改善电能质量的意义与策略

改善电能质量的意义与策略

【摘要】近年来，电力相关行业发展迅猛，随之而来的是用户对供电系统电能质量的更高要求。由于技术的不断提升，更多对电源变化敏感的生产生活设备得到广泛应用，而电力系统中大量存在的非线性、冲击性负荷所造成的电磁干扰等电能质量问题，对现在采用新型负荷设备的生产企业和普通用户都造成了巨大的影响和危害。为解决现代电网与负荷给电力系统带来的新问题，对电能质量进行全面科学的监测是最有效方法之一。本文基于宏观角度分析了改善电能质量的现实意义，并提出了相应的电能质量分析方法与策略，以期给同行一定的参考作用。

电能质量分析;改善意义;改善措施

电能作为一种经济实用的能源在现代社会中广泛为人们所使用，同时其作为一种由电力部门向用户提供的特殊商品，也具有商品的特性，即要讲求质量。早期的电力负荷对短时间的电压变化并不敏感，只需保证供电的持续可靠即可，但新工艺、新技术的出现对电力系统的可靠性提出了许多前所未有的新问题。现代电力系统中，电力电子设备的不断更新使得电网中出现了许多新型的整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路设备等。这些负荷具有非线性、冲击性和不平衡的用电特性，会向电力系统中注入电磁干扰，影响电力网络的安全运行。同时越来越多的电力用户采用了微电子技术、计算机技术控制的生产设备，这些新的设备仪器对电能质量更为敏感，即便是短暂的电压扰动也可能会导致整个生产线的紊乱和停顿，对企业生产和经济运行造成重大损失，因此现代电力系统对电能质量的检测提出了更高的要求。

1.电能质量问题的提出和意义

一般来说，电能质量指的是提供给用电设备的电能是否适合于该设备正常工作，但是对于电能质量这一概念从不同的角度会有不同的认识。到目前为止，对于电能质量还没有一个标准的定义。对于供电部门电能质量主要体现在电压、频率以及连续供电的年小时数。而对于用户则往往简单的把电能质量与是否向设备提供电力等同起来。电能质量问题严重危害了生产企业、居民用电以及所有与电力相关行业的利益，处理不好甚至会造成国民经济的重大损失，对社会秩序也会产生负面影响。然而控制和管理电力系统电能质量是一项庞大的系统工程，其前提是要建立完善的电能质量监测手段和切实可行的电能质量技术标准。

为保证用电设备的正常工作和电力系统的安全稳定运行，并考虑供用电设备的技术、经济指标，需要设备制造厂商、电力部门、监管部门、用户协同合作，制定统一和可操作的电能质量标准，并以此为依据，对供应的电能实施有效的监测和统计。随着电力行业竞争理念的加强，企业生产技术水平的提高，用户对电力部门供电质量的要求也在提高，因此电力部门将不仅要按数量完成电能的传输，更要保证供电的质量，用电方因任何电力干扰而影响到

生产生活都可以通过经济或法律手段来解决，而用户自身也要尽量避免其自身设备对电力网络的干扰，共同维护电力系统的运行安全。正是基于这样共同的目标，电能质量问题得以提出并不断得到补充和完善。

十二五期间，国家将会加大对电网基础设施建设和改造的力度，加快电网系统的发展，电力系统扩张与联网逐步形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。与此同时，采用高新技术以提高电力系统自动化的趋势方兴未艾，电网实行商业化运营、按质论价已是大势所趋，电能质量重要性也得到了深刻的认识。最大限度地满足用户对电能质量的新要求已经成为了国家工业发展所面临的突出问题，这些新变化极大地推动了电能质量标准化的进程和电能质量监测设备的更新换代。面对当代系统与负荷的特点，仅靠传统的供电保障机制是远远不够的，必须研制一套完善的电能质量监测装置来具体实施监控，并在此基础上制定科学合理的考核电能质量的评估方法，既为电力部门改善供电质量提供科学参考，也为用户使用优质电能提供技术保障。

现代工业制造和设备要求、高科技应用的普及，以及生产竞争力的提高都依赖高质量的电力供应，而电能质量监测系统是提高整个电力系统及设备安全、稳定、可靠运行的关键保证，对其所进行的探索和研究可以显著提高电网的智能水平，配合我国统一坚强智能电网建设的总体部署，能有效地为电网的检测、分析、事故排查提供有力的技术支持，进而起到改善电气环境，减少事故频率的作用。现代电力系统的发展赋予了电能质量新的内涵，其中电能质量监测装置的研究与应用显得尤为重要，其对国家电网未来的健康发展更是具有深远的意义。

