0引言
随着国民经济的发展，科学技术的进步和生产过程的高度自动化，电网中各种非线性负荷及用户不断增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出，用户对电能质量的要求也更高，在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析我国电能质量管理和控制的发展趋势，具有很强的观实意义。
1衡量电能质量的主要指标
由于所处立场不同，关注或表征电能质量的角度不同，人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识，但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。
(1)电压偏差（voltagedeviation）：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总称。
(2)频率偏差（friquencydeviation）：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。
(3)电压三相不平衡（unbalance）：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。
(4)谐波和间谐波（harmonics&inter-hamonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。
(5)电压波动和闪变（fluctuation&flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。
2电能质量问题的产生
2.1电能质量问题的定义和分类
电能质量问题是众多单一类型电力系统干扰问题的总称，其实质是电压质量问题。电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题。
2.2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几个原因。
2.2.1电力系统元件存在的非线性问题
电力系统元件的非线性问题主要包括：发电机产生的谐波；变压器产生的谐波；直流输电产生的谐波；输电线路（特别是超高压输电线路）对谐波的放大作用。此外，还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中，直流输电是目前电力系统最大的谐波源。
2.2.2非线性负荷
在工业和生活用电负载中，非线性负载占很大比例，这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉（包括交流电弧炉和直流电弧炉）是主要的非线性负载，它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中，荧光灯的伏安特性是严重非线性的，也会引起严重的谐波电流，其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同时也使功率因数降低。
2.2.3电力系统故障
电力系统运行的内外故障也会造成电能质量问题，如各种短路故障、自然现象灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。
3电能质量分析方法
3.1时域仿真法
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE、PSPICE、SABER等电力电子仿真程序。
采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。
3.2频域分析法
频域分析方法主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等，该方法多用于电能质量中谐波问题的分析。
频率扫描和谐波潮流计算在反映非线性负载动态特性方面有一定局限性，因此混合谐波潮流计算法在近些年中发展起来。其优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。
3.3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Fourier变换、神经网络、二次变换、小波变换和Prony分析等5种方法。
3.3.1Fourier变换
Fourier变换是电能质量分析领域中的基本方法，在实时系统中，通常采用短时Fourier变换方法(STFT)和快速Fourier变换方法(FFT)。
Fourier变换的优点是算法快速简单。但其缺点也很多：（1）虽然能够将信号的时域特征和频域特征联系起来观察，但不能将二者有机地结合起来。（2）只能适应于确定性的平稳信号(如谐波)，对时变非平稳信号难以充分描述。（3）STFT的离散形式没有正交展开，难以实现高效算法；只适合于分析特征尺度大致相同的过程，不适合分析多尺度过程和突变过程。（4）FFT变换的时间信息利用不充分，任何信号冲突都会导致整个频带的频谱散布；在不满足前提条件时，会产生“旁瓣”和“频谱泄露”现象。
3.3.2神经网络法
神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础，它既是高度非线性动力学系统，又是自适应组织系统，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。
神经网络法的优点是：（1）可处理多输入－多输出系统，具有自学习、自适应等特点。（2）不必建立精确数学模型，只考虑输入输出关系即可。缺点是：（1)存在局部极小问题，会出现局部收敛，影响系统的控制精度；（2)理想的训练样本提取困难，影响网络的训练速度和训练质量；（3)网络结构不易优化。
3.3.3二次变换法
二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基本原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。
二次变换的优点是：可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻；精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点是：无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值；不具有时域分析功能。
3.3.4小波分析法
小波变换是新的多尺度分析数字技术，它通过对时间序列过程从低分辨率到高分辨率的分析，显示过程变化的整体特征和局部变化行为。常用的小波基函数有：Daubechies小波、B小波、Morlet小波Meyer小波等。
小波变换的优点是：（1）具有时－频局部化的特点，特别适合突变信号和不平稳信号分析。（2）可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点是：（1）在实时系统中运算量较大，需要如DSP等高价格的高速芯片。（2）小波分析有“边缘效应”，边界数据处理会占用较多时间，并带来一定误差。
3.3.5Prony分析法
Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中，信号总是被认为可以由一系列的衰减的正弦波构成，这些衰减正弦波类似于小波函数。所以Prony分析方法和小波一样，可以做多尺度的信号分析。Prony分析的主要缺点是计算时间过长。
4电能质量的控制策略与技术
4.1几种电能质量控制策略
（1）PID控制：这是应用最为广泛的调节器控制规律，其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，应用PID控制技术最为方便。其缺点是：响应有超调，对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。
