电能质量相关问题

电能质量的相关问 摘要 电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。本文概述了近年来国际上越来越关注的电能质量问题, 了电能质量问题的产生及日益引起关注的原因,介绍了有关电能质量的定义、分类、范围和国家等方面,研究了存在哪些影响因素会导致电能质量问题，同时研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。 关键词：电能质量；正弦波 ；影响因素 ABSTRACT The quality of the electricity power is quality of power system. The ideal power should be the perfect symmetrical sinusoidal wave. Some factors can make the symmetrical sinusoidal wave form deviation. As a result, the power quality problem is produced. This paper summarizes the power quality problems that the international pay more and more attention to in recent years, analyzes the power quality problems and reasons of the growing cause for concern, and introduces the definition, classification, scope and national standards on the quality of electric energy,  studies which influencing factors will lead to the power quality problems and research these factors can lead to what kind of problems, finally, studies how to eliminate these factors, thus maximum power is close to wave. KEY WORDS: The quality of the electricity power; sinusoidal wave; influencing factors 1、 引言 随着我国国民经济的发展, 电力网负荷不断加大, 冲击性、非线性负荷容量不断增长, 电网电压波形畸变、电压波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题越来越引起重视。这些特征量是评定电能质量的重要指标, 也是选用补偿方法、装置和技术措施的依据。 电网中的非线性、不对称及冲击性负荷增多,将产生以下不利影响: 非线性负荷产生的无功及谐波电流大量向电力系统渗透, 长期得不到治理, 增加了系统的损耗; 不对称负荷加剧了电网的不平衡度; 快速冲击负荷(如轧钢机、焊机、大型冲床等) 从电网吸收无功, 同时产生电压波动和闪变,降低电动机的有效出力, 使产品成品率降低, 缩短设备使用寿命[1]。 改善电能质量对于电网和电气设备的安全、经济运行, 保障产品质量和科学实验以及人民生活和生产的正常等均有重要意义。电能质量直接关系到国民经济的总体效益。因此人们对电能质量问题的重视并非近几年的事, 只不过早期对此认识比较简单, 主要局限在保持电网频率和电压水平( 即静态或平均偏差不过大) 上。自20 世纪80 年代以来, 随着新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量的要求不断提高, 电能质量才逐渐成为电力企业和用户共同关心的问题。目前电能质量中某些问题已成为电工领域的前沿性课题, 吸引了许多高等院校、科研院所和一大批电力科技工作者投入其中从事开拓性或开发性工作。 2、 电能质量的基本概念 2.1 电能质量的定义[1~2] 电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120°。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括： （1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。 （2）电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。 （3）供电质量：其技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。 （4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。 2.2 我国对电网的电能质量制定的国家标准[1] （1）GB 12325－1990 《供电电压允许偏差》。 （2）GB/T 14549－1993 《公用电网谐波》。 （3）GT/T 15543－1995 《三相电压允许不平衡度》。 （4）GB/T 15945－1995 《电力系统频率允许偏差》。 （5）GB 12326－2000 《电压允许波动和闪变》。该标准是在GB 12326－1990 《电冶允许波动和闪变》的基础上，参考了国际电工委员会IEC电磁兼容IEC6100-3-7等文件和标准修订后重新颁布实施的。 （6）GB/T 18481－2001 《电能质量  暂时过电压和瞬态过电压》。 