電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)

郭銳強(qiáng)　魏子賀　劉鑫

[摘要]對(duì)波動(dòng)、電壓偏差、閃變、暫降和頻率偏差、諧波以及三相系統(tǒng)的不平衡度等電力系統(tǒng)中有關(guān)電能質(zhì)量的參數(shù)的概念、計(jì)算方法、測(cè)量方法及產(chǎn)生的原因和造成影響的后果進(jìn)行了闡述。

[關(guān)鍵詞]電能質(zhì)量 在線監(jiān)測(cè)

社會(huì)發(fā)展到今天，電力無所不能。但由于電網(wǎng)中日益增多的非線性、波動(dòng)性和沖擊性負(fù)荷，導(dǎo)致了電能質(zhì)量問題成為人們時(shí)下廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)話題之一，受到了供用電雙方的極為重視。為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，很有必要對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1所示為電力系統(tǒng)在理想狀態(tài)下按額定頻率和額定電壓的正弦波形進(jìn)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(duì)稱三相系統(tǒng)的電壓波形圖和向量圖

但在現(xiàn)實(shí)中，由于各種各樣的原因，這樣理想的供電系統(tǒng)實(shí)際上是不可能存在的。從對(duì)理想的三相交流電力系統(tǒng)的分析可以得知，對(duì)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)可以從以下的因素進(jìn)行分析研究。

（1）對(duì)三相交流電來講， Ua，Ub，Uc是否達(dá)到基本平衡；（2）

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

現(xiàn)如今，國家已經(jīng)頒布了《供電電壓允許偏差》、《暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》、《頻率允許偏差》、《公共電網(wǎng)諧波》等以及有關(guān)電壓的波動(dòng)、閃變、間斷、三相不平衡等方面的電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本論文就是遵循以上的電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。

1.電壓允許偏差。在正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，某一處的供電電壓的實(shí)際值與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的差值對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分比稱為該處的電壓偏差，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

其中，電壓的實(shí)際值在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置中可由

得到。

2.頻率偏差。所謂頻率是指電力系統(tǒng)中的正弦交流電在1s內(nèi)交變的次數(shù)，單位是赫茲。所謂頻率偏差是指在正常運(yùn)行條件下，電力系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值（也稱額定值）之差，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：。在我們國家，電力系統(tǒng)的額定頻率是50HZ，而國外采用的是60HZ頻率。我國對(duì)頻率偏差的規(guī)定是，其偏差允許值范圍為-0.2HZ～+0.2HZ，對(duì)于容量較小的系統(tǒng)，其允許值范圍可以擴(kuò)大到-0.5HZ～+0.5HZ。頻率偏差產(chǎn)生的根本原因是電力系統(tǒng)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(shù)倍的波形。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)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(fù)荷的存在，例如電力系統(tǒng)中的波形突變就是電壓與電流因?yàn)椴怀删€性關(guān)系而導(dǎo)致的。理想情況下電路中的波形是一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，但是當(dāng)諧波出現(xiàn)時(shí)，正弦波形會(huì)產(chǎn)生明顯的失真。

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

4.電力系統(tǒng)的三相不平衡度。所謂三相平衡系統(tǒng)是指三相交流電力系統(tǒng)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(shí)際的電力系統(tǒng)中由于有各種各樣的原因存在，實(shí)際電力系統(tǒng)不能達(dá)到理想中的平衡。三相不平衡是指在電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。在電力系統(tǒng)中，由于三相不平衡的存在，會(huì)使系統(tǒng)或用戶受到一系列的影響，具體有如下五個(gè)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(xù)時(shí)間約為10毫秒至1分鐘的短時(shí)間的電壓變動(dòng)現(xiàn)象。標(biāo)稱電壓暫降的三個(gè)最重要的特征量，第一個(gè)是電壓暫降的幅值，第二個(gè)是電壓暫降的持續(xù)時(shí)間，第三個(gè)是電壓暫降的相位跳變。產(chǎn)生的原因一般是由電網(wǎng)、變電設(shè)施的故障或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化（如大功率設(shè)備啟動(dòng)時(shí)）所引起的。在某些情況下會(huì)出現(xiàn)兩次或更多次連續(xù)的跌落或中斷。

6.電壓的波動(dòng)與閃變。電網(wǎng)中的一系列的電壓均方根值的連續(xù)變化或相對(duì)快速變動(dòng)稱為電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)。電壓波動(dòng)值是電壓均方根值的兩個(gè)極限值Umax和Umin之差ΔU，通常用與其標(biāo)稱電壓UN的百分值來表示。

在對(duì)諧波進(jìn)行測(cè)量，以及對(duì)電壓偏差和三相不平衡度等電能質(zhì)量參數(shù)的計(jì)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(zhì)量參數(shù)的測(cè)量方法。在頻率檢測(cè)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(yùn)算時(shí)間，因此頻率檢測(cè)采用過零點(diǎn)檢測(cè)法。用平方檢測(cè)法來測(cè)量電壓的波動(dòng)與閃變。