（2）空间矢量控制：空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是：将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理，具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。
（3）模糊逻辑控制：知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法，无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式，对系统特征进行模糊描述，来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。
（4）非线性鲁棒控制：超导储能装置(SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响，因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰，得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型，既可应用反馈线性化方法使之全局线性化，再利用所有线性系统的控制规律进行控制，也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。
4.2FACTS技术
FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，是上世纪80年代末期由美国电力研究院（EPRI）提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。
目前有代表性的FACTS装置主要有：可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。
4.3用户电力（CustomPower）技术
用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中，其目的是加强配电系统的供电可靠性，并减小谐波畸变，改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS装置具有更快的响应特性。
用户电力技术概念的提出，有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力，也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。目前主要的DFACTS装置有：有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D－STATCOM)、固态切换开关(SSTS)等。
5电能质量控制的发展方向
5.1研究电能质量分析控制领域的基础性工作
一方面要深入探索电能质量领域的基础性研究工作，包括电能质量的定义、评价标准与体系，电能质量问题的表现形式、影响因素、防治方法等。同时，积极研究电能质量控制的新方法、新技术和新策略，将更为先进、科学的控制理念和控制思想借鉴到电能质量管理领域。
5.2推广使用数字化电能质量控制技术
以DSP为基础的实时数字信号处理技术在控制领域得到广泛应用，其优点为：①可提高系统稳定性、可靠性和灵活性；②由程序控制，改变控制方法或算法时不必改变控制电路；③可重复性好，易调试和批量生产；④易实现并联运行和智能化控制。随着DSP性能的不断改善和价格的下降，电能质量控制装置将用DSP来实现实时信号处理从而取代模拟量控制。
5.3对电能质量检测技术的新要求
传统的检测仪器一般局限于持续性和稳定性指标的检测，而且仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题，因此需要发展新的监测技术。具体要求包括：①能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形；②需要测量各次谐波以及间谐波的幅值、相位；③需要有足够高的采样速率，以便能和得相当高次谐波的信息。④建立有效的分析和自动辩识系统，反映各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。
5.4大力发展应用新技术
电力电子技术的应用可以大大提高电网的电能质量，FACTS、CusPow等新技术更是为解决电能质量问题开拓了广阔的前景，同时一些非电力电子技术的发展也很迅猛，将这些技术融合发展，并合理使用、大力推广，必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提高的要求。
参考文献
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中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01
伴随着我国科学技术的不断发展、现代工业化水平的不断提高，我国环境问题也日益严重，在新时代背景下，要求我们在不断提高生产力水平的同时，要更加注重环境的保护，作为我国工业发展的基础能源电能已经是使用最广泛、最具性价比的能源，需求量逐年增加，在一些南方用电高峰期的月份，电能更是奇缺，很多行业，例如计算机行业、微电子电能行业、信息技术产业等新兴产业都对电能有着极高的要求，所以有关部门为了更好的满足高峰期的用电量，就必须采用精确的分析和计量的质量分析技术，这样才能将有限的电能资源分配给最需要电能的地方，而用电量稍微较小的地方可以少分配一些电能，对于企业而言电能的合理分配更是日常生产中的头等大事。
一、电能质量国家标准
在国家电力系统当中，因为电子的性质决定存在着大量的负电荷，很容易造成电流负载，尤其实在用电高峰季节，是本来就不充裕的电能资源被负电荷进一步“污染”造成了电能整体质量的下降。为了规范电能行业，国家特别出台了有关如何管理和改善电能质量的管理办法，规定了国家标准和行业标准：要求供电电压的偏差值，以及供电电压波动的范围值。同时限制供电频率的上下浮动范围。
（一）供电电压的偏差范围。每一种用电设备都有一个运行范围指标以及额定的使用年限，当供电电压的输入端出现了供电电压偏差时，需要计量好运行的具体参数、持续的时间以及设备当时的使用状况。额定电压要参照国家标准《电能质量供电变电电压偏差值参考表》规定的范围内（35kV以上供电电压浮动值为额定电压率的±6%，10kV以下的高压输出电压和低电压电力需求用户的额定电压值为±7）。对于一些地区需要低压照明的用户或者企业单位额定电压限定在+5-+15之间。
（二）供电电压的波动范围和闪变。电压波动范围值和闪变应该分开来讨论，电压波动（Fluctuation）范围值指的是关于电压值浮动的一系列连续的变化。即数学上相邻的两个积分区间内的电压上下浮动值，其中关于波动曲线内的上限和下限值的差构成了电压差，也称为电压。而关于闪变是指电压在波动时候产生的结果，即正弦工作频率的电流波收到非电流波的分阶段限制，使得灯光亮度不稳定，产生的光纤视觉上会有波动，根据在2002年12月我国颁布并实施了《有关电能质量电压波动范围以及闪变的有关规定》规定了电压波动范围和闪变的最大限度参数。禁止输出电压值造成闪变的可观察频率F-50的觉察单位值不允许超过2s。在短时间内的闪变值和长时间的闪变值可参考国家相关标准。
（三）供电三相电压禁止的平衡值。关于三相电压值的不平衡浮动范围值的测量，用下列方式表示：三相电压应该用所谓对称分离的分解负序数值来表示幅度值。而关于U的三相电压变化范围值应该利用数学公式分解以后得到正序的分量排列幅度值。根据国家标准《供电电能质量三相电压的不平衡范围值》（GB/T 15590-19943）中的相关规定，日常民用的电力系统公共连接平台的正常电压范围内允许的不平衡值为2，五秒内不允许超过4，关于公共电网简谐波的交流非负载性，因为其能产生多种频率范围的简谐波而导致电网中某些部分的频率过高，这样的突然增加的电流电压值对于某些对于电压电流感应敏感的设备是一个极大的伤害。
