电能质量相关问题

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, 分析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、范围和国家标准等方面,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 上升沿5ns 持续时间 <50ns 50ns~1ms >1ms 0.3~50ms 20μs 5μs 0.5~30周波 电压幅值 － － － 0~4p.u. 0~8p.u. 0~4p.u. <0.1p.u. 冲 击 电磁瞬态 振 荡 上升沿1μs 上升沿0.1ms 低 频 中 频 高 频 中 断 <5kHz 5~500kHz 0.5~5MHz － － － － 短时电压变动 瞬 时 跌 落 升 高 0.5~30周波 0.1p.u.~0.9p.u. 0.5~30周波 1.1p.u.~1.8p.u. 30周波~3s <0.1p.u. 暂 时 中 断 跌 落 升 高 中 断 短 时 跌 落 升 高 持续中断 长期电压变动 欠电压 过电压 电压不平衡 直流偏移 谐 波 波 形 畸 变 间 谐 波 陷 波 噪 声 电 压 波 动 工 频 变 化 － － － － － － － － － － 0~100th 0~6kHz － 宽 带 <25Hz 30周波~3s 0.1p.u.~0.9p.u. 30周波~3s 1.1p.u.~1.4p.u. 3s~1min 3s~1min 3s~1min >1ms >1ms >1ms 稳 态 稳 态 稳 态 稳 态 稳 态 稳 态 间 歇 <10s <0.1p.u. 0.1p.u.~0.9p.u. 1.1p.u.~1.4p.u. 0.0p.u. 0.8p.u.~0.9p.u. 1.1p.u.~1.2p.u. 0.5%~2% 0%~0.1% 0%~20% 0%~2% － 0%~1% 0.1%~7% 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, 甚至通过签定供电合同和质量协议的方式以获得保证。

( 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。

综上所述, 现代电网与负荷构成出现的变化是工业生产不断发展的必然结果, 这有利于电力用户提高生产率并获得更大的经济效益。同时, 采用高效电力负荷设备可大量节约能源、延缓用电需求, 从而节省电力建设所需的大量投资。因此提高供电质量、满足生产发展的需求已经成为供用双方共同的愿望。深入分析和研究电能质量问题, 探寻在一定条件下发生电磁干扰的因果关系, 明确责任和义务, 是电力工业适应市场竞争和可持续发展所必须的。

4、 电能质量问题的概述

电能质量包括电压质量和电流质量。电压质量问题包括电压闪变、瞬时过电压或跌落、谐波畸变、各相电压不平衡等情况; 电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变, 包括流入电网的谐波电流、无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。

（1）电力系统频率

电力系统频率是指电力系统统一的一种允许参数，国家标准GB/T 15945－1995 《电力系统频率允许偏差》规定以50Hz正弦波作为我国电力系统的标准频率（工频），并规定电力系统正常的频率标准为50Hz±0.2Hz。当系统容量较小时，可放宽到50Hz±0.5Hz。但GB/T 15945－1995 《电力系统频率允许偏差》中并没有说明系统容量大小的界限，全国供用电规则中规定了供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3000MW及以上者为0.2Hz；

电网容量在3000MW以下者为0.5Hz。实际运行中，我国各跨省电力系统频率的允许偏差都保持在＋0.1~－0.1Hz。因此，电压频率目前在电能质量中最有保障。 （2）供电电压允许偏差

供电电压允许偏差是指电力系统各处的电压偏离其额定值的百分比。目前，GB12325－1990 《供电电压允许偏差》中规定：电压允许偏差是在正常运行条件下应保持电网各点电压在额定的水平上。其中：35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的＋5~－5％；10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的＋7%~－7％；低压照明用户为额定电压的＋5％~－10％。

由于电网各点的电压调节不同于频率的调节，可由电网统一进行，又由于电网各点电压主要反映了该点无功功率的供需关系，因此电压调节一般采取了无功就地平衡的方式进行无功功率补偿，并及时调整无功功率补偿量，以从源头上解决问题。也有采取调整同步发电机励磁电流的方式，以产生超前或滞后的无功功率，从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的。还有利用有载调压变压器，采取对电压偏差及时调整的方式。因为从总体上考虑，无功负荷只宜补偿到功率因数0.90～0.95，但仍然有一部分变化无功负荷要电网供给，从而产生电压偏差，这就需要分区采取一些有效的技术手段，而有载调压变压器就是有效而经济的措施之一。 （3）三相电压不平衡度

