电能质量检测计算的探索 李其昌

电能质量检测计算的探索李其昌

发表时间：2018-03-09T10:09:50.930Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：李其昌[导读] 摘要：随着我国国民经济和社会各项事业的发展，电力用户对电能质量的要求越来越严格，对电能质量进行综合评估越来越重要。

（三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌 443002）摘要：随着我国国民经济和社会各项事业的发展，电力用户对电能质量的要求越来越严格，对电能质量进行综合评估越来越重要。本文综述了电能质量的指标概念、国家标准，并结合相关文献总结出了检测计算方法。

关键词：电能质量；电压偏差；频率偏差；电网谐波；电压波动；

0 引言

党的十八大以来，党中央提出了治国理政的新理念，以“五大发展理念”为引领,秉承绿色发展的理念，不断催生着能源结构的需求与变动，电能由于自身的经济性和清洁性受到各行各业的青睐。优质电能可提升工农业生产产能，保障人民生活质量；劣质电能会降低生产效率，严重的会损坏设备，甚至危及人的生命安全。

电能质量本质上是指优质供电，主要包括四大部分：电压的质量、电流的质量、供电的质量和用电的质量。电能质量问题可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等[1]。

近年来，电能质量问题得到了世界范围内的普遍关注，一方面是用电负荷物理特性愈发繁琐复杂，多种类型的负荷因生产需求接入电网。另一方面，众多数字化的精密仪器为进行复杂的数据处理的计算而接入电网，这些设备对供电质量的要求越来越高[2-4]。

由此看来，电能质量在电网中的实时监控检测显得十分迫切必要。本文综述了电能质量国内外发展现状，研究电能指标检测的计算方法。

1 国内外研究现状

随着我国电力市场迅猛发展，《电力法》应运而生[5]。1995 年通过了此法案的提议，1996 年 4 月 1日开始实施。《电力法》规定：“供电企业应当保证供给用户的供电质量符合国家标准”（第二十八条），“上网电价实行同网同质同价”（第三十七条）。国家技术监督局先后颁布了六项电能质量相关标准，分别是：《电能质量供电电压允许偏差 GB/T 12325-2003》[6]、《电能质量电压波动和闪变 GB 12326-2000》[7]、《电能质量公用电网谐波 GB/T 14549-1993》[8]、《电能质量三相电压允许不平衡度 GB/T 15543-1995》、《电能质量电力系统频率允许偏差 GB/T 15945-1995》[9]《电能质量暂时过电压和瞬态过电压 GB/T 18481-2001》。我国对于电能质量的研究，目前仅停留在理论层面，迄今还没有建立起全国面积大范围的电能质量监测系统[10]。从设备方面来看，我国现已投入运行的电能质量检测仪表，数字化程度不高、检测仪功能单一，也是制约发展的重大因素。相对于其他发达国家而言，我国在该领域的研究仍处于落后的状态[11-13]。

国际上对于电能质量的研究最早追溯到上世纪80年代的电磁兼容学科[14]，电能质量问题可以看作是EMC学科研究的传导低频现象。之后在1992年，欧洲的电工标准委员会发布《公用配电系统的供电特性》草案，对电能质量问题作了初步分析并根据IEC标准制定了新的标准。1993年，美国电力科学研究院(EPRI)致力于电能质量的分析检测工作。迄今为止，许多西方发达国家已经建立了全国范围内大规模电能质量检测系统，统一实现监测数据的收集与共享。在检测计算方面，西方发达国家使用的检测装置数字化、集成化、智能化程度高，是可以通过设置程序进行相应功能的配置来实现的。

2 电能质量国家标准 2.1频率偏差标准

标称频率是指电力系统中规定的频率。频率偏差是指系统频率的实际值和标称值之差。冲击负荷是指生产过程中周期性或非周期性地从电网中取用快速变动功率的负荷[16]。

3 电能质量算法分析 3.1 频率偏差算法

在电能质量检测过程中，频率是最为重要与核心的环节。频率的准确测量，为之后进行电压偏差、谐波、电压波动与闪变等环节的分析打下坚实的基础。利用傅里叶变换所进行的电压幅值、相角等过程的计算，只有依托精确的频率，才能够得到准确的结果。电力系统普遍采用的傅里叶分析算法[19-20]，该算法要求采样频率和原始输入的信号保持同步，即采样频率是基波频率的整数倍，如果二者之间关系不能成比例，则会产生频谱泄漏，使计算的傅里叶算法出现误差。本文使用一种精确的频率测量算法，可以在频率偏差的情况下仍保持较高的准确度。

将分析结果应用于频率的最终的表达形式，得到的频率与标称频率比较误差。实例证明此方法精确度较高，比传统的依靠相角变化求频率的方法运算速度和准确度都有了提升。

3.2 电压偏差算法