（四）供电频率的偏差范围值。供电频率的偏差范围值对于电网频率的额定频率有严格的限定标准，根据《电能质量电力系统的频率允许的偏差参考表》中规定：电力系统内的偏差频率范围为0-0.2Hz，当系统内容量较大时，偏差频率范围可以延伸到0.5Hz。
二、LABVIEW简介
LABVIEW是美国NI公司研究设计开发出来的一套运行于电力系统的仪器软件。它是底层语言开发的一款图形化编程软件。与传统的设备仪器不同，虚拟仪器（VI）特别容易改变仪器的一些基本功能，却不会苏怀仪器内部的各种部件，还有效的减少设备的损耗，一个虚拟仪器的测试工具的主程序由前面板、基本框图程序以及大量的精密节点构成。很容易的实现机器与人的对接操作，在计算机端显示的操作界面十分友好。VI主要是与DAQ卡结合以后才能实现所有的有关人操作的基本功能，随着工业对于现代信息技术和网络技术的依赖性不断增强，在LABVIEW软件的子模块中还提供了大量的可接入网络节点的接口，可以很方便的建立工作需要的局域网，特别的受工程师和科研工作者的喜爱。
三、基于LABVVIEW的虚拟电能质量分析和测量
根据国家的电能产业的有关规定提出的五项要求，是评价电能质量的基本标准，可分为三方面：电压偏差值、电压波动和电能简谐波。电能的质量分析系统主要依靠这三个标准进行检测。由于电能开发的分析标准为低频段的信号，因此关于传感器收集得到的信号应该采用低通过滤波检测仪检测。通过线性变换曲线值的确定再接入到NI公司所研发的软件5112数据记录卡中，卡上有两种数据通道，一种是模拟信号触发的接口，另一种是可以允许两种数据接入的接口，模拟和数字均可以接入的接口，另外辅以一个辅助的传输数据通道，提高传输效率。将某些电压传感器接入到标准的电压数字接收卡中，即5112卡的channel1通道上。这样一来大大提高了基于LABVIEW的电能的传输质量。
关于电压偏差值的分析应该由计算机操作DAQ卡来收集有关的信号，在计算机中组成完整的数组进行储存，并且计算它的功效和功耗。并且要对连续计量的有效值代入公式做离散法处理，得到有效的输出值。
四、结束语
综上所述，LABVIEW有着非常良好人机UI界面和完善的计算机逻辑算法，能胜任各种情况下的研发和生产需求，并且拥有高效的处理模式，大大的节约了开发者和研发人员的开发周期，节约了企业的生产成本，应用前景广阔，为LABVIEW分析电能质量开辟了一个很好的应用方向空间。
进入21世纪，电能质量(频率、电压、波形、不对称度和各种瞬态的波动)问题将越来越受到重视，主要原因是：(1)用户越来越注重供电质量问题并能更清楚地认识到断电、电压下跌、切换操作的瞬态扰动等的后果：(2)装有微机控制器和电力电子装置的用电设备迅速增多，而这些设备对电能质量的扰动是很敏感的；(3)一些跨国公司或大型国有企业为增加其总生产率而安装高效率设备。例如调速控制和功率因数校正装置，这种做法的本身又造成了注入电力系统的谐波有所增加，最后不得不考虑其对电力系统的影响。电能质量需要在概念上转变，从“以电力部门的标准来评定”转变为“以用户所感觉到的为标准”。电能质量不好会对用户生产过程起破坏作用；相反，用户的生产过程会影响电能质量。因此，为改善电能质量，用户、电力公司和设备制造商之间的合作是十分需要的。下面就上述电能质量指标所涉及到的几方面内容作一些介绍。
1 频率偏移
1.1 频率过低
意味着输出功率增加而输入功率没有改变时，或者输入功率减少而输出功率尚未改变时造成。它的影响主要有如下几点：使发电机的出力受到限制；造成发电机定、转子绕组和铁心的温度升高；使厂用电动机的转速下降，进而引起机械出力下降；汽轮机低压级叶片将会产生振动加大而导致裂纹；引起异步电动机和变压器激磁电流增加，从而使其所消耗的无功功率增加，进而有可能恶化电力系统的电压水平；对无线电广播，电影制片等工作也有影响。
1.2 频率过高
意味着输出功率减少而输入功率没有改变时，或者输入功率增加而输出功率尚未改变时造成。它的影响主要有如下几点：使发电机转子承受过大的应力；使与频率有关的测控设备降低了其性能，甚至不能正常工作：引起系统中滤波器的失谐和电容器组发出的无功功率变化。
2 电压偏移
2.1 长期电压偏移
定义为持续时间超过1min，稳态工频电压有效值超过规定限值的所有电压偏移。
2.1.1 欠电压
是指典型电压幅值在(0.8-0.9)p.u之间。它的影响主要有如下几点：将降低发电机运行的稳定性，定子绕组的温度可能升高；降低厂用电动机的出力，而且使它的定子绕组温度升高，加速绝缘老化，严重时甚至可能会烧毁电动机：使照明设备发光效率降低，如电压降低5％时，其光通量将减少18％，电压降低10％时，其光通量将减少30％；甚至有可能引起对灯光敏感的电子设备不能正常工作。
2.1.2 过电压
是指典型电压幅值在(1.1～1.2)p.u之间。它的影响主要有如下几点：将损害电气设备的绝缘，使变压器、发电机等电气设备工作在饱和状态。从而引起激励电流增加，设备过热并产生有害的谐波电流：使定子铁心部分磁通逸出轭部，在支持筋、机座、卤压板形成环路而产生涡流，从而使定子机座的这些结构部件出现局部过热，甚至熔化。
2.2 短期电压偏移
2.2.1 电压跌落
指的是工频电压降低到(0.1-0.9)p.u之间，持续时间在2s～1min之间的电压质量问题。瞬时性故障往往以电压跌落开始，大电力负荷的投入、大容量电容器组的投入、大电机的起动或多个电机的同时起动都有可能引起邻近负荷的电压跌落：变电站内某条配电线路的单相接地故障也有可能引起同母线的配电线路的电压跌落。
2.2.2 失去电压
指的是供电电压或电流降到0.1p.u以下，持续时间不超过1min的电能质量问题。失去电压的主要原因是由于雷击输电线路或配电线路、树木倾倒、刮风等引起的电力系统瞬时性故障，也有可能是因为设备失效或控制装置的误动作。对失去电压和电压跌落二者的重视是近年来的事情，主要原因是计算机的大规模应用和自动控制系统的不断精细化。对于计算机操作来说，两秒钟的失去电压或电压跌落会造成计算机系统的工作紊乱，甚至有可能使计算机处理了几个小时的数据丢失。对于一些大型跨国公司或国有企业而言，0.1s的失去电压或电压跌落就有可能引起大面积的产品质量问题。实际上，失去电压和电压跃落超过两个或三个周波。电机、机床或机器人就无法保持对由其驱动的过程的精确控制。
3 电磁暂态
指的是指电力系统从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，电压或电流数值的暂时性变化的电能质量问题。它产生的主要原因有雷电冲击和电力系统故障等，又分为两种：冲击暂态和振荡暂态。前者定义为电压或电流在稳态下的突然的非工频变化，变化是单方向的。常用其上升和延迟时间来描述，其产生的主要原因是闪电。由于涉及到的频率很高，所以产生的冲击电压或电流衰减很快，同一个冲击暂态事件，在电力系统的不同点会观察到不同的结果。冲击暂态常常引起设备因过电压而损坏，甚至还有可能激发电力系统的固有振荡而导致振荡暂态。后者定义为电压或电流在稳态下的突然的非工频变化，变化是双方向的，根据其频谱范围又可分为高、中、低三种。高频振荡是由本地冲击暂态所引起的，频率一般在(0.5～5)MHz之间，持续时间约为几个微秒。中频振荡是由背靠背电容器的充电引起的，频率一般在(5～500)kHz之间，持续时间约为几十个毫秒。低频振荡是由配电网中的铁磁谐振现象和变压器充电产生的励磁涌流所产的，频率低于5kHz，持续时间在(0.3～50)ms之间。
4 三相不平衡
它定义为相电压或电流对于三相电压或电流平均值偏移的最大幅度，它的产生一是设计方面的原因，如单相电气设备三相严重不对称，二者也有存在大容量单相负荷的客观原因，如单相电气机车，电炉等。再者电网故障也会导致三相不平衡的产生。在三相电力系统中，三相不平衡的程度常用电压负序分量与正序分量有效值之比来表征。根据国家规定，电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。负序和零序分量的存在会对电力设备的运行产生如下影响：凸极式同步发电机对负序分量存在很强的谐波变换效应，三相不平衡会导致同步发电机产生电力谐波，污染电厂周围的运行环境；负序电流流入同步发电机或异步电机，将消耗过多的无功功率，产生附加损耗而过热，并因此产生附加转矩而降低其出力：对直流输电的换流器来说，三相不对称不仅会增加其控制的难度，还会导致非特征谐波的产生；零序电流的存在还会对邻近的通信线路产生很强的干扰。
