配电网电能质量实时监测与管理系统及治理措施研究

配电网电能质量实时监测与管理系统及治理措施研究

发表时间：2017-09-22T15:18:34.050Z 来源：《电力设备》2017年第13期作者：邸峰

[导读] 摘要：当前，提升配电网电能质量已经是配电网的运行目标之一，而目前的运行质量还存在一些问题

（国网河北省电力公司唐县供电分公司）

摘要：当前，提升配电网电能质量已经是配电网的运行目标之一，而目前的运行质量还存在一些问题，所以，我们有必要对配电网电能质量进行实时监测，并从管理系统的应用出发，依靠系统来进行有效的监测和治理。本文思考了配电网电能质量的实时监测方案，并思考了管理系统应用方法和治理措施。

关键词：配电网；电能质量；监测；管理；治理

前言

配电网电能质量是很多学者、专家关注和研究的课题，将配电网电能质量放入到研究的视野之中，可以为我们带来更好的借鉴和参考，也有利于我们今后更好的管理配电网。

1、电能质量监测在国内外的发展现状

目前，我国已经逐步开展配电台区监测，作为配电的基础工作，但是受到个别原因的影响，像有些地方，其测试设备过于老化、陈旧，严重影响可用率，实用性较差，无法完成预期设定的效果。以多功能电度表为主的测量装置，在监测电压质量水平时采用了电压表测量；利用便携式测试仪器来测量谐波、电压波动及闪变，对变电所的每一级母线电压以及主变压器每一侧的谐波电流、电容器组的谐波电依次进行测量。无论任何一种监测手段或是管理模式，它都会有缺陷，对电网电能质量水平及实际系统运行状况无法及时进行了解，有明显的局限性，装置、系统实时监测能力较差，且功能单一仅限于电气元件运行参数的测量。

有些国家这方面的工作早已深入研究，韩国、日本、英国、美国、德国等国家也基本上投入应用中了。配网自动化，日本属这方面发展较早的国家，其配电线自动化达到了58％，德国在56％左右，韩国在45％左右，这些国家配电自动化的基本功能虽然少但适用，应用程度较高。“自动化孤岛”现象，是目前国内外配电自动化系统都普遍存在着一个较严重的问题，信息实现共享的程度较差，无法将数据来源统一。从当今的发展形势及存在问题来分析，以后的发展趋势必将利用网络化、集成化、通用化、实时性、开放式平台，灵活采用多种技术手段，面向对象式设计，并结合灵活输电、电网结构规划、需方管理等来实现。我们眼前的首要任务就是研制并开发出适合配电网络的智能化台区监测分析系统。

2、配电网电能质量存在的问题及其危害

2.1电压偏差

用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的。当其端子上出现电压偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异。

2.2公用电网谐波

由于硅整流、可控硅换流设备、电弧炉、电焊机等各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备、客户用电设备、用电计量、继电保护带来危害，成为污染电网的公害。谐波使电网中感性负荷造成过电压，容性负载造成过电流，影响用电计量准确度，对安全运行带来危害。例如使继电保护误动，引起故障；干扰电子设备，使计算机误动作，电子设备无触发；通信回路、弱电回路产生杂音，造成故障。

2.3电压波动和闪变

无论电网低电压或高电压运行，都会给电气设备的运行带来较大的危害，照明负荷电压低，使发光效率下降，影响照度；电压下降时，经常是电动机过负荷而烧毁，同时与会使电动机的启动十分困难，反之，长期高电压运行，会对电机的绝缘造成危害；电压偏低会增加供电线路及电气设备中的电能损失；电压偏低常常会引起低电压保护装置动作，电磁开关、空气开关跳闸，影响生产的正常进行，反之，电压偏高也将引起过电压保护装置动作，电气设备的电压线圈烧毁等。电压偏高或偏低都会影响到通信、广播电视等音像的质量，影响家用电器设备的正常工作，如电压偏低电冰箱、空调等难以启动；如果电网的无功功率严重匮乏，将导致电压崩溃，系统震荡，电网瓦解，严重危及供用电安全运行。

