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電能質量治理節能技術

人氣：2093次發表時間：2013-08-05

電能既是一種經濟適用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉換的能源形勢，又是一種由電廠發電、電力部門向用戶提供，并由發、供、用三方共同保證這兩的特殊產品。如今，電能作為走入市場的商品，無疑也應講求質量。在此，我們會從對電能質量現象的認識和發展歷程，電能質量的概念、定義、常用術語及其分類方法等基本知識入手，通過對國際電工委員會IEC和國際電氣與電子工程師協會IEEE有關文件中所列的關于電磁干擾現象的特性分析和描述。

由于供電電源電能質量下降而影響電氣設備正常工作的問題，早在電力供應一開始就引起了供用電雙方的關注。人們首先把電力系統運行中電壓和頻率偏離標稱值的多少作為檢驗電能質量的重要指標。之后隨著工業規模擴大和科技發展，電力用戶對電能質量的要求在不斷提高。與此同時許多新型用電設備也會像電網注入各種電磁干擾，造成電能質量問題日益突出并引起各方關注。人們已經認識到，電力部門只要將電能“如數”地傳輸給電力用戶，并且保證一定的供電連續性即可滿足需求的想法是很不完善的，電力系統運行和工業生產過程對電能質量的要求正在逐步擴大和深化，提高嗲能質量已經成為保證供用電系統安全穩定運行的基本要求。

如何深入理解現代電能質量問題，如何把提高電能質量與增強競爭意識、擴大電力市場占有率聯系起來，如何從技術、經濟和運行管理等方面加大力度，保證優質供電，以最小程度減少現代工業企業及重要電力用戶的影響，既是電力用戶需求和電力系統運行給我們提出的新任務，也是信息時代給我們提出的新挑戰?？梢哉J為，當代電力系統的發展賦予了電能質量新的涵義和意義。近十多年來，電力科技工作者根據當代電力系統的特點，對出現的各種各樣電能質量現象進行了分類整理和研究，不斷地深入分析和探索尚待認識的電磁干擾問題，并且在此基礎上部分地制定出了科學的符合生產實際的和可操作的電能質量考核基數及評估方法，推動了電能質量先進控制技術的實施。所有這些工作都為最終構成一個全面電能質量監督管理體系，真正實現電網的安全穩定和優質經濟運行，向用戶供給合格的電能和滿意的服務提供了理論上合技術上的保證。[1]

原理

（1）電壓質量。給出實際電壓與理想電壓間的偏差以反映分配的電力是是否合格。電壓質量通常包括：電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電壓瞬變現象、電壓波動與閃變、電壓暫降、暫升與終端、電壓諧波、電壓陷波、欠電壓、過電壓等。

（2）電流質量。電流質量與電壓質量密切相關，為了提高電能的傳輸效率，除了要求用戶汲取的電流是單一頻率正弦波形外，還應盡量保持該電流波形與供電電壓同相位。電流質量包括：電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前與之后、噪聲等。

（3）供電質量。包括技術含義和非技術含義兩部分，技術含義有電壓質量和供電可靠性；非技術含義是指服務質量，包括供電部門對用戶投訴與抱怨的反應速度和電力價目的透明度等。

（4）用電質量。包含電流質量和非技術含義等，如用戶是否按時、如數繳納電費等。

方法及措施

一、瞬變現象

瞬變一詞我們之前應該是接觸過的，在店里系統運行分析里。它表示電力系統運行中一種并不希望而又事實上出現的瞬時事件。由于RLC電路的存在，大多數人的概念里瞬變現象自然是指阻尼振蕩現象。關于此，IEEE里有一個含義更寬，描述也更簡單的定義：變化量的部分變化，且從一種穩態過渡到另一種穩態過程中，該變化逐漸消失的現象。但這樣描述在電能質量領域里會存在潛在的許多分歧。下面對瞬變的兩種普遍類型做一下介紹：

1、沖擊性瞬變現象

是在穩態條件下，電壓、電流的非工頻、單極性的突然變化現象。通常用上升和衰減時間來表現沖擊性瞬變的特性，也可以通過其頻譜特性成分表示。

2、振蕩瞬變現象

是一種電壓、電流的非工頻、有正負極性的突然變化現象。對于迅速改變瞬時值極性的電壓和電流振蕩問題，常用其頻譜成分（主頻率）、持續時間和幅值大小來描述其特性。

二、短時電壓變動

這一類型包括電壓暫降（也稱為驟降或凹陷）和短時間電壓中斷等現象。若按照持續時間長短來劃分，進一步還可將其分成瞬時、暫時和短時三種類型。順便指出：如此細分的目的是用于電能質量監測中隊電壓干擾分類統計。

1、電壓中斷

當供電電壓降低到0.1p.u以下，且持續時間不超過1min時，我們就認為出現的電壓中斷現象。出現原因可能是系統故障、用電設備故障或控制失靈等。

2、電壓暫降

暫降是指工頻條件下電壓方均根值減小到0.1~0.9p.u之間、持續時間為0.5~50周波的短時電壓變動現象。電能質量領域使用暫降（sag）來描述短時電壓降低已經很多年了，IEC把這一現象成為驟降（dips）在國內外行業內這兩個詞可以相互替換，是同意詞。

