電能質量與在線監測方法研究

摘 要:現代社會，電能質量問題已經引起了人們的高度重視，針對目前電網中存在的電能質量在線監測問題，分析了電能質量各項指標及在線監測方法，介紹了在線監測系統的組成和工作原理。

關鍵詞:電能質量 在線監測 數據采集

中圖分類號:TM76文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0001-02

Abstract:In modern society， power quality issues have drawn great attention to people， currently exists in the grid power quality online monitoring， analysis method of power quality on-line monitoring and indicators， describes the composition and working principle of on-line monitoring system.

Key Words:power quality；on-line monitoring；data

現代社會中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應用程度是一個國家發展水平的主要標志之一。隨著科學技術和國民經濟的發展，人們對電能質量的要求越來越高。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，提高電能質量有巨大的經濟效益，因此，建立和實施電能質量的在線監測和分析是提高電能質量的一個重要技術手段。

隨著我國電力事業的不斷發展，電力系統容量不斷擴大，電網規模逐年增大，系統中各種大容量變流、調速電器設備使用數量增多，這些設備的非線性和沖擊性的特性，會引起電能質量下降，造成電能污染，產生的大量諧波會增加電動機的損耗，造成電動機出力不均勻，會影響電動機的使用壽命，同時也給生產企業帶來極大的電能浪費。久而久之，會影響正常的工業生產和電網運行，并直接造成巨大的經濟損失。因此，電能質量問題逐漸引起社會的重視和關注。針對這些問題，我國先后制定和頒布了五個有關電能質量的國家標準，從根本上加強了對電能質量問題的監督和管理。在實際中，要求時刻監測電能質量，確保電能質量合格，就要在第一時間對電能質量進行在線監測并判斷電能質量好壞，一旦不合格，要立即采取措施改善電能質量。電能質量的在線監測技術就是在這個基礎上發展起來的。

1 電能質量指標

電能質量是指公用電網輸送到用戶受電端的交流電能質量，也就是用戶所關心的電能的好壞。電能質量不合格的，會影響用戶的用電。衡量電能質量的主要指標有:供電頻率允許偏差；供電電壓允許偏差；供電電壓允許波動和閃變；供電三相電壓允許不平衡度；電網諧波允許指標。各項電能質量指標都有國家標準規定的運行范圍，一旦電能質量不合格，就要采取措施改善電能質量。

2 電能質量的監測分析方法

2.1 電壓偏差

電氣設備的各項運行指標和性能，很大程度上取決于電壓，所以設備在工作中要求電壓必須穩定，頻繁的電壓波動會影響設備的使用壽命，影響程度視偏差的大小、持續的時間和電氣設備的狀況而異，電壓偏差按下式(2-1)計算:

(2-1)

2.2 頻率偏差

電力系統頻率和電壓偏差是電能質量傳統的兩大基本指標。電力系統正常運行時，應在標準頻率下運行，但實際情況是，電力系統的負荷總是在不斷的變化，而發電機的出力及其調節系統追隨負荷變化又有一定的慣性，導致發電機的原始動力不能和負荷變化同步進行，致使系統頻率總是不穩定，存在一定的變化，這就導致出現電力系統的頻率偏差。頻率變化的大小及持續時間依賴于負荷的特性以及發電控制系統對負荷的反應能力。運行中頻率偏差對電力系統及其設備的危害程度取決于偏差的大小和持續時間，頻率偏差超過±0.2Hz可能危及系統的安全穩定及設備的安全，甚至引起系統崩潰。根據實際測量的系統頻率，由下面公式(2-2)求出頻率偏差:

頻率偏差(Hz) (2-2)

2.3 電壓波動與閃變

電壓波動是指一系列電壓變動或連續的電壓偏差。電壓閃變則可理解為快速的電壓波動，電壓波動和閃變可能對某些照明負荷的工作受到影響，可以引起人的視覺疲勞，也能使得一些用電設備不能正常工作。電壓波動與閃變可以通過測量的電壓幅值波形記錄下來。通常電壓波動的定量描述采用在1min內記錄下各個周期波形的有效值，然后進行比較，取其中最大的和最小的之差，再乘以2就是電壓波動的次數。電壓波動值為電壓有效值的兩個極值和之差，常以其標稱電壓(額定電壓)的百分數表示其相對百分值，即

(2-3)

閃變的測量采用有關的平方檢測法和設計規范，對調幅波進行檢測和設計數字化測量軟件。

2.4 三相電壓不平衡度

在理想的三相交流電力系統中，三相電壓應該具有相同的數值，且按A、B、C三相順序互成120°角度，這樣的系統叫做三相平衡(或對稱)系統。然而實際電力系統中由于存在種種不平衡因素，并不是完全平衡的。不平衡度允許值指的是在電力系統正常運行的最小方式下負荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產(運行)周期中的實測值。對電力三相不平衡度的分析可以通過對稱分量法進行，在分解出正序和負序分量之后，三相不平衡度就可以求出。

2.5 電網諧波

諧波是電力系統中頻率是基頻整數倍的正弦電壓或電流。諧波產生的根本原因是由于電力系統中有大量的非線性負荷，這些負荷在工作時存在非線性特征，即所加的電壓與產生的電流成非線性關系而造成的波形畸變。諧波測量首先是依據采集到的數據，求出各次諧波的幅值和相角，然后計算各次諧波含有率、總諧波畸變率，對電力系統諧波的分析方法通常采用頻域分析法，利用傅立葉算法進行分析計算。

3 電能質量在線監測系統

電能質量的在線監測主要是要實現實時地監視系統的電壓變化，記錄和保存電能質量發生變化時各相電壓的幅值、頻率、電壓波動、三相不平衡度，還要記錄在故障前后的波形及各種參數，并具有分析、報警和歷史查詢等功能。同時采用先進的技術手段，對多種電能質量的指標進行綜合的監測。目前，研究電能質量在線監測系統越來越成為熱門，國內很多儀器制造公司和科研院所研制出多種有關電能質量的在線監測儀器或裝置，足見現代社會對電能質量的要求越來越高。這些儀器在一定程度上協助供電部門對電網和電力用戶的電能質量進行監測分析。

電能質量在線監測系統的主要部分有數據采集終端、通訊網絡、監測中心工作站三大部分組成。數據采集是整個電能質量在線監測系統的基礎和關鍵環節，必須保證實時采集電網上的電能參數，因此，在電力系統的各個廠站，都有數據采集終端，每個廠站都有計算機進行數據采集、信號處理、收集及存儲采集結果，各個廠站也可以實時地在線顯示測量結果。各廠站收集到的采集結果也能通過通訊網絡送到監測中心，監測中心的計算機對收集到的數據進行進一步的分析和處理，產生數據報表，并能作出判斷，判斷各個廠站電能質量是否合格，不合格的還可以提出建議，并發出控制命令，確保各個廠站電能質量符合要求，從而達到了對各個廠站的電能質量實時監控。

整個電能質量在線監測系統的應用軟件包括各個廠站終端軟件和監測中心工作站后臺軟件兩部分。在各廠站數據采集終端，硬件設備具備以后，借助各個功能軟件，來完成數據采集終端的各項任務。監測中心工作站后臺軟件主要是對各個廠站傳送來的數據進行信息統計、分析和管理。

4 結語

隨著電網規模的日益擴大，對供電系統的電能質量已經引起用戶和供電部門的足夠關注，因此對于電能質量在線監測的研究將會不斷地深入下去，要進一步研究電能質量在線監測系統的功能結構、分析方法、提高通用性等，并能不斷擴展在線監測系統的功能，使之能最大程度的服務于電力系統。

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