电能质量工程

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1、电能质量工程0.引言电能质量可以不严格的定义为：电力部门提供给消费者的电力服务的质量。当波形发生畸变时，电压很难稳定；谐振和摇摆随之发生；某些瞬时事件的发生使得正弦波扭曲；电能利用率下降。以上诸情况均可称为电能质量的下降。不论是发电还是用电，电能质量工程这一课题真正涵盖了电力工程的大部分领域，它伴随着电力工程的诞生就一直是该领域中的一个令人感兴趣的话题，并且，由于当今时代的某些因素使得该话题已经成为焦点话题。大功率半导体开关器件的诞生以及在用电、配电、送电设备上的广泛使用使得非正弦负载电流现象普遍存在。送电、配电过程中的损耗问题近几年得到了广泛的研究，研究表

2、明：有些类型的电能质量下降将会导致损耗的增加。综上所述，电能质量问题已经成为当今电力工程领域里的一个亟待解决的问题。1.电能质量指数电能质量指数产生于电能质量工程学的早期。它是一些量化指标，用以度量电能供应质量的高低。表1列出了一些最通用的指数。在有些指数中用到了电压或电流的谐波成分。例如，对于负载电流，当假设它为周期信号时，我们可把它展成为付立叶级数得形式，并令I1表示基频分量，I2表示第二谐振分量，以此类推。Irms表示I(t)的有效值。Parseval原理给出了谐波成分与电流有效值之间的关系：表1中wi表示电话影响因素，h表示谐波数，正负电流分别表示为

3、I+和-I-.2.电能质量问题的分类对于电能质量问题以及它所涉及的问题我们有多种方式对其进行分类。一种方法是通过电能质量问题对频谱所造成的影响来分（例如噪声为高频现象，闪烁是一种低频现象）。人们常常也会用该问题的强度来对其进行分类。也许最有效的分类方法是利用与稳态相关的一些量来对电能质量问题进行分类，如利用对应于某些过去发生的、经常被隔离处理的重大事件的谐波（整数倍于工频）来对其分类。表1中的指数可作为表征这类事件的指标。3.理想整流器公式电能质量工程正逐步发展成为信号分析的一个特殊分支。从这一点来看，现有的许多公式都可用来解决电能质量的相关问题。表2给出了

4、一组理想整流器公式。表中所有的电压和电流为有效值，单位为安培和伏特。Vac为交流基频量，Ls为旁路电感，Vdc为直流电压，LL为线对线，u是换相角，Is为交流电流有效值，P为所有交流侧及直流侧的功率总和（公式为理想状态，无损耗）。整流器的延迟角为α，频率为ω，直流电感的定义基于理想意义下：直流侧为纯粹直流。整流器是一重要的谐波负载电流源。整流公式给出了理想条件下的电流与电压之间关系的表达式，这里的理想条件是指：假设整流器的损耗为零，直流侧的电感足够大。公式是建立在理想条件值上，因此实际使用这些公式时请谨慎使用。注意基频电压和基频电流之间的转换系数为功角的余弦

5、，功率因数为P/VrmsIrms。4.电能质量监视技术的发展趋势随着人们对PQ关注程度的不断提高，用来表征和监视干扰和PQ变化的监视设备越来越先进。分析工具可以提供诸如干扰波形、趋势以及有关统计型指标的PQ信息。通过与库中的典型PQ特性及相关系统事件（如电容器的投切）特性进行对比，引起PQ发生变化的原因就不难被发现。在各种方法中，要求提供的数据应与冲击（由干扰引起的）相关，只有这样才能准确刻画终端设备对于PQ变化的灵敏性。对于那些对电能条件及保护措施有特殊要求的设备，如果其保护装置能够基于PQ变化特性来进行设计，这种设计无疑对系统是有很大好处的。了解电力系统

6、的特性已经变得越来越重要。由瞬时干扰、电压下陷、谐波干扰以及电容器的投切引起的电能质量的变化都会给用户操作带来冲击，由此造成的减产及停产均会造成重大经济损失。可靠性及电能质量是数字经济及工业控制的关键及必要条件。电力部门必须能够刻画和评估系统任何水平下的特性。用户可利用这一特性指标计算冲击对其造成的影响以及PQ改善后所带来的经济效益。这种特性指标信息为整个电力部门所分享，因此故障区域可及时被确定而且故障可及时被解除。不间断地监控系统性能的检测技术是非常有用的，而且借助于互联网，各用户可分享自己感兴趣的所有信息。4.1为什么要监控PQPQ监视器已经用于工业、商

7、业及住宅小区系统。一旦故障发生，监视器可以监视故障，并能给出解决问题的可行方法。对于故障分析软件来说，PQ监视器是必不可少的，但固定监视器的需求已经开始减少，逐步由便携式指示器所代替。PQ监视器正逐渐成为全系统性能评估程序中必要组成部分。统一照明器（UnitedIlluminating）是一个很好的例子。所有变电站都安有固定PQ监视器，通过内部信息网，各级用户可不间断的获得由PQ监视器提供的信息。PQ监视器的好处主要有：了解电能质量及可靠性。从用户的角度上说，任何条件下引起其设备发生故障或工作流程发生误操作的事件均属于可靠性范畴的问题。监控系统将根据UI（统

8、一照明器）在用户设备上所受的冲击来表征和刻画系统的特