电能质量监测与治理

电能质量监测与治理

王卫

安徽节源环保科技有限公司 安徽合肥 230088

摘要：随着科技的发展，电力需求也大幅增长，电能质量问题日益突出。电力部和广大用户对电能质量的要求日益提高。从电能质量的概念出发，探讨了电能质量指标的含义、电能质量问题的成因、电能质量问题的危害、电能质量监测、电能质量计量的主要指标，结合实际工作中影响电能质量的各种因素，对电能质量管理、电能质量改善措施和治理方法，电能质量监测技术及提高电能质量的方法进行了分析和总结。

关键词：电能质量、质量分析、治理方法

1影响电能质量的原因

在改革之前，我国的工业水平比较落后，制造技术比较粗糙，高、精、尖、面较多，先进制造业缺乏整合性。所以，谐波引起的影响与危害不明显，电能问题也没有提到议事日程上来。一般认为，只要电网正常的运行,供电系统的电压在一定的范围内,就一定能够很好地保证电网的运行和供电系统质量。此外，从我国电网的供需情况看，80年代以前是计划经济时期，供不应求，电力用户是否供电是供不应求的主要问题。随着国民经济的发展，科学研究和家庭生产过程的高度自动化，电网的数量不断增加，计算机的技术日益得到普及,其中大量的电力线路控制系统设备和电子设备以计算机的系统为基础,不仅严重干扰了偏远地区电力供应的电能系统和质量异常,而且极大地加剧了对电能系统和质量的损失和恶化。

1.1电力系统元件存在的非线性问题

近几年来，随着以电力电子器件为代表的非线性负极的大量使用，以溢流机构为代表的各种复杂精密电器的大量使用，用户对电能质量的要求越来越高。这是各级电力局非常重视的问题。相关的技术标准也由国家制定。“合格电”指敏感设备及其设备所提供的电能。全部系统都可用于解决系统各部分的非线性问题，主要包括：发电机产生的谐波，变压器产生的频谱，以及变电站井筒中电容补偿装置等物质波。在电力系统中重力传输是一大类谐波源。

1.2非线性负荷影响

伴随着电力电子技术的发展，电力用户采用了大量的非线性装置进行时变控制：用电量不断增加，用电人之间存在着大量的非线性负向和不平衡负荷，新型发电和储能方式，室内采用高压直流输电，新型控制方式，多个非线性元件，不需要电能，造成电能质量问题的原因有：停电、速率偏差、电压下降、电压上升和瞬时脉冲等。

1.3电力系统谐波的影响

高质量的电源，最好是要有正弦电压，但在实际使用中，由于某些原因，电压波形会偏离正弦，即产生谐波。电力系统谐波也称为高次谐波，它是指某一特定频率的整数倍正弦分量(我国以工业频率50赫兹为基频)。电源系统中产生谐波的根本原因是电力供应给具有非线性阻抗特性的高次电器负荷(谐波又称非线性的电器负荷)。在电力系统工作时,这些非线性的负载将高次抗特性谐波的反馈信号传递给相应的电源,造成了供电系统中的电压、电流波形的失真,使得电能系统质量的恶化。抗特性的谐波失真率是影响电能质量的一项重要的指标。目前电力系统的抗特性谐波负荷问题已经深刻地引起了国家和社会各界的高度重视。为确保电力系统中所有电气、电子设备在电磁兼容性的基础上能够正常和谐地工作，必须采取有效措施，抑制和防止电网谐波破坏的严重后果。

2电能监测与治理的概述

由于生产自动化程度的提高，随着非线性负荷的增加，复杂、精密、灵敏的功率器件对电能质量提出了更高的要求。随着电脑的日益普及，许多计算机控制设备和电子设备不仅对电能质量十分敏感，而且对电能质量也十分敏感，而且使其进一步恶化。尤其是21世纪以来，高技术产业的迅猛发展对电能质量提出了新的要求。电力系统电能质量的研究和控制日益受到重视。为了适应时代的发展，提出了电能质量监测。电力系统电能质量监控的意义：