2.电能质量分析策略

电能质量主要包括电压质量、电流质量、供电质量以及用电质量。合格的电能质量指为用电设备所提供的电能要适合于该设备的用电需求，不能给用电设备造成故障和误动作。其主要表现在电压、电流、频率的偏差这三个指标上。合格的电能质量应该具有恒定的频率、恒定的幅值以及连续供电。电能质量问题可定义为：使用电设备发生故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其主要包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬时过电压、电压暂降与短时间中断等。电能质量的分析是建立在一定数学方法之上的，因而对这些方法的探讨也成为了电能质量研究的关注领域。目前在电能质量分析中有如下几类分析策略：

2.1时域仿真法

时域仿真法因其直观简单的特点在电能质量分析中应用广泛，特别是随着现代化的计算机技术的发展和软件技术的普及，相当多的仿真软件（如ATP-EMTP，PSCAD-EMTDC，Matlab 等）可以在给定条件下精确地模拟现代电力系统，并能处理各种复杂的电磁问题。这类方法的缺陷在于可分析的最高频率范围取决于仿真方法中所采用的仿真步长，由于计算机能力有限，这种数值解法有可能无法解决过于复杂的算式，不能得出闭式解答。且仿真过程中还会由于仿真开关的开合产生数值振荡。

2.2频域分析法

频域分析方法主要针对谐波分析。由于现代电力系统中谐波问题突出，对于电压、电流波形信号的畸变分析成为电力系统分析中最主要的关注点，通过在频域中进行频率扫描，可以得到相应的谐波阻抗-频率分布曲线，确定发生谐振的频率等。同时通过谐波潮流计算还可以分析谐波在系统中的分布，该方法简单易用，应用广泛。

2.3基于变换的方法

电能质量中非线性负荷及干扰产生的不确定性使得现代电力系统的电能质量问题日趋复杂，传统方法在适用范围和准确度上都有其局限性，所以产生了一大类以域变换形式为主的变换方法，常用的如Fourier变换、短时Fourier变换、小波变换和二次变换等。其主要目的是将待分析信号通过数学方式转换到另一空间，再利用该领域已有的数学理论对时域中不容易解决的问题进行分析处理，找到解决的方法。

2.4电能质量监测终端装置的应用

建立完善的电能质量监测系统，是建设国家统一坚强智能电网的首要前提，电能质量终端作为收集和分析电能数据的装置，是对整个电能质量监控与改善的关键。最早的电能质量监测装置是20世纪20年代由美国GE公司开发的雷击记录仪，它可以定性地提取脉冲幅值和时间。近年来，我国借鉴了国外的先进技术再吸收深化，产品在精度、功能、可靠性等方面与国外的先进产品存在着显著的差距，但具有价格和地利优势。比较有影响的厂家如深圳中电，武汉锐拓普等，其中三伊方长研发的SF DZ-3电能质量监测仪，采用多个高速DSP+工控板作为电能质量监测分析的核心，可对任意时段的测量数据进行监测分析，具有故障录波、实时监测显示、定时记录，自动存储等高级功能，可通过RS-232/RS485串口或以太网口实现数据远传，在同类产品中具有较好的性能。

随着基础学科的阶跃式发展以及人工智能领域的创新发现，传统的分析方法得到相互融合和改进，诸如人工神经网络、专家决策系统、自适应智能算法等新技术、新方法的出现使电能质量的研究进入一个新阶段。综上所述，电能质量监测的发展趋势对监测系统提出了更高的要求，在功能和技术上更加强调装置的实时性、网络化和多样性，为今后产品的研发提供了参考方向。

3.结语

改善电能质量是作为智能电网建设的重要工作之一，对电力系统运行状态的管理和分析起到关键作用。在改善电能质量问题上，对电力系统的不间断分析与监测方式已经越来越受到人们的重视。此外，通过研制符合现代电力系统特点的电能质量在线监测终端装置，也能给检测电网水平、改善用电环境发挥重要作用，今后该应用领域的研究需要多种技术的相互融合和各个领域的密切合作。