5 波形失真
它定义为正弦波的稳态偏移，常用其频谱含量来描述，主要包括5个方面的内容：直流偏移、谐波、间谐波、陷波和噪声。
5.1 直流偏移
交流电网中如果存在直流电，则称为直流偏移，它产生的主要原因是由于地球雷暴产生的电磁干扰和电网中半波整流器设备的存在引起的。直流电流流过变压器会引起变压器的直流偏磁，从而产生附加损耗过热并降低其使用寿命。直流电流还会导致接地体或其它联接器的电化腐蚀。
5.2 谐波
定义为具有供电系统基波频率整数倍频率的正弦电。它的失真情况可以用每个单一谐波成份的幅度的相位来描述，而它的大小可用谐波失真度来描述，谐波失真度或畸变率是评价电力系统中谐波含量的主要指标，它定义为各次谐波分量总有效值与基波分量有效值之比。谐波污染对电力设备的危害是相当严重的，主要表现在如下几个方面：(1)谐波电流在电机中流通，产生附加功率损耗而引起定子线圈过热，并减少了转矩出力：(2)可引起无功电容器组谐振和谐波电流增大，从而导致电容器组因过负荷或过电压而烧毁，对电力电缆也会造成过负荷或过电压而损伤绝缘；(3)集肤邻近效应的存在，使输、配电线路、变压器等产生附加损耗而过热：(4)电压或电流波形的畸变改变了电压或电流的变化率，影响了断路器额定电压时的断流容量；f5)对继电保护和自动控制装置产生严重干扰者，可造成误动作或拒动作；(6)使计量仪表，特别是感应电能表那种形式的表计产生计量误差。
5.3 间谐波
定义为具有供电系统基波频率非整数倍频率的正弦波电压或电流，常用离散频率或宽带频谱来表示。各级电网中均存在这种波，其产生的原因是静止频率变换器、变流器、感应电机和电弧设备等，而电力线路的载波信号也可认为是间谐波。间谐波会引起CRT等显示设备的闪烁。
5.4 陷波
它的产生是由于变流器的换相而引起的，尽管可以用傅里叶变换将陷波分解成一系列谐波，但一般将陷波单独处理，这是因为其谐波次数较高且幅值不大，难于用波形测量仪器测得。
5.5 噪声
它是指叠加在每相电压或电流上，频率超过200kHz的非期望电信号。电力电子设备、控制电路、电弧装置、电机设备等投运都会产生电磁噪声。它会影响微机和可编程控制器的正常工作。
6 电压波动和闪变
电压波动是指电压包络线的规则变化或电压的一系列随机变化，但其变化范围在额定值的±10％之内。电压闪变指的是电压波动对照明设备产生影响，而这个影响能为肉眼所感觉。电压波动的主要影响是引起白炽灯等照明设备、电视机显示器设备的闪烁现象。电弧炉和轧钢机等大容量冲击性负荷的存在是引起电压波动和闪变的根本原因。
7 改善
以上所述的各种电能参数的偏移和谐波对电力设备用户的影响很大，而且这些主要是通过配电线路发生的，为了使电能质量在正常范围内运行，我们可采取以下几种新型装置去改善供电质量。
7.1 DSTATCOM及DUPS
DSTATCOM是采用脉宽调制技术和电力系统并联的电压源变换器，它能替代常规的电压和无功控制装置。在正常供电时，DSTATCOM可作为无功电源或处于低耗备用状态。在发生电压波动时，DSTATCOM立即响应，向电力系统注入具有适当相角和幅值的电流使系统电压立即恢复正常。它和固态断路器及一个储能系统联用，也称作动态不间断电源(DUPS)，从发生断电到重新供应电力的时间不超过0.5工频周期。
7.2 SSCB及SSTS
SSCB由可断开晶闸管(GTO)回路和晶闸管(SCR)加限流电抗器(或电阻器)回路两部分并联组成。在正常运行时，负荷电流基本上是经过GTO回路向负荷供电，而SCR回路因阻抗极大而基本上无电流。发生上游故障时，电流大大超过定值，GTO立即断开，发生下游故障时，GTO断开后，故障电流就流经限流电抗器和SCR，限制了故障电流。可利用SSCB在0.5工频周期内快速完成切换的能力向负荷提供不间断电源，这就是SSTS。
7.3 DVR
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1、电网电能质量的概述
电能作为人类生活中的非常重要的能源。随着我国科学技术与经济的快速发展,电力电子技术和微电子器件等的广泛应用,家用电器的普及和炼钢电弧炉的发展,对电网电能质量的要求逐渐提高。由于不对称负荷,非线性和冲击性这类扰动负荷接入电力系统以及它的系统短路故障等扰动源的存在,产生了大量的电网电能质量问题,电网电能质量严重的恶化。
电能质量主要会导致用电设备故障或不能正常工作的频率和电压,或者是电流有偏差。这些问题主要包括电压偏差,频率偏差,三相不平衡,电压闪变和波动,电压暂降,供电连续性,瞬态或者是暂时的过电压,波形畸变和短时间中断等。
2、当代配电网电能质量的监测和分析方法
传输过程中的相关数据与采集电能再生产是电网电能质量监测的目的,电网电能质量监测使其可以在分析中转换成可解释的有用的信息。电网电能质量监测的检测对象的要求是能够反映系统的整体运行情况,为质量分析提供有价值的数据,也就是它不仅要能够反映我们所关心的特定电能问题,同时还要有利于进行干扰诊断和设备维护和分析评估电能质量水平。
频域分析法,小波分析等基于变化的分析法以及时域分析法和电网电能质量分析法是比较常用的分析方法。时- 频分析法是一种比较方便的分析方法,一般情况下,需要先对信号加窗函数然后再对它进行分析;时- 频局部性可以突出问题变化的部分是小波变化法的主要特点,它的这些特点就决定了它能够分析检测信号的局部奇异性,再加上Merlot小波和Meyer小波等小波函数就形成了一种暂态函数,而这有助于分析电网电能质量的暂态过程。
3、电网电能质量的现状
因为关注电网电能质量的角度不同以及所处立场的不同,所以人们对电能质量的定义还没有完全达成共识,但是对它的主要技术指标有在着比较一致的认识。供电电压允许偏差,公用电网谐波和供电频率允许偏差,供电电压允许闪变以及波动和供电三相电压允许不平衡度等是其主要的技术指标。
其中电压跌落和电压上升的总称是电压偏差;不因用户而异的frequency deviation也就是频率偏差对频率质量的要求是:全网相同并且各国对于该项偏差标准都有相关规定;有三相电压的平均值以及电压的最大偏移超过标准规定的是unbalance也就是电压三相不平衡;间谐波包括小于基波频率的分数次谐波以及含有基波整数倍频率的正弦电流或者电压;fluctuation也就是电压波动是指在包络线内的电压有规则的变动,闪变是指电压波动对照明灯的视觉影响。
4、提高电网电能质量的主要措施
提高电网电能质量的主要措施有一次调频,发电机进相运行以及谐波在线监测与治理,这几种方法各有各的特点。由于电网缺乏快速调频的有效手段和机组单机容量的增加,导致电网电能的质量降低。以及科学技术的发展,人们对电网的需求越来越多,对电网电能质量的要求也越来越高,面对这些问题,只有机组本身对电网实现一次调频功能,才能满足对电网快速响应的要求,才能克服电网频率的波动。
发电机进相运行是解决电网低谷运行期间无功功率过剩和电网电压过高的一种技术上简便可行和经济性较高的比较有效的方法。这种方法非常有效而且比较简单,主要表现在当电压过高或电网无功过剩时,只需通过调解励磁电流,把发电机改为消耗无功负荷而不是发出无功负荷,让它无功进相运行,这个方法具有明显的降低系统电压的效果;为了保持电网电压的问题,它会通过增减励磁电流,使发电机的无功输出增加,这样就使响应比较准确和灵活;该方法为了消耗系统的无功使用发电机进相运行的方式,节约了设备的投资;发电机进相运行后,励磁变的负荷下降了,这样就降低了厂用电率,减少了有功损耗。
谐波在线监测与治理,要求对于现有的谐波源用户,确实污染严重的必须提出限制整改计划以及措施;对于扩建的和新上的电网电能质量污染源项目,必须进行谐波项目评估,谐波治理必须与工程项目同步实施;推广非线性大用户采用滤波措施或者是动态无功补偿,针对谐波问题,在实测的基础上,确定电网必要的补偿率。由于配网中某些地区电压畸变率较高,为了降低电压总谐波畸变率,应把用户侧以及电网等无功补偿装置设计成具有补偿滤波和无功的综合功能的系统。
参考文献
[1] 林涛,樊正伟.利用小波变换及人工神经网络识别电能扰动. 武汉大学电气工程学院.
