電能質(zhì)量與在線監(jiān)測(cè)方法研究

摘 要:現(xiàn)代社會(huì)，電能質(zhì)量問題已經(jīng)引起了人們的高度重視，針對(duì)目前電網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)問題，分析了電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)及在線監(jiān)測(cè)方法，介紹了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成和工作原理。

關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量 在線監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào):TM76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(xiàn)代社會(huì)中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益，提高電能質(zhì)量有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，建立和實(shí)施電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)和分析是提高電能質(zhì)量的一個(gè)重要技術(shù)手段。

隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)模逐年增大，系統(tǒng)中各種大容量變流、調(diào)速電器設(shè)備使用數(shù)量增多，這些設(shè)備的非線性和沖擊性的特性，會(huì)引起電能質(zhì)量下降，造成電能污染，產(chǎn)生的大量諧波會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的損耗，造成電動(dòng)機(jī)出力不均勻，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)也給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)極大的電能浪費(fèi)。久而久之，會(huì)影響正常的工業(yè)生產(chǎn)和電網(wǎng)運(yùn)行，并直接造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，電能質(zhì)量問題逐漸引起社會(huì)的重視和關(guān)注。針對(duì)這些問題，我國(guó)先后制定和頒布了五個(gè)有關(guān)電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從根本上加強(qiáng)了對(duì)電能質(zhì)量問題的監(jiān)督和管理。在實(shí)際中，要求時(shí)刻監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量，確保電能質(zhì)量合格，就要在第一時(shí)間對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)并判斷電能質(zhì)量好壞，一旦不合格，要立即采取措施改善電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

1 電能質(zhì)量指標(biāo)

電能質(zhì)量是指公用電網(wǎng)輸送到用戶受電端的交流電能質(zhì)量，也就是用戶所關(guān)心的電能的好壞。電能質(zhì)量不合格的，會(huì)影響用戶的用電。衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)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(dòng)和閃變；供電三相電壓允許不平衡度；電網(wǎng)諧波允許指標(biāo)。各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的運(yùn)行范圍，一旦電能質(zhì)量不合格，就要采取措施改善電能質(zhì)量。

2 電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)分析方法

2.1 電壓偏差

電氣設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)和性能，很大程度上取決于電壓，所以設(shè)備在工作中要求電壓必須穩(wěn)定，頻繁的電壓波動(dòng)會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時(shí)間和電氣設(shè)備的狀況而異，電壓偏差按下式(2-1)計(jì)算:

(2-1)

2.2 頻率偏差

電力系統(tǒng)頻率和電壓偏差是電能質(zhì)量傳統(tǒng)的兩大基本指標(biāo)。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)頻率下運(yùn)行，但實(shí)際情況是，電力系統(tǒng)的負(fù)荷總是在不斷的變化，而發(fā)電機(jī)的出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負(fù)荷變化又有一定的慣性，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的原始動(dòng)力不能和負(fù)荷變化同步進(jìn)行，致使系統(tǒng)頻率總是不穩(wěn)定，存在一定的變化，這就導(dǎo)致出現(xiàn)電力系統(tǒng)的頻率偏差。頻率變化的大小及持續(xù)時(shí)間依賴于負(fù)荷的特性以及發(fā)電控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的反應(yīng)能力。運(yùn)行中頻率偏差對(duì)電力系統(tǒng)及其設(shè)備的危害程度取決于偏差的大小和持續(xù)時(shí)間，頻率偏差超過(guò)±0.2Hz可能危及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定及設(shè)備的安全，甚至引起系統(tǒng)崩潰。根據(jù)實(shí)際測(cè)量的系統(tǒng)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(dòng)與閃變

電壓波動(dòng)是指一系列電壓變動(dòng)或連續(xù)的電壓偏差。電壓閃變則可理解為快速的電壓波動(dòng)，電壓波動(dòng)和閃變可能對(duì)某些照明負(fù)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(shè)備不能正常工作。電壓波動(dòng)與閃變可以通過(guò)測(cè)量的電壓幅值波形記錄下來(lái)。通常電壓波動(dòng)的定量描述采用在1min內(nèi)記錄下各個(gè)周期波形的有效值，然后進(jìn)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(dòng)的次數(shù)。電壓波動(dòng)值為電壓有效值的兩個(gè)極值和之差，常以其標(biāo)稱電壓(額定電壓)的百分?jǐn)?shù)表示其相對(duì)百分值，即

