电能质量

电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。

中文名：电能质量

外文名：PowerQuality

主要指标：电压、频率和波形

作者：程浩忠

1、概念

电能质量(PowerQuality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。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、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦波形,按规定的电压水平(标称电压)对用户供电。在三相交流电力系统中,各相的电压和电流应处于幅值大小相等,相位互差120。的对称状态。由于系统各元件(发电机、变压器、线路等等)参数并不是理想线性或对称的,负荷性质各异且随机变化,加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因,这种理想状态在实际当中并不存在,而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的问题,也就产生了电能质量(PowerQuality)的概念。

从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电。但迄今为止,对电能质量的技术含义还存在着不同的认识,这一方面是由于人们看问题的角度不同,如电力企业可能把电能质量简单地看成是电压(偏差)与频率(偏差)的合格率,并且用统计数字来说明电力系统电能9%是符合质量要求的;电力用户则可能把电能质量笼统地看成是否向负荷正常供电;而设备制造厂家则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要,但实际上不同厂家和不同设备对电源特性的要求可能相去甚远。另一方面,对电能质量的认识也受电力系统发展水平的制约,特别是用电负荷的性能和结构,这方面将在下一节中重点论述。

什么是电能质量?这一研究领域的许多文献和报告中使用过的相关术语如下lj[:①电压质量v(olt-ag“quialyt)即用实际电压与理想电压间的偏差(应理解为广义偏差,即包含幅值,波形、相位等等),反映供电企业向用户供给的电力是否合格。此定义虽然能包括大多数电能质量问题,但不能(或不宜)将频率造成的质量问题包含在内,同时不含用电(电流)对质量的影响。②电流质量(eurrentquality)即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求,并使电流波形与供电电压同相位,以保证系统以高功率因数运行。这个定义有助于电网电能质量的改善,并降低线损,但不能概括大多数因电压原因造成的质量问题,而后者往往并不总是由用电造成的。③供电质量(qualityofsupply)应包含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(qualityofserviee),包括供电企业对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价格(合理性、透明度)等。④用电质量(qualityof。om-sumtPion)应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,它反映供用双方相互作用与影响中用电方的责任和义务。

2、电能质量指标

电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述,不同的指标有不同的定义。参考国际电工委员会标准,从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类。

(l)低频传导现象:谐波、间谐波、信号电压、电压波动、电压暂降与短时断电、电压不平衡、电网频率变化、低频感应电压、交流网络中的直流;(2)低频辐射现象:磁场、电场;(3)高频传导现象:感应连续波(CW)电压与电流、单向瞬态、振荡瞬态;(4)高频辐射现象:磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态;（5）静电放电现象。

3、影响因素

在现代电力系统中，电压暂降，暂升和短时中断，谐波产生的电压波形畸变；已成为最重要的电能质量问题。

电能质量监测改善前后对比图

4、具体指标

电网频率

我国电力系统的标称频率为50Hz，GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。

电压偏差

GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7%；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。

三相电压不平衡

GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》中规定：电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%；低压系统零序电压限值暂不做规定，但各相电压必须满足GB/T12325的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。

公用电网谐波

GB/T14549--93《电能质量公用电网谐波》中规定：6～220kV各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0%，6～10kV为4.0%，35～66kV为3.0%，110kV为2.0%；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内，所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是：0.38kV为2.6%，6～10kV为2.2%，35~66kV为1.9%，110kV为1.5%。对220kV电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。

公用电网间谐波

GB/T24337-2009《电能质量公用电网间谐波》中规定：间谐波电压含有率是1000V及以下<100Hz为0.2%，100~800Hz为0.5%，1000V以上<100Hz为0.16%，100~800Hz为0.4%，800Hz以上处于研究中。单一用户间谐波含有率是1000V及以下<100Hz为0.16%，100~800Hz为0.4%，1000V以上<100Hz为0.13%，100~800Hz为0.32%。

波动和闪变

GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》规定：电力系统公共连接点，在系统运行的较小方式下，以一周（168h）为测量周期，所有长时间闪变值Plt满足：≤110kV，Plt=1；>110kV，Plt=0.8。以及单个用户的相关规定。

电压暂降与短时中断

GB/T30137-2013《电能质量电压暂降与短时中断》定义：电压暂降是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.~0.9p.u.，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象；短时中断是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.以下，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象。

5、改善措施

（1）改善用电功率因数，使无功就地平衡。

（2）合理选择供电半径.

（3）合理选择供电系统线路的导线截面。

（4）合理配置变、配电设备，防止其过负荷运行。

（5）适当选用调压措施，如串联补偿、变压器加装有载调压装置、安装同期调相机或静电电容器等。

供电电压超过允许偏差的原因有哪些？

（1）供电距离超过合理的供电半径。

（2）供电导线截面选择不当，电压损失过大。

（3）线路过负荷运行。

（4）用电功率因数过低，无功电流大，加大了电压损失。

（5）冲击性负荷、非对称性负荷的影响。

（6）调压措施缺乏或使用不当，如变压器分头摆放位置不当等。

（7）用电单位装用的静电电容器补偿功率因数没采用自动补偿。

总之，无功电能的余、缺状况是影响供电电压偏差的重要因素。传统的电能质量测试手段存在着局限性。海亿达能源科技研发EPDS™智能配电系统即电能质量监测改善系统,建立了遍及全网的电能质量在线监测网,以及一套统一开放的监控和管理平台,动态监测电网电能质量水平,进而针对严重影响电网电能质量的干扰性负荷进行改造,有效地提高了电能质量管理水平。也是利用现代测量控制技术和数据处理与通讯技术，在经济合理的成本下实现对用户端包括电源进线到终端用电设备在内的全部配电用电系统设施的管理控制，大幅提高配电用电系统与设施的运行与管理效率，降低运营成本。