[2] 欧阳森,宋政湘,陈德桂,等.小波软阀值去噪技术在电能质量监测中应用[J].电力系统自动化,2002,26(19):56-60.
[3] 胡铭. 陈珩.用户电力技术在配电系统中的应用（Application of custom power in distribution system）.电力自动化设备（Equipment of Electric Power Automation）,1999,12.
这种现象在北京孙河220kv变电站表现十分严重，它不但使变电设备的安全运行无法保证，而且影响到当地的企业生产用电和居民生活用电。为此2002年在该站安装了电能质量监测系统，对10kv母线的电能质量进行了连续的监测。
1孙河220kv变电站电能质量在线监测系统介绍
为了加强对电能质量的管理和监控，2002年在孙河220kv变电站建立了电能质量在线监测系统，进行实时在线监测。此前，该站经常烧tv保险，曾多次发生过tv爆炸的事故，存在严重的谐振现象。
采用电能质量在线监测仪进行实时监测，该装置主要有以下几种监测和统计功能：
(1) 三相各次谐波电压、电流及其谐波含有率；
(2) 三相电压、电流总谐波畸变率；
(3) 三相有功、无功功率及其方向；
(4) 总的有功功率、无功功率，功率因数及相位移功率因数；
(5) 电网频率、线电压、电压偏差；
(6) 电压不平衡度、负序电压、负序电流。
电能质量在线监测单元，安装在220kv孙河变电站10kvii段母线，服务器安装在监控中心，是集通讯/数据库/web于一体的服务器，与变电站监控单元间通过光纤进行通讯传输数据，同时监控数据通过web服务器对mis系统开放，支持web浏览方式，做到数据共享，公司所有局域网内的微机，均可通过web浏览进行访问，查看电能质量分析的各种报表和数据，了解监测点的电压、电流波形、各次电流电压的谐波分量等电能质量情况。
2变电站概况及监测结果
该变电站有主变压器2台，容量均为180mva，220kv母线、110kv母线、10kv母线均分段并列运行，有并联补偿电容器一组，容量为2700kvar，正常运行方式为2号主变带全站负荷。负荷主要是周围一些工厂的工业用电、城市生活用电及周围农业负荷。工业用电主要集中棉厂、纱厂、变压器厂、化工厂和木材加工厂等，这些也是该站主要的谐波源。
经过3个月的连续监测，对数据进行了统计，该监测点监测数据的部分统计，见表1～6。
3对电能质量的分析
根据监测数据和结果分析：
(1) 从谐波电压总畸变率表4可看出，该监测点谐波电压总畸变率严重超标。国家标准为4%，实际情况为三相总畸变依次是：6.89%、6.50%、7.24%。对于并联无功补偿装置，10kv电容器应进行容量及参数计算，适当改变电容参数，避免产生谐振，防止谐波对电容器造成损坏。对该站以后新增负荷时，应严格控制谐波源，以避免谐波分量进一步提高，给电网造成较大的安全隐患。
(2) 从各次谐波电压含有率水平表1可见：3次谐波含有率较高，a相为6.7%，其次是5、7次谐波，这对并联无功补偿电容器串联电抗百分数的选择，有重要的参考价值。
(3) 谐波电流均不超标，主要谐波频次为：3、5、7、9次，这为谐波治理提供了基础数据。
(4) 根据上述分析可判断，该监测点存在严重的3次谐波谐振现象，应改变系统运行方式，分析并联补偿电容器对谐波的影响。
(5) 根据无功功率数据大小、方向及功率因数判断，该站10kv母线安装的并联无功补偿装置，其基波无功功率偏大（各种工况下功率因数基本保持1，某些工况下出现少量的无功倒送），因此，整体10kv母线电压偏高。
(6) 根据基波电压最大最小值、电压偏差最大最小值、零序负序电压最大值、总谐波电压畸变率最大值、各次谐波电压、电流含量最大值、闪变最大值等参数判断，检测中出现过大的电网冲击，10kv母线接有大的冲击性负荷，或出现b相经中间物接地现象（出现过很高的零序、负序电压）。
(7) 根据电压偏差可知各相电压合格率：a相2.69%、b相97.8%、c相94.6%，a相合格率较低，且绝大部分为正偏差。
由以上分析可看出，该变电站存在严重的谐波污染，3次谐波存在谐振，并且10kv并联补偿电容器对谐波有放大作用，应调整其运行参数。
4影响电能质量的因素及其对策
影响电能质量的主要因素是各种非线性用电设备、变压器和各类铁心电抗器，它们可分为以下几类：
(1) 电力电子装置，这是最严重的谐波源。这些装置在整流、逆变、调压及变频过程中产生大量的谐波；
(2) 电弧炉，如炼钢用的交流电弧炉；
(3) 家用电器，如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；
(4) 高新技术应用的多种设备，如电子计算机、功率调节器、节能灯等。
对220kv孙河站来说，周围工厂的大量电力电子设备、各种大容量电动机是其最主要的谐波源，其次是大量城市生活用电设备等。
谐波不但影响用户设备的正常运行，而且对电网设备和自动化装置有很大的影响。谐波对电网自动化装置的影响，要从改进自动化装置的制作工艺和工作原理入手，加强装置的抗干扰能力，防止装置误动作。但这对改善电网的电能质量并无任何作用，只能是减少电网谐波对自动化装置影响，因此电能质量的治理，应加强对用户谐波源的治理和改变电网参数，降低或消除谐波谐振。
(1) 对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以装设谐波滤波器来降低谐波电流。
(2) 对于特殊需要的用户，可装用隔离变压器：限制均衡的3次谐波，可以采用一台d，yn接法的隔离变压器。
(3) 安装有源的谐波调节器：在工作时注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个理想的正弦波。这种滤波设备，靠数字信号处理(dsp)技术，控制快速绝缘栅双极晶体管(igbt)。因为设备是与供电系统并联工作，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。目前有源滤波器正在日益推广应用。
(4) 对于电网，应优化电网参数，改变运行方式，优化无功补偿的安装地点、方式和容量，消除电网谐振或减小电网对谐波的放大作用。
为了改善220kv站的电能质量状况，对该站采取了一系列措施：
①在10kv tv、110kv tv的一次侧中性点加装非线性电阻；
②在10kv母线加装消谐装置；
③在2号主变110kv侧中性点加装消谐装置；
④改变10kv并联补偿电容器的参数，消除谐振，减少对谐波的放大作用。
中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0140-02
近年来，同安分局通过不断加大电网建设改造投资力度，开展低电压攻坚战，居民端电压合格率稳步提升，低电压投诉大幅下降。但近几年制茶经济迅猛发展，制茶电气化水平快速提高，莲花山区低压用户在用电高峰时段电压偏低，特别是10 kV祥溪线、军营线的电压质量问题最为突出，已不能满足正常用电需要。分局拟通过采取提升供电能力、提升调压能力、无功补偿等措施提高辖区内电压质量；目前分局已完成了对10 kV军营线双向调压装置及10 kV祥溪线单向调压装置的安装，文章做重点分析。
1 10 kV军营线、祥溪线的基本情况