(2-3)

閃變的測(cè)量采用有關(guān)的平方檢測(cè)法和設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)調(diào)幅波進(jìn)行檢測(cè)和設(shè)計(jì)數(shù)字化測(cè)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(tǒng)中，三相電壓應(yīng)該具有相同的數(shù)值，且按A、B、C三相順序互成120°角度，這樣的系統(tǒng)叫做三相平衡(或?qū)ΨQ)系統(tǒng)。然而實(shí)際電力系統(tǒng)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(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下負(fù)荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產(chǎn)(運(yùn)行)周期中的實(shí)測(cè)值。對(duì)電力三相不平衡度的分析可以通過(guò)對(duì)稱分量法進(jìn)行，在分解出正序和負(fù)序分量之后，三相不平衡度就可以求出。

2.5 電網(wǎng)諧波

諧波是電力系統(tǒng)中頻率是基頻整數(shù)倍的正弦電壓或電流。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力系統(tǒng)中有大量的非線性負(fù)荷，這些負(fù)荷在工作時(shí)存在非線性特征，即所加的電壓與產(chǎn)生的電流成非線性關(guān)系而造成的波形畸變。諧波測(cè)量首先是依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，求出各次諧波的幅值和相角，然后計(jì)算各次諧波含有率、總諧波畸變率，對(duì)電力系統(tǒng)諧波的分析方法通常采用頻域分析法，利用傅立葉算法進(jìn)行分析計(jì)算。

3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)主要是要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地監(jiān)視系統(tǒng)的電壓變化，記錄和保存電能質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)各相電壓的幅值、頻率、電壓波動(dòng)、三相不平衡度，還要記錄在故障前后的波形及各種參數(shù)，并具有分析、報(bào)警和歷史查詢等功能。同時(shí)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)多種電能質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行綜合的監(jiān)測(cè)。目前，研究電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越成為熱門，國(guó)內(nèi)很多儀器制造公司和科研院所研制出多種有關(guān)電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)儀器或裝置，足見現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。這些儀器在一定程度上協(xié)助供電部門對(duì)電網(wǎng)和電力用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要部分有數(shù)據(jù)采集終端、通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)中心工作站三大部分組成。數(shù)據(jù)采集是整個(gè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須保證實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)上的電能參數(shù)，因此，在電力系統(tǒng)的各個(gè)廠站，都有數(shù)據(jù)采集終端，每個(gè)廠站都有計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、收集及存儲(chǔ)采集結(jié)果，各個(gè)廠站也可以實(shí)時(shí)地在線顯示測(cè)量結(jié)果。各廠站收集到的采集結(jié)果也能通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心的計(jì)算機(jī)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)表，并能作出判斷，判斷各個(gè)廠站電能質(zhì)量是否合格，不合格的還可以提出建議，并發(fā)出控制命令，確保各個(gè)廠站電能質(zhì)量符合要求，從而達(dá)到了對(duì)各個(gè)廠站的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控。

整個(gè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件包括各個(gè)廠站終端軟件和監(jiān)測(cè)中心工作站后臺(tái)軟件兩部分。在各廠站數(shù)據(jù)采集終端，硬件設(shè)備具備以后，借助各個(gè)功能軟件，來(lái)完成數(shù)據(jù)采集終端的各項(xiàng)任務(wù)。監(jiān)測(cè)中心工作站后臺(tái)軟件主要是對(duì)各個(gè)廠站傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)、分析和管理。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，對(duì)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量已經(jīng)引起用戶和供電部門的足夠關(guān)注，因此對(duì)于電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的研究將會(huì)不斷地深入下去，要進(jìn)一步研究電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、分析方法、提高通用性等，并能不斷擴(kuò)展在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，使之能最大程度的服務(wù)于電力系統(tǒng)。

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