電能質(zhì)量基礎知識講解

電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端的交流電能的質(zhì)量。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應以恒定的頻率、標準正弦波和額定電壓對用戶(hù)供電。同時(shí)，在三相交流系統中，各相電壓和電流的幅值大小應相等、相位對稱(chēng)且相差120度。但由于系統中的發(fā)電機、變壓器和線(xiàn)路等設備非線(xiàn)性或不對稱(chēng)、負荷性質(zhì)多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來(lái)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)運行電力設備和供用電環(huán)節中的各種問(wèn)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(yǔ)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(hù)供給的電力是否合格;電流質(zhì)量(Current quality)即對用戶(hù)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，以保證系統以高功率因數運行，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(hù)投訴的反應速度和電力價(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(hù)是否按時(shí)、如數繳納電費等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責任和義務(wù)。

1.1 電能質(zhì)量指標

由于所處立場(chǎng)不同，關(guān)注電能質(zhì)量的角度不同，人們對電能質(zhì)量的定義還未能達成完全的共識，但是對其主要技術(shù)指標都有較為一致的認識。主要指標為國家技術(shù)監督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個(gè)方面的國家標準，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限制。

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

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

1)低頻傳導現象：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，低頻感應電壓，交流網(wǎng)絡(luò )中的直流;

2)低頻輻射現象：磁場(chǎng)、電場(chǎng);

3)高頻傳導現象：感應連續波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài);

4)高頻輻射現象：磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)(連續波、瞬態(tài));

5)靜電放電現象。

對于以上電力系統中的電磁現象，穩態(tài)現象可以利用幅值、頻率、頻譜、調制、缺口深度和面積來(lái)描述，非穩態(tài)現象可利用上升率、幅值、相位移、持續時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強度等描述。

1.2 電能質(zhì)量標準

綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發(fā)達國家的相關(guān)標準，中低壓電能質(zhì)量標準分5大類(lèi)13個(gè)指標。

1)頻率偏差：對頻率質(zhì)量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶(hù)而異，各國對于該項偏差標準都有相關(guān)規定，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(是由于系統故障或干擾造成用戶(hù)電壓短時(shí)間(10ms～lmin)內下降到90%的額定值以下，然后又恢復到正常水平，會(huì )使用戶(hù)的次品率增大或生產(chǎn)停頓);短時(shí)斷電(又稱(chēng)電壓中斷，是由于系統故障跳閘后造成用戶(hù)電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶(hù)生產(chǎn)停頓，甚至混亂);長(cháng)時(shí)斷電;暫時(shí)工頻過(guò)電壓;瞬態(tài)過(guò)電壓。

3)電壓不平衡：表現為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過(guò)規定的標準。

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

5)信號電壓(在電力傳輸線(xiàn)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，以用戶(hù)的要求為根據，以變電站的承受能力為條件所制訂的。每個(gè)變電站所連接的負荷類(lèi)型是各不相同的，而不同的負荷必然會(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(hù)提出的標準，或者采取措施，提高本身的供電質(zhì)量，滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。權衡折衷之后，對上面提到的各個(gè)方面規定出不同的補償目標，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(yǔ)，但是對電能質(zhì)量的定義仍未能達成共識。文獻認為“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致用戶(hù)裝置故障或誤動(dòng)作的電能問(wèn)題”。IEC ( 1000-2-2/4 )標準將“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(hù)使用電力的物理特性”。 IEEE Std.1100-1999將“電能質(zhì)量”定義為“滿(mǎn)足電子裝置的運行條件，并能夠以一種與主布線(xiàn)系統及其它相關(guān)裝置相協(xié)調的方式驅動(dòng)、保護電子裝置”。

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

1)電壓和頻率的偏差：過(guò)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(chēng)。

3)供電連續性：瞬時(shí)斷電，暫時(shí)斷電，持續斷電。