2.3电能质量的分类 为了系统地分析研究电能质量现象, 并能够对其测量结果进行分析, 从而找出引起电能质量问题的原因和采取针对性的解决办法, 将电能质量进行分类和给出相应的定义或规定是很重要的。对于电能质量现象可以从不同角度分类。以下内容反映了近几年国际上在电能质量现象分类和特性描述等方面取得的研究成果。其中, 在国际电工界有影响的IEC 从电磁现象及相互干扰的方式考虑, 给出了引起电磁干扰的基本现象分类[5]: ( 1) 传导型低频现象: ①谐波, 间谐波; ②信号系统( 电力线载波) ; ③电压波动; ④电压凹陷( 骤降) 和间断; ⑤电压不对称; ⑥工频偏差; ⑦ 感应低频电压;⑧ 交流电网中的直流分量; ( 2) 幅射型低频现象: 工频电磁场; ( 3) 传导型高频现象: ① 感应连续波电压或电流; ②单方向瞬变; ③振荡性瞬变; ( 4) 辐射型低频现象: ①磁场; ②电场; ③电磁场; ④连续波; ⑤ 瞬变; ( 5) 静电放电现象( ESD) ; ( 6) 核电磁脉冲( NEMP) 。 国际电力电子工程师协会IEEE根据电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等将其进行了细分，并对供电系统典型的电磁干扰现象进行了特征分类，为准确地区分电压暂态现象提供了依据，见表1。 表1 IEEE电力系统电磁现象的特性与分类 种类 频谱成分 持续时间 电压幅值 电磁瞬态 冲 击 上升沿5ns <50ns － 上升沿1μs 50ns~1ms － 上升沿0.1ms >1ms － 振 荡 低 频 <5kHz 0.3~50ms 0~4p.u. 中 频 5~500kHz 20μs 0~8p.u. 高 频 0.5~5MHz 5μs 0~4p.u. 短时电压变动 瞬 时 中 断 － 0.5~30周波 <0.1p.u. 跌 落 － 0.5~30周波 0.1p.u.~0.9p.u. 升 高 － 0.5~30周波 1.1p.u.~1.8p.u. 暂 时 中 断 － 30周波~3s <0.1p.u. 跌 落 － 30周波~3s 0.1p.u.~0.9p.u. 升 高 － 30周波~3s 1.1p.u.~1.4p.u. 短 时 中 断 － 3s~1min <0.1p.u. 跌 落 － 3s~1min 0.1p.u.~0.9p.u. 升 高 － 3s~1min 1.1p.u.~1.4p.u. 长期电压变动 持续中断 － >1ms 0.0p.u. 欠电压 － >1ms 0.8p.u.~0.9p.u. 过电压 － >1ms 1.1p.u.~1.2p.u. 电压不平衡 － 稳 态 0.5%~2% 波 形 畸 变 直流偏移 － 稳 态 0%~0.1% 谐 波 0~100th 稳 态 0%~20% 间 谐 波 0~6kHz 稳 态 0%~2% 陷 波 － 稳 态 － 噪 声 宽 带 稳 态 0%~1% 电 压 波 动 <25Hz 间 歇 0.1%~7% 工 频 变 化 <10s                   3、 电能质量问题的产生 电能是由电力部门向电力用户提供的一种特殊产品。它是一种既经济、实用、清洁, 又容易控制和转换的能源形态, 具有产品的若干特征( 如, 可被测量、预估、保证、改善等) 。如今,电能作为走进市场的商品, 与其他商品一样, 无疑也应讲求质量。 近年来,越来越多的电力科研工作者们投入到对电能质量研究, 从技术角度讲, 提供优质电能是由供用电双方共同保证的( 可以将发电厂视为理想的正弦电压源) , 因而对电能质量日益关注的原因是多方面的,归纳起来主要有4点[3]: ( 1) 现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高。许多新的电器和装置都带有基于微处理机的控制器和功率电子器件, 它们对各种电磁干扰都极为敏感。 ( 2) 对电力系统运行总效率的重视程度不断加强, 特别在用电设备方面表现突出。但这些设备的使用又会导致电网谐波污染( 更广义的称为电气环境污染) , 致使供电电压干扰水平加重, 对电力系统安全运行带来直接的或潜在的危害。例如, 高效率电机变速驱动、为降低损耗和校正功率因数而采用的并联电容补偿器, 以及大量的用户电子设备等。 ( 3) 电力用户已提高了对电能质量的认识, 正在了解如供电间断、电压凹陷、电路通断引起的暂态现象等实际问题。为满足高效生产流程的需要, 维护用电设备的正常运行, 越来越多的用户向电力部门提出了高质量供电的要求, 甚至通过签定供电和质量的方式以获得保证。 ( 4) 电力网的各个部分都是相互联系的, 因此综合协调处理至关重要。任何一个局部的故障或事件都有可能造成大面积的影响, 甚至是重大损失。这迫使供电部门在保证向用户提供优质电力的同时, 还需极力避免遭受用电设备产生的电力干扰, 维护电网安全运行。因此电能质量已经成为一项系统工程问题。 另一方面, 关于电能质量问题也还存在许多分歧和争论, 主要表现在电能质量问题发生的原因与责任上, 供用电双方从认识和看法上往往存在很大的不同。例如, 配电系统普遍采用和经常遇到的电容器投切操作, 有可能引起暂态过电压而损坏用户设备, 也可能造成用户设备掉电, 此时用电方会简单的抱怨供电质量太差, 以至于投诉。又如, 当电网某处发生短路故障, 很可能在一些负荷公共连接点出现不同程度的短时电压凹陷, 其结果造成某工厂的变频驱动装置掉电。由于目前电力部门还缺少对类似现象的监测记录与统计, 供电方可能会认为对该工厂的电力供应是正常的。再如, 由于用户电气设备硬件老化、软件不成熟或者控制系统不可预知的错误动作等等, 可能引起故障而使电能质量受到影响。从中也可以看到,引起电能质量问题的原因有时是多方面的, 因此不能简单地把某一事件只同一种特殊的起因联系起来。