2.1确定电能质量的描述和分析方法。

虽然“电能质量”一词经常被提到，但是人们对电能质量的定义却有不同的看法。一般来说，“电能质量”是指“任何造成电压、电流或频率偏差的明显电力问题，都会导致用户设备故障或误操作”。IEC (1000-2-24)标准定义了“电能质量”，即“在正常工作条件下不中断、不干扰用户的电力供应设备的物理特性”。在 IEEstd.100-1999版中，将“电能质量”定义为“满足电子设备的工作条件，并能够驱动和保护电子设备，使其与主接线系统和其他相关设备相协调。”此外，“电能质量通常是指电压或电流的幅值、频率、波形等参数与规定值的偏差”。但是，“电能质量”的概念应包括供电部门需要考虑的各个方面，可分为以下三类

（1）电压与频率偏移：过电压，欠电压，频率偏移。

（2）电压与电流波形：电压跌落，电压上升，电压波动与闪烁，谐波，三相不对称

（3）持续供电：在电力系统中，由于持续供电引起的电能质量问题，主要可分为稳态供电故障和暂态供电故障。稳态电能和谐波质量事件问题的特点主要是稳态波形和失真,主要分析方式包括脉冲谐波、间谐波、波形失真和噪声;脉冲暂态谐波质量事件的问题特点主要是谐波频谱和脉冲暂态的持续时间,分析方法大致可分为脉冲电能暂态谐波质量分析法和稳态电能质量谐波暂态分析法。

2.2改善电能的方法的探讨

一般而言，通过几个关键点的测量，就可以确定整个系统的特性监测位置，通常是选择用户的电源入口、受影响的设备附近，或者是监测变电站和特定用户电源入口的能量质量，这是一项复杂的系统工程。其设计涉及电力系统，自动控制，现代化通讯等各个方面。当前乃至今后一段时期的发展，有几个问题需要解决。

（1）基础理论的研究

电力系统电能质量的基本理论研究是深入研究其本质的基础，包括统一的畸变波形线电能质量含义，各种功率成分的定义，产生机制，评价体系的研究，物理意义，科学计算方法的研究等。现在有很多定义方法可以满足不同的需求。各种方法在数学表达式、物理意义、建模和实现等方面都有很大差别，但理论上和实际中都是统一且容易被接受的表达式，还不能对电能质量进行全面的分析和评价。这种理论的不足，无疑会阻碍电能质量问题的进一步深入研究。

（2）新型算法的开发

随着现代数学和人工智能技术的迅速发展，许多跨学科、跨专业的交叉理论，使电能质量分析的模型、方法和手段呈现出极大的多样性，如何更科学地进行电能质量分析、更先进的模型来分析电能质量，提高对电网的影响，也成为电能质量算法研究领域的一个热点问题。从目前电能质量研究技术的发展趋势来看，小波分析、模糊数学方法、神经网络统计方法、遗传算法和功率交叉统计技术将被认为是未来电能质量算法的主要方向和研究技术的发展方向。利用小波分析中的模糊数学方法可以建立准确的电能数学模型，利用小波变换进行干扰数据的识别、分类和分析，利用模糊神经网络方法确定有效信息的传递和存储。它的适用范围从算法本身到算法，从算法性能改进到电能质量研究领域，这些理论的提出和日益成熟对电能质量研究产生了深远影响。

（3）电能质量监控的网络化与智能化

随着我国现代太阳能电网建设规模的发展和不断扩大,监测系统和站点的集中监测数量不断地扩大和增加,今后对电能质量的集中监测将不再仅仅局限于某一点,而是可以实现对同一供电的系统、不同的地点,甚至可以对多个供电站点系统的集中进行综合监测。从其功能上角度来讲,更加的强调了智能化,除了监测还具有集中计算、显示等功能外，还已经具备一些对干扰源判断、分析、决策等的功能,如干扰源事件的预测、故障分析与诊断、干扰源检测与识别、实时故障控制等,初步表明已经具备了实用的自动高级干扰源计算智能质量评价系统等功能,对于电能质量的分析和监测比较复杂,如何合理、全面地准确分析和处理各种高级干扰源,充分利用先进的计算机数据处理技术和先进的网络数据处理技术,实现对电能质量的分析和监测，是值得重视的问题。与此同时，电力系统电能质量监测的发展趋势也对监测系统的功能提出了更高的要求，这表明在电力系统应用领域的研究需要多种技术的融合和各领域的密切配合。

参考文献：

[1] 万青;电能质量问题及其对策[J];农村电工;2018.12

[2] 刘洪;为电能质量测试提供完整解决方案[J];今日电子;2019年07期