压一般要求高峰负荷中枢点电压不低丁线路额定电压的102.5%，低谷负荷时中枢点电压不高丁线路额定电压的107. 5%0 3.恒调压介于逆调压和顺调压之间的是恒调压。恒调压是指在任何负荷时，保持中枢点电乐基本不变，一般保持在额定电压的102%-105%。这种方式一般避免采用，只有在无功调整手段不足时，负荷变动甚小时，或用户处下允许电压偏移较大的农业电网时，才可采用。

发电机不仅是有功电源，也是无功电源，有些发电机还能通过进相运行吸收无功功率，所以可用调整发电机端电压的方式进行调压。现在同步发电机都装有自动励磁调解设备，其主要功能是白动调整发电机的机端电压、分配无功功率以及提高发电机同步运行的稳定性。按规定，发电机可以在其额定电压的95%- 105%范同内保持以额定功率运行。这是一种充分利用发电机设备、不需额外投资的调压手段。对于由发电机直接供电的负荷，如果供电线路不长、电压损耗不大，通过发电机调压就能满足负荷的电压要求。但如果通过多级变压供电，仅用发电机调压， 往往不能满足负荷的电压要求。而且因为发电机要照顾近处的地方负荷，电压不能调的过高，所以远处负荷的电压调整，还要靠有载调压变乐器等其他调压措施来解决。

改变电网无功功率分布对电压的影响当线路、变压器传输功率时，会产生电压损耗，因而如果能改变线路、变压器等电网元件上的电压损耗，也就改变了电网节电的电压大小。由电压损耗表达式△U= cPR+ox） /U可知，要改变电压损耗有两种办法。一种改变网络参数，可用的办法是串联电容，利用串接的电容、电感上电压相位著180。的特点，抵消部分电抗：另一种是改变电网元件中传输的功率。在满足负荷有功功率的前提下，要改变供电线路、变压器传输的有功功率，是比較困难的，除非负荷是由环形网供电。所以改变线路、变压器传输功率都是改变其无功功率。

3.改变电网参数改变元件的电阻利电抗，也能起到改变电压损耗的作用。增大导线截面减小电阻以减小电压损耗，这种方法只是在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中才比较有效。一般不宜采用。改变电网的接线方式，如切除或投入双回线路中的一同线路，切除或投入变电站中一部分并列运行的变压器等。采用以上方法时，要考虑不降低供电可靠性和不显著增加功率损耗等因素，所以投切线路的办法很少采用。 电网中用的最多办法是减小线路中的电抗。在超高压输电线路中广泛采用的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。在我国，输电线路一般采州分裂导线，还可以减少导线周围的电场强度，减小电晕放电，降低线路电抗。

电压调整是个比较复杂的问题，冈为整个系统每个节点的电压都不相同，运行条件也有差别，因此，电压调整要根据系统具体情况选用合适的方法。

发电机调压是各种洞压手段中首先被考虑的。冈为它不需要附加设备，而是充分利用发电机本身具有发出或吸收无功功率的能力，从而不需要附加投资。但这种方法往往只能满足电厂地区负荷的凋压要求，对于通过多级电压输电的负荷，还需要采取其他凋乐措施才能保证系统电压质量。

电能质量分析 第12篇

银行信息化建设的飞速发展,依赖于银行信息系统供电的高可靠性。为了提高银行信息系统的供电可靠性,银行信息系统普遍采用了市电、自备发电机组和UPS电源三种供电电源互可自动切换的供电模式。目前,银行信息系统存在市电单回路供电、自备机组应急启动响应可靠性不很高、银行信息供电系统与动力系统等其他用电负荷的供电电源无电气隔离、非线性负荷快速增长、谐波含量不断增加、浪涌侵入抑制措施未完善、用电损耗高等诸多问题。大量的非线性电力电子装置以及冲击性、波动性负载在现代工业中得到广泛应用,电力系统电能质量被严重污染[1],使银行供电电源质量日趋劣化,但另一方面,随着银行信息系统的发展,银行电网中精密电气设备不断增多,对供电电源的供电可靠性和供电质量的要求日趋严格。因而,银行供电电源质量劣化和精密电气设备高电能质量要求之间的矛盾已逐步上升为主要矛盾,电能质量问题也成为银行电源建设关注的一个重点,迫切需要对银行信息系统电网的电能质量进行监测、谐波进行抑制、电源可靠性进行改善以及用电进行节能改造。

1 现状分析及存在的问题

1.1 银行供电电源的基本组成

当前,银行信息系统保持24小时运行成为金融企业业务持续开展的基本要求。银行信息系统的集成度越来越高,工作设备对银行信息系统电源系统的安全性要求也前所未有。电源系统的供电系统应包括市电供电系统、UPS电源供电系统、应急供电系统和接地四大部分构成[2],框架图如图1所示。一路高压电通过变压器构成市电供电系统,变压器低压侧一般就地无功补偿,柴油发电机作为应急供电系统,两种供电系统通过双电源自动切换转换开关(ATS)对信息系统进行供电,根据银行信息系统的规模,由n个动力柜对信息系统负载进行负荷分配,同时配置继保交流屏,对于重要的信息系统采用主从热备份UPS[3]。