①10 kV军营线引自35 kV小坪一级升压站，小坪一级升压站主变为无载调压变压器，10 kV军营线上的负荷主要为小坪村及尾林村的台区用电，其电压质量不合格体现在两个方面：一方面，在每年的炒茶旺季（5、6、10、11月）即负荷高峰期，由于35 kV小坪一级升压站主变为无载调压变压器，无法随时对35 kV小坪一级站10 kV母线电压进行调整，使得台区的电压严重偏低：另一方面，在丰水期（7、8、9月）的台区用电负荷较低，而并接于35 kV小坪一级升压站10 kV母线的小坪一级水电站（装机容量600 kVA）及并接于军营线32/412杆的石船溪电站（装机容量160 kVA）要向主网输送电能，必然会将出口电压调高，从而导致10 kV军营线电压过高。
②10 kV祥溪线引自35 kV莲花变，祥溪线主线386根杆，连支路计算全长七十几公里，在负荷高峰期10 kV线路电压降大，导致线路后端的白交祠村、西坑村、286杆支路的淡溪村所有台区均出现低电压，给居民的日常用电、采茶期间的用电造成了麻烦。
2 解决方案的确定
①军营线的解决方案。因10 kV军营线存在的主要问题是10 kV电压不稳，营销部专责提出在我省闽北地区已经存在可以自动调节10 kV电压的调压器，于是2011年8月，在营销部的指导下，分局于2011年8月组织参观邵武供电局的双向调压器运行情况，运行效果良好，根据线路的实际情况和计算结果，分局决定在军营线主干线#32杆附近（后来经现场勘查，因军营线#10-#32杆之间未T接负荷，#10杆现场具备安装条件，因此，决定安装在#10杆）安装BSVR双向馈线电压自动调节装置，通过馈线电压自动方式进行双向调压，当后端小水电出力不足造成电压低时调压器通过调档抬高后端电压，当后端小水电满发而负载低时调压器反向调档降低后端电压，保证电能质量。
②祥溪线的解决方案。通过计算并结合我们线路的实际情况，因祥溪线最末端的线路端电压最低，再者，祥溪线#283杆后未有小水电站并网，因此，只需安装单向调压器即可，经济投入较低，又能解决决祥溪线最末端线路端电压低的问题，根据实际条件，安装点暂定在主干线#283杆附近，型号为SVR-2 000/10-7（-5%～+15%）。
3 自动调压器的原理及项目的组织实施
3.1 BSVR双向馈线自动调压器原理
BSVR是一种自动跟踪输入电压变化而保证其输出电压稳定的三相双方向调压装置，它可以广泛运用于6 kV、10 kV以及35 kV供电系统中，在±15%的范围内对输入电压进行自动调节。BSVR双向步进式电压调整器，由内部控制器，潮流识别器件及档位采样回路，分接开关控制回路等构成。潮流方向识别器件将电流信号和电压信号采入后进行比较判断，若为正方向，则档位采样回路采样档位信号为正向，同时分接开关控制回路控制电机的方向也为正向。当潮流方向为反向时，档位信号采集和分接开关电机的控制按反方向运行。
3.2 设计思路
根据线路实际情况和电网规划，在不需要改变原有配电线路网架结构的前提下，根据线路的电压、电流、功率因数、导线型号、导线长度、负荷类型等数据进行理论分析，选择合适的安装地点和设备型号：将BSVR、SVR双向馈线电压自动调节装置串联在线路上，用于解决线路的电压过高或过低问题，确保装置输出端电压合格。
3.3 主要技术参数的确定
①10 kV军营线的技术参数确定。针对10 kV军营线，通过大量的线路调查，并对以往的数据进行分析计算，得到以下数据：枯水期时主线路末端的电压为8.37 kV，支线末端的电压都比较低；丰水期时，电能由小水电流向主网，电压最高时达到11 kV以上。根据上述分析结果，最终确定在主干线10#杆前端安装容量为2 000 kVA、调压范围为±15%的双向自动调压器，装置通过自动检测线路电压和潮流流向，在±15%的范围内对输入电压进行自动调节。
②10 kV祥溪线#283杆后线路的技术参数确定。针对10 kV祥溪线#283杆后线路，通过大量的线路调查，并对以往的数据进行分析计算，得到以下数据：枯水期时主线路末端的电压为8.39 kV，末端的电压都比较低；丰水期时，电能由小水电流向主网，电压最高时达到11 kV以上。根据上述分析结果并结合经济效应，我们决定在线路上先安装一台调压器，来解决线路端电压低的问题，根据实际条件，安装点分别定在主干线#286为SVR-2000/10-7（-5%～+15%），此方案能解决安装点后端电压低的问题。
4 注意事项及需改进的部分
4.1 运行操作注意事项
调压器在进行合环操作时，一定要满足两个条件：调压器档位应设置于中间档（V档），已免合环时因调压器一、二次电压不同而造成短路事故；必须将调压器自动与手动调档切换开关切换至“手动”位置，以免合环过程中调压器因自动调档而造成短路事故。
4.2 需改进部分
①控制箱位置设置不当，应调整至便于操作人员操作的位置。双向调压器的控制箱位于调压器箱体上，要操作时必须登上调压器台架上，而调压器的自动与手动调档切换开关必须在控制箱内进行操作，若要进行调压器投运操作，操作人员必须先登上调压器台架把自动与手动调档切换开关切换至“手动”位置，待调压器投运后，操作人员又要再登上调压器台架把自动与手动调档切换开关切换至“自动”位置。因此，应将控制箱调整至便于操作人员操作的位置，如台架下方。
②调压器只能记录累计动作次数。调压器只能记录累计动作次数，而无法记录历史动作时间，不利于配合我们分析调压器调档动作前后10 kV军营线各公变首端电压的变化情况。
③无通讯设备，不具备通讯功能。无通讯设备，无法及时掌握调压器的运行状况。
5 结 语
由此可见，10 kV军营线BSVR双向馈线自动调压器、祥溪线SVR单向馈线自动调压器通过判别电压大小进行自动调档，从而使得10 kV军营线、祥溪线的电压保持在合格范围内，解决了长期困扰小坪村、尾林村电压不稳问题，大大满足了当地茶农制茶期间的用电需求。
中图分类号：TM315文献标识码： A
1引言
为了满足广西经济和社会发展对能源的需求，保证能源安全，广西能源长远发展一方面必须实施能源形式多元化战略，在开发利用水能资源、煤炭资源的同时，积极发展核能、风能和太阳能等新能源。其中，风力发电为地区电网提供一个高效、清洁的电源，能够有效缓解地区电网的电力供需矛盾。风能是清洁的可再生能源，风能的利用能改善能源结构，节约煤炭资源，减少煤炭燃烧导致的污染排放量，有利于保护环境，有利于满足低碳经济社会发展的需要。因此，今年来广西大力发展风电项目，目前建成或正在建设的风电项目有资源金紫山风电场、兴安石板岭、界首、严关、平岭、西坑风电场、富川邓家坝风电场、容县杨村风电场等众多项目。但是风力发电在无功功率、电能质量等方面对电网具有相当的影响。本文重点对广西风电项目无功补偿配置及电能质量分析等方面进行论述。
2无功补偿配置分析
依据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG110008-2011）、《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963-2011）、《大型风电场并网设计技术规范》（NB/T 31003-2011）中的要求：
1）无功电源：风电场安装的风电机组应满足功率因数在超前0.95~滞后0.95的范围内动态可调。
2）无功容量配置：对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时汇集线路、主变压器的感性无功及风电场送出线路的一半感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的一半充电无功功率及风电场自身的容性无功功率，其中动态无功补偿装置的容量应不小于总补偿容量的50%。
3电能质量分析
3.1电压偏差
