配电网电能质量的监测与控制

配电网电能质量的监测与控制

王力牛雪洲成福雳张逢雪

（国网菏泽供电公司山东菏泽274000）

摘要：当前，随着经济建设的发展，对于电力的需求越来越大，与此同时，加大了配网的建设力度。对于电力系统而言，电能质量是现代化电网所要面临和需要解决的问题。因此，建设电能质量监测系统，对系统和重要负荷的电能质量状况进行实时监测，是改善电能质量环境，减少劣质电能造成损失的必要手段。基于此，文章就配电网电能质量问题以及在线监测与控制方法进行了简要的分析。

关键词：配电网；电能质量；监测；控制

1、配电网电能质量问题

1.1、谐波污染

谐波是指电网中非基波（50Hz中国）的其他频率的电流或电压，如高次谐波，谐波属于无功类别。谐波来源有以下几方面：第一，用电设备产生；第二，电压质量低产生；第三，输配电系统产生。

对于配电网谐波分量来说，一般都是因系统中负荷以及电力设备非线性特征所导致的，当有电网正弦基波电压对非线性负荷的两端产生作用时，负荷在施加电压以及吸收电流方面则存在着不能够保持一致的情况，所产生的畸变电流则会对电力设施造成影响。当谐波产生后，其则会对保护继电器动作特性产生影响，在使继电保护自动装置出现不动作以及误动作的同时导致区域出现电网瓦解情况，并很可能因此导致大面积停电事故。电动机以及发电机定子绕组在运行中也可能产生附加损耗，并伴有振动、发热现象，设备运行效率大打折扣。同时，大量谐波电流、电压的存在会增加电网线路损耗，在使设备过热，进而导致电费等运行成本增加，并且会降低通信系统的通信质量。

1.2、电压偏差

系统无功功率无论是存在欠缺情况还是多余情况都将使系统电压偏移。如果电压偏移持续时间较长，将对系统运行稳定性产生不良影响，并导致机械使用效率降低、电气设备绝缘性遭到损害、电动机转矩减小、照明设备运行出现问题、产生高次谐波电流以及电容器无功输出减少等问题，这对系统安全运行来说十分不利。

1.3、电网频率偏移

在电网运行中，频率偏移是对其运行质量进行衡量的一项重要指标，是系统基波频率偏移额定频率的程度。该种情况之所以出现，发电机有功负荷同有功出力两者间不平衡情况的存在是导致该问题出现的主要原因，如果系统在频率方面具有较大的变化，则会对电厂以及用户产生不利影响：

第一，使汽轮机叶片因此具有了更大幅度的振动，在对机械使用寿命造成影响的基础上导致裂纹出现；第二，在使滤波器失谐的情况导致电容无功功率因此存在变化；第三，因电动机转速降低对电厂的出力产生影响，并因频率下降对产品质量产生影响；第四，将对系统中部分测控设备产生影响，使其不能够正常工作；第五，对电动机的输出功率以及转速产生影响，影响到机械设备效率；第六，对变压器激磁电流以及异步电机进行增加，在增加无功功率的情况下也对配电网系统电压产生影响。

2、配电网中电能质量监测与控制

2.1、傅立叶变换法

该方式是由法国数学家傅立叶所提出的对平稳周期信号进行分析的一种方式，具有着计算速度快、算法实现简单以及意义明确等优点，目前已经较为广泛的应用在继电保护运算、电能质量检测、信号处理以及谐波分析等领域当中。在该方式中，其将傅立叶级数分析作为工作开展基础，当周期信号较为平稳时，如果数据采集设备能够对同步采样进行实现、且对其达到最高信号频率2倍以上的条件进行满足，则能够将所获得的畸变信号实现傅立叶快速变换，在将其分解为不同谐波分量、基波分量形式的基础上更为准确的对不同谐波幅值、频率以及相位信息的获得。对于以上条件来说，如果信号以及采样频率不能够对上述条件进行满足，在进行傅立叶方式进行分析时则会出现频谱泄露以及频谱混叠现象，并因此对质量检测的准确性产生影响。此外，在对该变换方式进行应用时，需要对整个时间段中的积分进行考虑。并不能够对时间信息进行充分的利用，如果此时信号点存在突变情况，则会在整个频带中都分散频谱，并不能够对局部信号进行彻底分析，从该特点则可以了解到，该变换方式在非平稳信号分析方面不是非常适用。

2.2、小波变换法

该方式是一种信号时间-尺度的分析工具，是傅立叶变换思想的延伸以及发展，具有多分辨率分析的特征。同傅立叶方式不同，该方式能够对频率-时间窗口的形状进行自动改变，以此对频率同时间分辨率间存在的矛盾进行解决，无论在频域上还是时域上都具有较好的局部化特征，能够应用在不平稳以及突变信号的分析当中。该方式在实际应用中，能够在联系不同信号频率成分的基础上实现空间域以及时域采样频率的自动调节，即在频率值较高时以较密的方式进行采样、当频率较低时则以稀疏的方式进行采样。由于小波变换具有上述特性、且衰减速度较快，则属于暂态特征波形，对此，通过该种方式能够按照逐级的方式对参考信号平滑、细节方面的信息进行提取，并将其应用到谐波检测、间谐波分析以及电能质量监测等方面，在数据压缩、信号处理以及图像处理等方面得到了较为积极的应用。同时，对于该技术来说，其在具有较多优点的同时也存在一定的不足，即分析结果同小波变换函数的选取间具有较为密切的联系，如果没有做好小波函数的选取，就会在较大程度上对分析结果产生影响，因此，该方式在实际应用中需要重点把握。

2.3、dq变换法

该方式最早在电机磁场定向控制方面进行应用，是将参考坐标自旋转电机从定子侧实现到转子侧方面的坐标变化，可以在旋转坐标系中通过正交直流分量的应用对原有静止的三相对称交流分量进行代替，以此对交流电动机转矩控制进行实现。通过该种方式的应用，则能够有效识别电力系统电压扰动情况，但在实际应用中，由于该扰动情况并非完全三相对称，对此，则不能以dq变换方式对三相系统的电压扰动进行直接分析。

2.4、S变换法

该方式实质为一种时频分析方式，通过频率倒数的应用对高斯窗尺度大小进行确定，并在此基础上实现多分辨率分析。该方式可以说是短时傅立叶以及小波变换思想的延伸与组合，同小波变换方式相比，该方式即在特定波基变换基础上同一个相移引子进行相乘，可以说是对连续小波变换的相位修正。同短时傅立叶方式相比，该方式高斯窗口的宽度以及高度都将随着频率发生变化，能够对傅立叶分析过程中宽度、高度固定不变的缺点进行克服。从该特点则可以了解到，该方式不仅具有小波变换频域局部化以及时域特性，且小波基也不需要对容性等优越条件进行满足。

总而言之，随着配电网中非线性负荷的快速増加、分布式新能源的大规模接入以及工业用户要求的不断提高，电能质量问题越来越受到供、用电各方的关注。本文以配电网电能质量问题为研究对象，较全面和深入的对电能质量的定义、分类、标准、指标等方面做了广泛研究，设计了集成化的电能质量监测装置，并针对某县配电网中存在的典型电能质量问题进行了统计分析，提出有效的改善和控制措施。

参考文献

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