三相电压不平衡度是指三相系统中三相电压的不平衡度程度，用电压或电流负序分量与正序分量的均方根百分比表示。三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量4％的状态下运行，由于发热，电动机绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。

我国目前执行的GB/T 15543－1995 《三相电压允许不平衡度》规定了电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，同时规定了短时的不平衡度不得超过4％，其短时允许值的概念是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证继电保护和自动装置正确动作。对接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3％[4]。 （4）电压波动和闪变

电压波动和闪变是指电压幅值在一定范围内有规则变动时，电压最大值与最小值之差相对额定电压的百分比，或电压幅值不超过0.9p.u.~1.1p.u.（标幺值）的一系列随即变化。这种电压变化被称为闪变，以表达电压波动对照明灯的视觉影响。因此，闪变是说明对不同频率电压波动引起灯闪的敏感度及引起闪变刺激性程度的电压波动值，是人眼对灯闪的一种主观感觉。

对用户负荷引起的闪变限制，是根据用户负荷的大小、协议用电容量占供电容量的比例及系统电压等级规定的。电力系统公共供电点由冲击负荷产生的电压波动允许值的百分数，分三级作不同的规范和限制。

①10kV及以下为2.5 ②35～110kV为2.0 ③220kV及以上为1.6

GB 12326－2000《电压允许波动和闪变》特别规定了各级电压下的闪变限制值，它适用于由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能造成人对灯闪明显感觉的场合。 （5）电压谐波

电压谐波是指电力系统各公共连接点的电压谐波含有率允许值。国际电工委员会文件IEC61000－3－6 《中、高压电力系统畸变负荷发射限制的评估》提出了决定畸变负荷接入电网时所作评估的一些基本原则和评估程序。其目的是将电网的谐波电压限制到对所有用电设备不致造成有害影响的水平（兼容水平），保证对接入电网的用户都有合适的供电质量，并提出了电网谐波的兼容水平、规划水平和发射水平三个方面的标准。我国目前执行的电压谐波标志是GB/T 14549－1993 《公用电网谐波》，标准中对电网0.38，6，10，35，66，110kV电压等级公共连接点的电压谐波含有率允许值做了明确的规定。 （6）间谐波

间谐波是指不是工频频率整数倍的谐波。间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷如电弧炉、电焊机，各种变频调速装置，同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波源，电力载波信号也认为是一种间谐波。

间谐波源的特点是放大电压闪变和对音频干扰，影响电视机画面及增大收音机的噪声，造成感应电动机振动及异常。对于采用电容、电感和电阻构成的无源滤波器电路，间谐波可能会被放大，严重时会使滤波器因谐波过载而不能投运，甚至造成损坏。间谐波的影响和危害等同整数次谐波电压的影响和危害已成共识，IEC 61000－3－6对间谐波的发射水平作出了明确的说明，如间谐波电压水平应低于邻近谐波水平，并规定为（0.5%~1%）UN。我国目前还没有制定相应的国家标准给出限制规定。 （7）暂时过电压和瞬时过电压

①暂时过电压是指在给定安装点上持续时间较长的不衰减和弱衰减的（以工频或其一定的倍数、分数）振荡的过电压。

②瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。它可以叠加于暂时过电压上。

③暂时过电压和瞬态过电压使由于电力系统运行操作，或遭受雷击，或发生故障等因素引起的，是供电特性之一。新颁布的国家标准GB/T 18481－2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》，规定了作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压要求、电气设备的绝缘水平及过电压保护方法，并对过电压的相关术语、定义做了比较详尽的论述。 （8）电压暂降和电压上升

电压暂降是指由于系统故障或干扰造成用户持续时间0.5周波至1min内下降到额定电压或电流的10％～90％。即幅值为0.1p.u.~0.9p.u.（标幺值）时系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平。国际上普遍认为，电压幅值低于0.1p.u.（标幺值）或大于0.5个周波的供电中断对敏感用户和严格用户而言都属于断电故障。电压暂降可能造成某些用户的生产停顿或次品率增加，而供电恢复时间取决于自动重合闸或自动功能转换装置的动作时间，因此传统的机械式断路器已不能满足对敏感和严格用电负荷的要求，目前主要采取的方案是利用高速固态切换开关SSTS、动态电压恢复器DVR或利用不间断电源UPS作后备电源并配合固态电子开关等措施。