根据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG110008-2011）、《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963-2011）、《大型风电场并网设计技术规范》（NB/T 31003-2011）的要求，风电场接入电力系统后，并网点的电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应为额定电压的-3%～+7%。
3.2电压闪变
根据依据《电能质量 电压波动和闪变》（GB /T12326-2008），PCC点在系统正常运行的较小方式下，以一周（168h）为测量周期，所有长时间闪变限值都应该满足表2.3-1中闪变限值的要求。
表2.3-1公共连接点的电压闪变限值
1 0.8
《电能质量 电压波动和闪变》规定，波动负荷单独引起的闪变值根据用户负荷大小、其协议用电容量占总供电容量的比例及电力系统公共连接点的状况，分别按三级作不同的规定和处理。具体内容可参见该规定。
另外，还需考虑闪变传递系数，电力系统不同母线节点上闪变传递系数计算方法如下图所示，可按下式简化计算：
图2.3-1闪变传递计算示意图
(2.3-1)
式中，为节点B短时闪变传递到节点A的传递系数；
――节点B短时闪变值传递到节点A，在节点A引起的短时闪变值；
――节点B上的短时闪变值；
――节点B短路时节点A流向节点B的短路容量；
――节点A的短路容量；
―― 节点A短路时节点B流向节点A的短路容量。
闪变的叠加，n个波动负荷各自引起的闪变和背景闪变在同一节点上相互叠加，其短时闪变值可按照下列公式计算：
(2.3-2)
其中：
m――值取决于主要闪变源的性质及工况的重叠可能性。
m=1――用于波动负荷引起电压变动同时发生重叠率很高的状况。
m=2――用于随机波动负荷引起电压变动同时发生的状况。
m=3――用于波动负荷引起电压变动同时发生可能性很小状况。
m=4――仅用于熔化期不重叠的电弧炉所引起的电压变动合成。
本报告m取3。
3.3风电场最大功率变化的推荐限值
《南方电网风电场接入电网技术规范》给出风电场最大功率变化的推荐限值见表2.3-2。
表2.3-2风电场有功功率变化限值推荐限值
风电场装机容量（MW） 10min最大有功功率变化限值（MW） 1min最大有功功率变化限值（MW）
30-150 装机容量/3 装机容量/10
>150 50 15
表中风电场10min最大功率变化一般不超过其装机容量的33％，1min最大功率变化一般不超过其装机容量的10％。以上要求也适用于风电场的正常停机。因风速降低或风速超出切机风速而引起的风电场有功功率变化超出最大有功功率变化限值的情况可以接受。
本报告取风场1min的有功出力变化率为装机容量的10%。
3.4谐波判定
（1）谐波电流允许值
根据《电能质量 公用网谐波》规定，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过下表规定的允许值：
表2.3-3注入公共连接点的谐波电流允许值
表2.3-3给出的是对应基准短路容量下的谐波电流，当枯小方式下公共连接点处的短路容量不同于上表中的基准短路容量时，表中谐波电流允许值的换算公式如下：
（2.3-3）
式中 ――公共连接点的最小短路容量，MVA；
――基准短路容量，MVA；
――第次谐波电流允许值，A；
―― 短路容量为时的第次谐波电流允许值。
根据《电能质量 公用网谐波》（GB/T 14549-1993），PCC点处第i个用户的第h次谐波电流允许值按照公式如下：
（2.3-4）
式中――第i个用户的用电协议容量，MVA
――公共连接点的供电协议容量，MVA
――相位叠加系数，按表2.3-4取值。
表2.3-4谐波相位叠加系数
h 3 5 7 11 13 9|＞13|偶次
1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2
4建议与有关要求
a）为保证风电场并网后能够安全、稳定运行，建议风电场并网运行后及时开展实测工作，为相关风电工程建设、运行提供有益参考。
b）系统对风电场提出如下要求：
1）风电机组应具备低电压穿越能力
低电压穿越能力（LVRT：Low Voltage Ride Through）是指：电网故障引起电压跌落，风电场在电网发生故障时及故障后，保持不脱网连续并网运行的能力。理想情况下，除不切机外，低电压穿越还包括风电机组向电网发送无功、在电压降落情况下帮助恢复电压的能力。
根据《南方电网风电场接入电网技术规范》（Q/CSG 110008-2011），对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场，在技术条件具备情况下应积极开展机组改造工作，以具备低电压穿越能力。对于新建风电场必须具备低电压穿越能力。图5-1为对风电场的低电压穿越要求，具体如下：
图5-1风电场低电压穿越要求
a）风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；
b）风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
2）风电场应具备功率调节能力
风电场应具有调节、限制其有功功率变化的能力和一定的电压调节及无功功率输出能力。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场有功功率变化应当满足电网调度部门的要求。为实现对功率的控制，风电场需配置功率控制系统（功率管理平台），接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。
3）风电场应具备风电功率预测预报的能力，并按要求开展风电功率预测预报。
根据《国家能源局关于印发风电场功率预测预报管理暂行办法的通知》（国能新能〔2011〕177号）中的要求，并网风电场应具备风电功率预测预报的能力，并应按要求开展风电功率预测预报、上报工作。
风电功率预报分日预报和实时预报两种方式。日预报是指对次日0时至24时的预测预报，实时预报是指自上报时刻起未来15分钟至4小时的预测预报，时间分辨率均为15分钟。日预报要求并网风电场每日在规定时间前按规定要求向电网调度机构提交次日0时24时每15分钟共96个时间节点风电有功功率预测数据和开机容量。实时预报要求并网风电场按规定要求每15分钟滚动上报未来15分钟至4小时风电功率预测数据和实时的风速等气象数据。风电场功率预测系统提供的日预测曲线最大误差不超过25%；实时预测误差不超过15%。全天预测结呆的均方根误差应小于20%。
风电场的风电功率预测系统必须满足电力二次系统安全防护的有关要求，与电网调度机构的风电功率预测系统建立接口并运行于同一安全区，自动向电网调度机构实时传送预测结果。
5小结
现代风力发电通常通过电力电子设备构成的功率变换器实现功率变换及并网，由于电力电子转换器增加非线性负载，将可能会引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网谐波污染；同时风力发电的随机性及不确定性，将会对电网电压造成影响；对风电场的无功补偿也有一定的要求。因此为了保证电网的安全稳定运行，对风电场开展无功配置和电能质量分析等是有重要意义的。
参考文献
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《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963-2011）..