3、電壓暫升

暫升的涵義是指在工頻條件下，電壓均方根值上升到1.1~1.8p.u之間、持續時間為半個到50個周波的電壓變動現象。與暫降的起因一樣，暫升現象也是同系統故障相聯系的。我們可以用幅值大小和持續時間來表征這一現象。由于分類的方法不同，在許多資料中也使用“瞬態過電壓”作為“電壓暫升”的同義詞。電壓暫升現象遠沒有電壓暫降現象那樣常見。

三、長時電壓變動

長時間電壓變動是指，在工頻條件下電壓均方根值偏離額定值，并且持續時間超過1分鐘的電壓變動現象。分兩種情況，即過電壓和欠電壓。通常，過電壓和欠電壓并非由于系統故障造成，而是由于負荷變動或系統開關操作引起的。

1、過電壓

過電壓是指在工頻條件下交流電壓方均根值升高，超過額定值10%，并且持續時間大于1分鐘的電壓上升現象。過電壓的出現通常是負荷投切的結果。

2、欠電壓

欠電壓是指在工頻條件下交流電壓方均根值降低，低至額定值的90%且持續時間超過1分鐘的電壓變動現象。與過電壓的出現原因正好相反。某一負荷的投入或某一電容器的切除都可能引起系統欠電壓。

3、持續中斷

持續中斷是指系統電壓迅速降到0且持續時間大于1min。這種長時間電壓中斷往往是持久的。當系統事故發生后，往往需要人工應急處理以恢復正常供電，通常需數分鐘或數小時。持續電壓中斷是特有的電力系統現象。但如果是電氣設備檢修或線路更改導致停電，或由于工程設計不當或電力供應不足引起的持續中斷，則不屬于電能質量問題。

四、電壓不平衡

電壓不平衡，時常被定義為與三相電壓或電流的平均值的最大偏差，并且用該偏差與平均值的百分比表示。電壓不平衡也可以用對稱分量發來定義即用負序或零序分量的百分比加以衡量。電壓不平衡的起因主要是負荷不平衡（如單相運行）所致，或者是三相電容器組的某一相熔斷器熔斷造成的。大于5%的電壓不平衡屬于電壓嚴重不平衡，它的起因很可能是由于單相負荷過重引起的。

五、波形畸變

波形畸變是指電壓或電流波形偏離穩態工頻正弦波形的現象，可以用偏移頻譜描述其特征。波形畸變有五種重要類型，即直流偏置、諧波、間諧波陷波和噪聲。

1、直流偏置

在交流系統中出現直流電壓或電流稱為直流偏置。這可能是由于地磁干擾或半波整流引起的。例如為延長燈管的壽命在照明系統中采用的半波整流器電流，會是交流變壓器偏磁以至于發生磁飽和，引起鐵芯發熱縮短壽命直流分量還會引起接地極和其它電氣設備連接的電解腐蝕。

2、諧波

把含有供電系統設計運行頻率整數倍頻率的電壓或電流定義為諧波?？梢园鸦儾ǚ纸獬晒ゎl和各次諧波分量的綜合。電力系統中的非線性負荷是造成波形畸變的源頭。

3、間諧波

與諧波定義方法類似，只是將整數倍于工頻的條件換成非整數倍。

4、陷波

陷波是電力電子器件在正常工作情況下，交流輸入電流從一相切換到另一相時產生的周期性電壓擾動。

由于陷波的連續出現，可以用受影響電壓的波形頻譜來表征該量。但由于陷波的相關頻率相當高，很難用諧波分析中習慣采用的測量手段來反映它的特征量，通常把它作為特殊問題處理。例如，一種評價指標規定，出現的陷波以其下陷深度和寬度來衡量。

5、噪聲

噪聲是指帶有低于200kHz寬帶頻譜，混疊在電力系統的相線、中性線或信號線中的有害干擾信號。

電力電子裝置、控制器、電弧設備、整流負荷以及供電電源投切等都可能產生噪聲。由于接地線配置不當，未能把噪聲產地至遠離電力系統，常常會加重對系統的噪聲干擾和影響。噪聲可以對點射設備的正常工作造成危害。采用濾波器、隔離變和電力線調節器等措施能減緩噪聲的影響。

意義

電能作為人們廣泛使用的能源，其應用程度是一個國家發展水平和綜合國力的主要標志之一，在滿足工業生產、社會和人民生活對電能需求量的同時，提高對電能質量的要求，是一個國家生產發達、科技水平提高、社會文明程度進步的表現，是信息時代和信息社會發展的必然結果，是增強用電效率，節能降損、改善電氣環境、提高國民經濟的總體效益以及工業生產可持續發展的技術保證。

隨著電能質量標準的制定和實施，電能質量的監督管理法規體系將逐步建立。這比將大大促進設備制造廠商提高期生產設備和對電力系統的兼容性，促使電力用戶在提高產品生產效率，使用高性能設備的同時，嚴格限制自身對電力系統和其它設備的電磁干擾，保障各行各業的正常用電秩序，進一步促進供電部門加強對電能質量的技術監督和對電力系統的運行管理，推動電能質量先進控制技術的研發和應用，提高控制和駕馭的能力，保障配電系統安全經濟的運行和向用戶提供合格的電能和優質的服務，為千家萬戶提供信得過的電能產品。

電能質量治理節能技術

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