电压上升是指电压的有效值升至额定值的110％以上，典型值为额定值的110％～180％称为电压上升，即暂时性超过标称值10％以上，系统频率仍为标称值，持续时间为0.5周波～1min，幅值为1.1p.u.~1.8p.u.（标幺值）。 (9)断电和电压中断

断电是指由于系统发生故障，造成用户在一定时间内一相或多相失去电压，低于0.1p.u.称为断电。断电按持续时间分为三类：其一，0.5~3s称为瞬态断电；其二，3~60s称为暂时断电；其三，大于60s称为持续断电。

电压中断是指断电的持续时间大于3min。

断电和电压中断往往是由于电力系统故障引起的，如供电线路遭受雷击、对地闪络，或是系统线路发生外力破坏致使保护动作等。由于短时失电后又重合闸，致使电压突然跌到零或接近零。电压中断将致使一些用户生产停顿，造成重大的经济损失或产生严重的后果。 (10)电压瞬变

电压瞬变又称为瞬时脉冲，是指在一定时间间隔内，两个连续稳态之间的一种在极短时间内发生的现象或数量变化。

这种瞬时脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是第一个峰值为任意极性的衰减振荡波，即发生在任一极性阻尼振荡波的第一个尖峰。 (11)过电压和欠电压

过电压是指电压幅值超过了标称电压，且持续时间大于1min。过电压的幅值为1.1p.u.~1.2p.u.（标幺值）。

欠电压是指电压幅值小于标称电压，且持续时间大于1min。欠电压的幅值为0.8p.u.~0.9p.u.（标幺值）。 (12)电压切痕

电压切痕（也称为电压缺口）是指一种持续时间小于0.5周波的周期性电压扰动。电压切痕主要是由于电力电子装置在有关两相间发生瞬态短路时，电流从一相转换到另一相而产生的。电压切痕的频率会非常高。用常规的谐波分析仪器很难测量出电压切痕，这就

是过去从未有过的此项电压扰动的内容，直到最近才被国际电力电子工程师协会IEEE列入的主要原因。 (13)稳态电压扰动

稳态电压扰动是指以电源电压波形畸变为特征而引起电能质量污染的各种稳态电能质量问题。稳态电压扰动主要包括：

①谐波。其特征指标是出现谐波频谱电压和谐波频谱电流的波形。 ②陷波。其特征指标是陷波的持续时间及幅值大小。 ③电压闪变。其特征指标是波动幅值、调制频率等。

④三相电压不对称。其特征指标是不平衡因子，产生的主要原因是三相负载不平衡。 (14)暂态（瞬态）电压扰动

暂态（瞬态）电压扰动是指电源电压的正弦波形受到暂态（瞬态）的电压扰动而发生畸变，引起电能质量的污染的各种问题。暂态电能质量问题是以频谱和暂态持续时间为特征的，一般分为脉冲暂态和振荡暂态两种类型。暂态（瞬态）电压扰动的主要特征包括：

①暂态谐振。其特征指标是波形、峰值和持续时间，产生的原因是由于线路、负载和电容器组的投切，造成的后果是破坏运行设备的绝缘、损坏电子设备等。

②暂态脉冲。其特征指标是电压上升时间、峰值和持续时间，产生的原因是线路遭受雷击或感性电路分合等，造成的后果是破坏运行设备的绝缘。

③瞬时电压上升或暂降。其特征指标是幅值、持续时间、瞬时值/时间，产生的原因通常是由于大容量电动机启动、负荷瞬变、电力系统切换操作或远端发生故障等引起的，这是电力用户投诉最多的一种电压扰动，这是因为瞬时电压上升或暂降可能造成用电设备发生运行故障、敏感负载不能正常运行等后果。 (15)什么是动态电能质量问题