1.2 电能质量恶化给银行系统带来的危害

银行信息系统大量使用UPS设备、计算机、服务器、变频空调以及节能照明灯具等电力电子装置等非线性负载,出现了银行信息系统电网的浪涌、噪声、电压跌落、谐波和无功等电能质量干扰问题,这些配电网电能质量的恶化给银行系统带来的危害如下[4,5]:

1)谐波干扰、危及信息、数据、通信系统、监控系统、显示系统和自动化系统的正常工作。由于谐波的干扰,可能出现如计算机系统瘫痪或死机、停滞、失真和系统控制失常,这将会造成很大的损失;

2)高次谐波能造成数据处理中心主机的误操作和死机,从而影响银行系统的联网运行;

3)谐波会造成自动提款机的误动作和死机给储户和银行带来不必要的麻烦,造成了银行和客户的纠纷;

4)无功和谐波电流增加变压器的铜损、漏磁损耗、铁芯损耗,这些损耗导致电力变压器发热,降低变压器可用容量;

5)无功功率增加线耗,谐波导致电力电缆发热和老化;

6)谐波导致低压配电设备工作异常,可使配电系统中低压电器设备(断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等)发生误动作。

7)电磁暂态过电压不仅会对用电设备造成致命的打击,甚至会损坏UPS稳压电源等设备。

1.3 存在的问题及解决方法

通过分析银行系统配电网电能质量情况,可以获得影响银行信息系统安全的电能质量问题、产生原因、危害以及相关解决方法,具体说明如表1所示。银行信息系统主要由计算机及各种电子设备构成的网络,其安全性极易受到来自电源系统电能质量问题的干扰。目前,银行信息系统的电源系统由市电供电,一般配有UPS电源和电容器等静态无功补偿装置,因此,频率偏差、电压偏差、功率因数这三大传统电能质量问题已经基本具有了较好的技术解决措施。但是,由于大量的非线性电力电子装置以及冲击性、波动性负载的使用,谐波、电压缺口、短时电压变动、电压波动与闪变对银行信息系统安全的危害性日趋明显,又由于银行信息系统对电磁暂态(分为暂态振荡、暂态脉冲)又称浪涌的敏感性,雷电通过电源系统等途径侵入银行信息系统核心设备计算机机房的危害性进一步增大。如何消除谐波、电压缺口、短时电压变动、电压波动与闪变、暂态振荡、暂态脉冲等电网干扰和谐波因素对银行信息系统安全的危害是银行信息系统所面临的首要任务。

2 电能质量综合优化方案

通过对银行供配电系统的综合调研、分析。可知从提高银行信息系统安全出发,电源系统采用市电双回路供电和自备发电机组和UPS电源三种供电电源互可自动切换的供电模式,针对银行信息系统供电出现的影响和危害银行信息系统正常工作的电网干扰和谐波污染等电能质量新问题进行综合优化,要对银行信息系统电网的电能质量进行监测分析、谐波进行抑制、电源可靠性进行改善、用电进行节能改造。从而解决电源系统的谐波和电磁暂态对银行信息系统安全性构成的威胁,提高银行信息系统安全性。特提出银行信息系统中电能质量综合优化方案如图2所示。优化方案主要由以下4个部分组成:

1)电能质量的监测与分析

高精度、多功能的在线式电能质量监测仪,实时记录、监测整个配电网的电能质量状态。监测数据为制定电能质量治理方案提供数据支持,监测仪的故障录波功能,可以记录电能质量事件发生时刻电网电压电流实时波形,为后续故障分析提供依据。同时配电网电能质量优化的效果也需要电能质量监测系统记录数据进行分析和评估。

2)电能质量的优化

银行信息系统的负载侧加装隔离变压器,可阻隔照明负荷、办公负荷(计算机)的频繁启动产生的冲击,内外因素产生的浪涌、非线性负荷的谐波等干扰及电网干扰侵入银行信息系统,隔离谐波及电网干扰对银行信息系统安全性构成的威胁,提高银行信息系统安全性。

3)电能质量就地治理

计算机、UPS、照明、空调等非线性负载都将对电网产生谐波污染。就地配置有源电力滤波器可有效地优化非线性负荷产生的谐波和无功,从而改善配电网用电设备的用电环境,提高信息系统的供电可靠性。

4)安全防护和节能措施

银行信息系统的电源侧采用电压瞬变、浪涌的防护器件的节能保护器,通过压平峰值电流保护节电原理、缓冲吸收保护原理、无用功转化为有用功节电原理的综合运用,达到使电压瞬变和浪涌被有效吸收,从而提高信息系统的可靠性、安全性和节能的效果。

3 结论

银行信息系统普遍采用双回路市电、自备发电机组备用电源和UPS电源互可自动切换的供电模式,确保供电电源的可靠性,但是大量地电力电子装置等非线性负载的使用,谐波、电压缺口、短时电压变动、电压波动与闪变、暂态振荡、暂态脉冲等电网干扰和谐波因素对银行信息系统的冲击是银行信息系统安全运行所面临的首要问题。为了有效地仰制电网干扰和谐波等电能质量问题,本文采用了电能质量监测仪分析和评估配电网的电能质量,作为电能质量优化方案数据分析和评价电能质量优化及节能效果的依据,运用隔离变压器隔离电源的电网干扰和谐波,同时利用有源电力滤波器主动地仰制谐波和补偿无功功率,最后在电源侧安装节能保护器,有效地缓冲吸收电压瞬变、电磁暂态和雷电,同时将无功转化为有功返回电网,实现综合节能。

参考文献

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