2.4电网频率

低频率会使发动机，电磁开关等用电设备烧毁；频率下降使电动机转速下降，因而使一些产品出现废品、次品、如纸的厚薄不均、棉纱的粗细等不均；低频率运行的电网稳定性差，降低了电网应付事故的能力，稍有波动就可能导致系统的瓦解崩溃。

高频率运行同样也会产生危害，损坏设备，高频率运行时，发电机、电动机和所有生产设备的转速将增加，电压上升，往往因超过原设计要求而遭损坏，影响广播、通信、电视等音像质量。

3、配电网电能质量监测技术

实际供电系统中，电能质量危害主要体现在用户密切相关的配电系统以及低压网络中，如低压跌落问题引起的设备误跳闸；短时断电现象造成计算机服务器数据丢失；谐波问题引起用户设备不正常发热等。下面详细的分析电能质量各项指标和监测方法。

3.1谐波的测量和分析

电网谐波主要由非线性负荷产生。国际上公认的谐波含义为，谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。因此谐波次数必须为整数。

谐波的测量通常是先将采样信号经过快速傅立叶变换求出各次谐波（电压或电流）分量的实部和虚部，然后利用公式求出k次谐波的幅值和相角，最后分别求出谐波含有率、总谐波畸变率、谐波功率、谐波阻抗等。

3.2电压波动和闪变的测量

3.2.1电压波动的测量根据电压波动与闪变的国家标准GB12326-2000，电压波动是指每半个基波电压周期均方根值的一系列变动或连续的改变。在配电系统中，这种电压波形现象有可能多次出现，变化过程可能是规则的、不规则的，亦或是随机的。

3.2.2闪变的测量和分析闪变定义为，电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反应。对于电压波动与闪变问题一直难以建立精确的数学模型。因此，闪变的评价方法不是通过纯数学推导与理论证明得到的，而是通过对同一观察者反复进行闪变实验和对不同观察

者的闪变视感程度进行抽样调查，经统计分析后找出相互间有规律性的关系曲线，最后利用函数逼近的方法获得闪变特性的近似数学描述来实现的。

3.3三相电压不平衡的测量

三相不平衡系统的检测采用对称分量法把三相量分解为三组对称的正序、负序、零序分量，并以负序分量与正序分量之比作为三相电压不平衡度。三相电压U为工频电压通过滤波，得到各自的基频分量，再用对称分量法计算出负序和正序分量，可得到三相不平衡度。

3.4电压偏差的测量

电压偏差的定义为，在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差。

3.5频率的测量

电工学定义交流电在1s内的正弦参量交变的次数为频率。频率的测量可以采用以下的方法。采样数值经过去噪处理以后，通过一个45Hz～55HZ的窄带数字滤波器，保证采样数值过零点的唯一性，然后通过插值求波形过零点的时刻来求得采样信号的周期值。

3.6暂态电压指标测量

暂态电压指标测量主要包括：电压跌落，电压骤降，短时断电以及暂态过电压的统计分析等。电压骤降是指供电电压均方根值在短时间突然下降的事件，其典型持续时间为0.5～30周波。IEEE将电压骤降定义为下降到额定值90%～10%；IEC将其定义为下降到额定值的90%～1%。当供电电压下降到额定值的1%以下时，称为电压中断。对于短时断电，只需精确统计电压幅值为零的持续时间即可。

结束语

综上所述，只有从配电网的运行管理工作出发，将实时监测工作做到位，科学应用管理系统，落实各类治理措施，才能够保证配电网电能质量符合要求，避免配电网出现问题。

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，2015.67

[2]韩民晓，刘讯.分布式电源并网中电能质量相关规范探讨[J].电力设备，2015，8（1）：57-60