電能質量在線監測的主要參數

郭銳強　魏子賀　劉鑫

[摘要]對波動、電壓偏差、閃變、暫降和頻率偏差、諧波以及三相系統的不平衡度等電力系統中有關電能質量的參數的概念、計算方法、測量方法及產生的原因和造成影響的后果進行了闡述。

[關鍵詞]電能質量 在線監測

社會發展到今天，電力無所不能。但由于電網中日益增多的非線性、波動性和沖擊性負荷，導致了電能質量問題成為人們時下廣泛關注的焦點話題之一，受到了供用電雙方的極為重視。為保證電網的安全穩定運行，很有必要對電能質量進行實時監測。

圖1所示為電力系統在理想狀態下按額定頻率和額定電壓的正弦波形進行供電的波形圖和向量圖。其三相電壓和電流的幅值均相等，相位差互差120度。

圖1 理想對稱三相系統的電壓波形圖和向量圖

但在現實中，由于各種各樣的原因，這樣理想的供電系統實際上是不可能存在的。從對理想的三相交流電力系統的分析可以得知，對電能質量的標準可以從以下的因素進行分析研究。

（1）對三相交流電來講， Ua，Ub，Uc是否達到基本平衡；（2）

，頻率偏差與其動態屬性；（3）電壓是否存在偏差以及偏差的大小，是否發生了波動與閃變等；（4）電壓和電流的波形是否發生突變。

現如今，國家已經頒布了《供電電壓允許偏差》、《暫時過電壓和瞬態過電壓》、《頻率允許偏差》、《公共電網諧波》等以及有關電壓的波動、閃變、間斷、三相不平衡等方面的電能質量的相關標準。本論文就是遵循以上的電能質量的相關標準對電能質量在線監測裝置進行了研究設計。

1.電壓允許偏差。在正常運行的電力系統中，某一處的供電電壓的實際值與系統標稱電壓的差值對系統標稱電壓的百分比稱為該處的電壓偏差，其數學表達式如下：

其中，電壓的實際值在電能質量監測裝置中可由

得到。

2.頻率偏差。所謂頻率是指電力系統中的正弦交流電在1s內交變的次數，單位是赫茲。所謂頻率偏差是指在正常運行條件下，電力系統頻率的實際值與標稱值（也稱額定值）之差，它的數學表達式是：。在我們國家，電力系統的額定頻率是50HZ，而國外采用的是60HZ頻率。我國對頻率偏差的規定是，其偏差允許值范圍為-0.2HZ～+0.2HZ，對于容量較小的系統，其允許值范圍可以擴大到-0.5HZ～+0.5HZ。頻率偏差產生的根本原因是電力系統中存在不平衡的有功功率。

3.高次諧波。所謂高次諧波，是指頻率為基波頻率整數倍的波形。在供電系統中，產生電壓諧波的根本原因是具有非線性特性的某些元件和負荷的存在，例如電力系統中的波形突變就是電壓與電流因為不成線性關系而導致的。理想情況下電路中的波形是一個很標準的正弦波形，但是當諧波出現時，正弦波形會產生明顯的失真。

干擾源能夠產生高次諧波，有三種方式對電源及鄰近設備產生諧波污染，即傳導、電磁輻射和感應耦合。所謂傳導就是高次諧波根據阻抗大小不同分流到電源和負載上。而電磁輻射是指干擾源產生的高次諧波能夠產生輻射作用，對周圍的無線電等電子設備產生污染。而感應耦合則是在傳導中，相互平行敷設的導線形成電磁耦合而產生的感應干擾。

4.電力系統的三相不平衡度。所謂三相平衡系統是指三相交流電力系統中的三相交流電都具有相同的頻率和幅值，且在相位上三相按順序互差120度的角度。但是在實際的電力系統中由于有各種各樣的原因存在，實際電力系統不能達到理想中的平衡。三相不平衡是指在電力系統中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規定范圍。在電力系統中，由于三相不平衡的存在，會使系統或用戶受到一系列的影響，具體有如下五個方面的影響。

5.電壓暫降。電壓暫降（也稱電壓驟降或稱電壓跌落，還有的稱為電壓凹陷），是指在50HZ頻率條件下電壓均方根值迅速減小到額定電壓的0.1～0.9倍之間、其持續時間約為10毫秒至1分鐘的短時間的電壓變動現象。標稱電壓暫降的三個最重要的特征量，第一個是電壓暫降的幅值，第二個是電壓暫降的持續時間，第三個是電壓暫降的相位跳變。產生的原因一般是由電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化（如大功率設備啟動時）所引起的。在某些情況下會出現兩次或更多次連續的跌落或中斷。

6.電壓的波動與閃變。電網中的一系列的電壓均方根值的連續變化或相對快速變動稱為電力系統的電壓波動。電壓波動值是電壓均方根值的兩個極限值Umax和Umin之差ΔU，通常用與其標稱電壓UN的百分值來表示。

在對諧波進行測量，以及對電壓偏差和三相不平衡度等電能質量參數的計算過程中， FFT（Fast Fourier Transformation即快速傅里葉變換）算法有著，所以選用FFT算法作為三相電能質量參數的測量方法。在頻率檢測方法上，傅里葉變換算法雖然抗干擾性好，但采用的是迭代法來求解方程，不好確定運算時間，因此頻率檢測采用過零點檢測法。用平方檢測法來測量電壓的波動與閃變。