電能質(zhì)量基礎(chǔ)知識講解

電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、標(biāo)準(zhǔn)正弦波和額定電壓對用戶供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值大小應(yīng)相等、相位對稱且相差120度。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)并不存在。因此，產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。電能質(zhì)量包括四個(gè)方面的相關(guān)術(shù)語和概念：電壓質(zhì)量(Voltagequality)即用實(shí)際電壓與額定電壓間的偏差(偏差含電壓幅值，波形和相位的偏差)，反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格;電流質(zhì)量(Current quality)即對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因數(shù)運(yùn)行，這個(gè)定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，并降低網(wǎng)損;供電質(zhì)量 (qualityofsupply)包含技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩個(gè)方面：技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性;非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice)包括供電企業(yè)對用戶投訴的反應(yīng)速度和電力價(jià)格等;用電質(zhì)量(qualityofconsumption)包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義，如用戶是否按時(shí)、如數(shù)繳納電費(fèi)等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責(zé)任和義務(wù)。

1.1 電能質(zhì)量指標(biāo)

由于所處立場不同，關(guān)注電能質(zhì)量的角度不同，人們對電能質(zhì)量的定義還未能達(dá)成完全的共識，但是對其主要技術(shù)指標(biāo)都有較為一致的認(rèn)識。主要指標(biāo)為國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個(gè)方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動(dòng)和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。

電能質(zhì)量問題不僅僅關(guān)系到用電設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，而且還關(guān)系到供用電市場的規(guī)范化。它的產(chǎn)生可能來源于供電方的輸配電系統(tǒng)，也可能來源于用戶端的不合理用電，還可能來源于雷電等自然現(xiàn)象。只有對電能質(zhì)量進(jìn)行有效地監(jiān)測才會(huì)對問題的產(chǎn)生和影響有清楚的認(rèn)識，這樣才能為電能質(zhì)量的改善p供用電雙方的協(xié)調(diào)和供用電市場的規(guī)范提供真實(shí)依據(jù)，以便采取有效的解決措施。

電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)、從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：

1)低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：諧波、間諧波、電壓波動(dòng)、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時(shí)斷電，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流;

2)低頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場;

3)高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài);

4)高頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場、電磁場(連續(xù)波、瞬態(tài));

5)靜電放電現(xiàn)象。

對于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強(qiáng)度等描述。

1.2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

綜合新頒布的電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分5大類13個(gè)指標(biāo)。

1)頻率偏差：對頻率質(zhì)量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶而異，各國對于該項(xiàng)偏差標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)規(guī)定，包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中兩種。

2)電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差);快速電壓變化(電壓波動(dòng)和閃變);電壓暫降(是由于系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時(shí)間(10ms～lmin)內(nèi)下降到90%的額定值以下，然后又恢復(fù)到正常水平，會(huì)使用戶的次品率增大或生產(chǎn)停頓);短時(shí)斷電(又稱電壓中斷，是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶生產(chǎn)停頓，甚至混亂);長時(shí)斷電;暫時(shí)工頻過電壓;瞬態(tài)過電壓。

3)電壓不平衡：表現(xiàn)為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

4)電壓波形：諧波電壓;間諧波電壓;含有基波整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波。含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分?jǐn)?shù)次諧波也屬于間諧波(由較大的波動(dòng)或沖擊性非線性負(fù)荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數(shù)倍，但其危害等同于整數(shù)次諧波)。

5)信號電壓(在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制)。

1.3 電能質(zhì)量及其等級劃分

電能質(zhì)量等級的劃分是以電能質(zhì)量的定義為基礎(chǔ)，以用戶的要求為根據(jù)，以變電站的承受能力為條件所制訂的。每個(gè)變電站所連接的負(fù)荷類型是各不相同的，而不同的負(fù)荷必然會(huì)對電能質(zhì)量提出不同的要求。在這些要求高于電站所能達(dá)到的水平時(shí)，電站就要進(jìn)行代價(jià)利益分析：或者低于用戶提出的標(biāo)準(zhǔn)，或者采取措施，提高本身的供電質(zhì)量，滿足用戶的要求。權(quán)衡折衷之后，對上面提到的各個(gè)方面規(guī)定出不同的補(bǔ)償目標(biāo)，制定出合適的電能質(zhì)量等級。一般而言，常將電能質(zhì)量分為常質(zhì)( normal quality )、優(yōu)質(zhì)( premium quality )、高質(zhì)( high quality )電力三個(gè)級別[1]。

雖然人們不斷地提及“電能質(zhì)量”這個(gè)術(shù)語，但是對電能質(zhì)量的定義仍未能達(dá)成共識。文獻(xiàn)認(rèn)為“電能質(zhì)量”是“任何明顯引起電壓、電流或頻率偏移并由此導(dǎo)致用戶裝置故障或誤動(dòng)作的電能問題”。IEC ( 1000-2-2/4 )標(biāo)準(zhǔn)將“電能質(zhì)量”定義為“供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性”。 IEEE Std.1100-1999將“電能質(zhì)量”定義為“滿足電子裝置的運(yùn)行條件，并能夠以一種與主布線系統(tǒng)及其它相關(guān)裝置相協(xié)調(diào)的方式驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電子裝置”。

不論如何表達(dá)，“電能質(zhì)量”的概念中應(yīng)包括電能供應(yīng)中所要考慮的一切方面，這些方面可以分成如下三類：

1)電壓和頻率的偏差：過電壓、欠電壓、頻率偏差。

2)電壓和電流的 波形：電壓跌落、電壓突升、電壓波動(dòng)和閃變、諧波、三相不對稱。

3)供電連續(xù)性：瞬時(shí)斷電，暫時(shí)斷電，持續(xù)斷電。