国际电力电子工程师协会IEEE将电磁系统中典型的暂态现象进行了特征分类，主要列出了暂态和瞬态扰动现象，根据扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等，将其分为瞬时、短时和长期的电压变动三大类，在此基础上又进一步细分出18个子类。其中，短时电压变动，尤其是电压中断和跌落已成为国际上所关注的问题。这些问题对于具有较强惯性距的传统电机设备也许没有明显的影响，但对敏感和严格的用电负荷，如集成电路芯片制造和微电子控制的生产流水线等，将可能造成极大的危害，并已成为现代电能质量的重要问题，使电能质量的内涵也发生了较大的变化。

①传统的电能质量问题，如谐波、三相不对称等继续存在，而且严重性正在增加。 ②目前，随着供电可靠性的不断提高，人们已逐步将注意力转向新的动态电能质量问题。如持续时间为毫秒级的动态电压升高、脉冲、电压跌落和瞬时供电中断等。

电力系统中各种扰动引起的电能质量问题可分稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征, 主要包括谐波、间谐波、波形下陷以及噪声等; 暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征, 可分脉冲暂态和振荡暂态两大类。电力系统中各种电

能质量扰动的性质、特征指标、产生原因、后果以及解决方法见表2。

表2 电能质量问题的性质、产生原因及解决方法

类型 扰动性质 特征指标 谐波频谱电产生原因 后果 解决方法 有源、无源滤波 非线性负载、设备过热，继电保固态开关负护误动，设备绝缘载 破坏 谐波 稳态 压，电流波形 三相不对称 稳态 设备过热，继电保静止无功补不平衡因子 不对称负载 护误动，通信干扰 偿 持续时间、幅值 波动幅值、出计时器计时错误，电容器、隔离调速驱动器 通信干扰 电感器 电弧炉、电机伺服电机运行不静止无功补启动 线路、负载和电容器组的投切 闪电电击线避雷器 正常 偿 滤波器、隔离变压器避雷器 陷波 稳态 电压闪变 稳态 现频率、调制频率 波形、峰值、持续时间 谐振暂态 暂态 设备绝缘破坏、损坏电力电子设备 脉冲暂态 暂态 上升时间、峰路，感性电路设备绝缘破坏 值、持续时间 开合 幅值、持续时远端发生故设备停运、敏感负瞬时电压上升，瞬时电压下降 稳态/暂态 暂态 不间断电源、动态电压恢复器 间、瞬时时间 障、电机启动 载不能正常运行 不正常接地、幅值、频谱 固态开关负载 噪声 微处理器控制设正确接地、滤备不正常运行 波器 我国对因非线性负荷、谐波、不对称、长期低(过) 电压等稳态电能质量问题已有广泛的研究, 并取得较大进展。由于动态电压质量问题比完全供电中断发生的概率大得多, 几个周波的瞬时供电中断或电压跌落都将造成巨大的经济损失, 因此动态电压质量问题日益受到关注, 是近些年伴随着信息技术的普及推广而暴露出来的新的电能质量问题。关于电能质量扰动问题一直引起各国的密切关注, 对电能质量的要求也不断在改变。图1为

几种主要动态电压质量问题波形示意图。

图1 主要动态电压质量问题波形示意图

各动态电压质量问题对系统造成的危害中, 电压跌落和瞬时供电中断被认为是影响用电设备安全运行最严重的电压质量问题。电压跌落已严重干扰用电设备尤其是电子类设备正常工作, 同类型不同品牌的用电设备对电压跌落的敏感度差异都很大,这表明电压跌落所造成的危害还与设备自身的特性以及用户的要求密切相关, 因此要消除或抑制电压跌落的影响, 需要供电方、设备制造方以及用户的协力合作。在信息社会里, 电能质量问题、尤其是动态电压质量问题显得越来越不可忽视。研究结果表明, 电子类用电设备、自动化程度高的设备以及工序复杂的生产过程对电压跌落比较敏感, 并且版本越新的电子产品对供电质量越敏感。产生电压跌落和供电中断的主要原因为超高压电网故障自然造成大范围配电网的电压波动; 雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电; 系统故障。另外, 保护动作后重合闸引起的电压跌落也是造成瞬时供电中断的主要原因, 电压跌落次数将成倍增加, 并且在规定时间间隔连续跳闸。

5、 改善电能质量的意义及措施

（1）从市场经济的商品质量这个普遍意义讲, 了解电能质量, 改善电能质量是必不可少的。可简要概括为以下几点:

①是电力系统安全( 包括用户设备的用电安全) 、稳定、经济运行的必要条件, 是电网运行水平高。

②是提高国民经济总体效益、用电效率( 节能、降损) 和改善电气环境, 以及工业生产可持续发展的技术保证。

③是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段。

④通过建立和健全电能质量的全面管理, 保障各行各业的正常用电秩序, 为千家万户提供信得过的产品。随着电能质量标准的制定和实施, 电能质量监督管理法规体系的逐步建立, 必将大大促进设备制造厂家提高其设备与电源系统的兼容性, 在促进电力用户在提高产品生产率、使用高性能设备的同时,严格限制对电源系统和其他设备的电磁干扰, 并且促使供电部门加强电能质量的技术监督与电网的运行管理, 采用先进的技术措施,

推动电能质量的监测与控制的研究和开发, 保证提供合格的电能和优质的服务。

（2）改善电能质量的措施

保证电能质量的方法有两种, 一是进行负荷调整, 使负荷减少敏感程度(很难做到), 如遇负荷电能质量要求特别高而单靠电力企业确实无法在短时期满足其要求时, 必须和用户共同采取必要措施, 以降低负荷敏感程度和电能质量不良程度。二是改进电力网, 由电力企业安装必要的设备以抑制或抵消电力扰动。

目前能提供的商业性设施主要是第2种方法。这些容量大小尺寸不同的设施可以安装在电力系统的各级电压上(高压、中压和低压) , 并根据经济可行性和所需的可靠性来决定选择这些设施及其连接点。如在抑制或抵消和快速响应有关电力扰动时, 往往采用大功率电力电子装置, 而常规措施(如校正功率因数的电容器组)则能很好地适用于稳态电压调整。

常见的电能质量调节装置的功能比较单一, 如动态电压恢复器DVR、有源滤波器APF等, 能够较全面地实现用户电能质量调节的装置为综合电能质量调节器UPQC (U nified PowerQuality Conditioner)。UPQC 的主电路由一个串联逆变器和一个并联逆变器通过一个电容耦合。并联逆变器采用PWM电流控制技术, 进行非线性负载的谐波电流及无功补偿, 并起调节电容直流电压的作用。串联逆变器采用PWM电压控制技术, 通过控制其输出电压达到抑制电压谐波、降低电源电压波动对敏感负载的影响, 图2为综合电能质量补偿器的结构[6~9]。

图2 综合电能质量补偿器

由于UPQC 兼有串、并联补偿器的结构特征,可同时改善网络电流和电压波形, 能够解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题。

6、 总结

电能质量是电力工业发展水平的主要标志之一, 电能质量直接关系到国民经济的总体效益。我国电能质量标准体系已基本建立，但是在执行方面还有不少问题，主要体现在电能质量评估和控制环节【10】。本文针对电能质量的基本概念做了简单介绍，详细分析了电力系统出现的电能质量问题，同时对电能质量问题改善措施做了概括，由于能力有限，

论文中可能会有许多错误，还希望老师加以批评指正。

参考文献

[1] 肖湘宁. 电能质量分析与控制[M].北京: 中国电力出版社, 2004.

[2] 姜祥生, 江洪业. 电能质量的新概念[J] . 江苏电机工程,2002, 21 ( 5) : 54. [3] 肖湘宁, 徐永海. 电能质量问题剖析[J] . 电网技术,2001, 25 ( 3) : 67- 69. [4] 林海雪, 电力系统的三相不平衡[M] . 北京: 中国电力出版社. 1998.

[5] 林海雪. 现代电能质量问题的基本问题[M] . 电网技术.2 0 0 1 年1 0 月,第25 卷第10 期. [6] 杨洪耕,肖先勇,刘俊勇, 电能质量问题的研究和技术进展 . 电力自动化设备.2004年3月. 第24卷第3期.

[7] 王鹏宇, 郝东鸣, 电能质量问题与解决措施[M] . 东北电力技术. 2008年第9期. [8]烟凤兰 ,电能质量问题和对策. 太原科技.2003年第3期.

[9] 吴小丹. 电能质量问题与解决方法 . 中国科技信息,2005 年第20 期.

[10] 李建明, 罗亚桥, 王正风, 王正风. 电能质量治理若干问题的讨论 . 电力电气²2011年第30卷第17期.