电能质量检测研究

丁君慧宋杰李洋李璐

（国网安徽省电力有限公司旌德县供电公司安徽宣城242600）

摘要：随着我国科技的进步和生产技术自动化水平的提高,电网中各种对电能质量产生污染的设备元件不断增多;同时,现代用电设备对电能质量的要求较之传统设备更高,电能质量问题日益突出。提高电能质量的关键首先是能够实时对电网和用户的电压、电流进行监测,而选择合适的电能质量检测算法尤为重要。

关键词：质量的定义；原因分析；检测分析方法

我国电网将逐步形成全国联网,这就对系统运行的稳定性与可靠性提出更高要求。一方面,电力负荷中大量的非线性负荷给电力系统的电能质量带来严重污染;另一方面,现代用电设备对电能质量的要求较传统设备更高。电力用户的需求正在由原来量的需求向现在优质电能和高可靠性供电的需求转变。

一、电能质量的定义

从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电。从工程实用角度出发,将电能质量概念进一步具体分解并给出解释。其内容如下:

(1)电压质量。通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡等。

(2)电流质量。通常包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。

(3)供电质量。它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量,它包括供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。

(4)用电质量。它包括电流质量和非技术含义,如用户是否按时、如数缴纳电费等。

二、电能质量问题产生原因分析

随着电力系统规模的不断扩大,电力系统电能质量问题的产生主要有以下三个原因。

1.非线性负荷

在电力系统中,存在大量非线性设备及负荷,诸如电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等,因具有调压整流装置,会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中,因不平衡电流的变化也能使波形改变。

2.输配电系统产生谐波

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波。由于变压器铁芯的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流也就越大。其中3次谐波电流可达额定电流的0.5%。

3.电力系统中非线性元件

由于电力电子技术的发展,晶闸管整流和换流技术在电力工业中获得广泛应用,但是这些整流和换流电子器件也是电力系统中的谐波源。例如,用作直流输电的大容量整流和逆变装置,工业中大量使用的变频调速装置,冶金、化工、矿山部门大量使用的晶闸整流电源以及电气化铁道中用交流单相整流供电的机车等都是谐波源。

三、电能质量检测分析方法

电能质量的分析计算涉及对各种干扰源和电力系统的数学描述,需要开发相应的分析软件和工程方法来对各种电能质量问题进行系统的分析。

1.时域仿真方法

时域仿真是利用仿真软件及程序模拟电力系统各种暂态问题,从而对电能质量的各种指标进行研究。其缺点是仿真频率范围有限,并且模拟开关开合的时候会引起数值震荡。因此,要采用相应技术以抑制发生数值震荡。由于这些仿真程序在不断发展中,其功能日益强大,还可利用它们进行电力设备、元件的建模和电力系统的谐波分析。

2.频域分析方法

该方法主要用于谐波问题的分析计算,包括频率扫描、谐波潮流计算等。考虑到一些非线性负载的动态特性,近年来又提出一种混合谐波潮流的计算方法,即在常规的谐波潮流计算法基础上,利用EMTP等时域仿真程序对非线性负载进行仿真计算,可求出各次谐波动态电流失量,从而得到动态谐波潮流解。

3.基于变换的方法

在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有傅里叶变换法、短时傅里叶变换法、二次变换法和小波变换法。

(1)傅里叶变换法。傅里叶变换法是电能质量分析领域中的基本方法,在实际运用中,常常采用离散傅里叶变换方法(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)。通常是利用它们对信号进行采样,然后将采样值转换成数字信号序列,借助计算机进行谐波分析。

(2)短时傅里叶变换法。短时傅里叶变换(STFT)是和傅里叶转换相关的一种数学转换关系,用以决定时变讯号其局部段落之弦波成分的频率与相位。

(3)二次变换法。二次变换(QT)是一种基于能量角度来考虑的时-频变换方法。该方法实现基础是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。

(4)小波变换。传统的信号理论是建立在傅里叶分析基础上的,而傅里叶变换作为一种全局性的变化,其有一定的局限性。在实际应用中人们开始对傅里叶变换进行各种改进,小波分析由此产生了。小波分析是一种新兴的数学分支,它是泛函数、傅里叶分析、调和分析、数值分析的最完美的结晶。

由于各种算法各有优缺点,如何选择合适的算法,对现有算法进行改造,充分发挥各种算法的优点就显得尤其重要

四、结束语

随着电能质量检测方法理论的逐渐成熟完善和电能质量检测装置的核心器件不断发展,完整、准确地描述实际发生的动态电能质量,对电能质量指标进行监测、统计和分析已经逐渐实现。这对改善电能质量、保证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。

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