一、电能质量指标
电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。
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iec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如下：
(1)低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电，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。
对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。
保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。
电能质量指标国内外大多取95％概率值作为衡量依据，并需指明监测点，这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行，而且应具备承受短时超标运行的能力。
二、电能质量标准
综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准，中低压电能质量标准分5大类13个指标。
(1)频率偏差：包括在互联电网和孤立电网中的两种；
(2)电压幅值：慢速电压变化(即电压偏差)；快速电压变化(电压波动和闪变)；电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms～lmin)内下降到90％的额定值以下，然后又恢复到正常水平，会使用户的次品率增大或生产停顿)；短时断电(又称电压中断，是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min，电压中断使用户生产停顿，甚至混乱)；长时断电；暂时工频过电压；瞬态过电压；
(3)电压不平衡；
(4)电压波形：谐波电压；间谐波电压；(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起，如大功率的交一交变频，间谐波的频率不是工频的整数倍，但其危害等同于整数次谐波)。
(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制)
三、电能质量污染的治理
1、治理的基础性工作
首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。
2、svc装置
近些年来发展起来的svc装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。
qi＝qd+ql-qc (2)
式(2)中qi、qd、ql、qc分别为：系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。
当负荷产生冲击无功qd时，将引起
qi＝qd+ql+qc (3)
其中qc=0，欲保持qc不变，即qi＝0，则qd＝-ql，即svc装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。
svc由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式：
(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称tcr型)svc，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格便宜等优点。tcr装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。
(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(tct型)，优点与tcr型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级防火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30mvar以上时价格较贵，不能得到广泛采用。
(3)可控硅开关控制电容器型(tsc)：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。
(4)自饱和电抗器型(ssr型)：维护较简单，运行可靠，过载能力强，响应速度快，降低闪变效果好，但其噪音大，原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷的能力。
3、无源滤波装置
该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于svc的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。
4、有源滤波器
虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(active powerfliter，缩写为apf)。
apf即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：
a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；
b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；
一、引言
电能质量分析仪 ，是对电网运行质量进行检测及分析的专用便携式产品。可以提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析，能够对电网运行进行长时间的数据采集监测。同时配备电能质量数据分析软件，对上传至计算机的测量数据进行各种分析。电梯质量，一般意义上而言，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。
在高层建筑林立的当代生活中，电梯已经成为人们不可缺少的“伙伴”，除对电梯功能的需求外，人们追求更多的是电梯的安全性与舒适感[1]，却很少有人去关心电梯的能耗问题，这使得电梯成为高层建筑中仅次于空调的第二大能耗设备。据相关数据统计，到2013年年末，全国电梯总耗电量达到680亿千瓦时以上，约占建筑内总耗电的8%～15%，其耗电量是相当巨大的，相当于大亚湾核电站年发电量的 5.4 倍，三峡电站年发电量的 50%。当今世界正在发生广泛而深刻的变化，全球范围内绿色经济、低碳技术等正在兴起，抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈，国外对机电产品的能效要求越来越高，严重威胁着我国电梯产业的海外市场[2]。
二、电梯能耗检验中的意义
《中华人民共和国节约能源法》中规定，“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”。 《中华人民共和国特种设备安全法》第七条规定：特种设备生产、经营使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理，确保特种设备生产、经营、使用安全，符合节能要求[3]。电梯作为第二大特种设备，也必须按照《中华人民共和国特种设备安全法》的要求进行生产、经营和使用。因此，为了确保真正实现电梯的节能降耗目的，必须要对电梯的能耗进行有效的检测。
如今，绿色建筑作为可持续发展的热门话题，是房地产开发商和国际客户追捧的名词。而能效是判断一栋建筑是否符合绿色建筑的评判标准之一。
电梯能耗的检测是引导节能电梯以及电梯节能设备产业发展与国际市场接轨的有效手段。但是，因为电梯能效的定义是一个复杂的问题，所以没有相关的标准来对电梯的能耗进行评价。由于电梯是根据不同建筑量身定做的集机电为一体的精密设备，并且存在不确定的运行状况和使用条件。电梯的能耗不仅与电梯本身所采用的驱动方式、额定载重量、额定速度、制动方式、调速方式策略等许多因素相关，而且还与电梯所在建筑的楼层数量以及使用电梯的客流分布密切相关[4]。当前所用的电梯能耗检测方法，因为其操作繁琐、成本高、不具有通用性，或者方法过于简单而导致检测误差过大。
如果不能对电梯的能耗进行有效的检测，就不能对电梯的能效有一个合理、公平的评价。所以合理、公平、便于操作的电梯能效的检测方法，研制、设计电梯能效监测系统来实现电梯能效的远程自动测试是非常必要的。通过检验检测到的数据来分析在用电梯的能效状况与能效变化规律，为电梯的节能改造奠定坚实的基础。同时可以为电梯使用单位选购低能耗的电梯进行指导，为政府进行电梯能效的审查和监管提供技术支撑，对于促进节能电梯的研制和开发具有重要的指导意义。
三、电能质量分析仪在电梯检验中的应用
电梯作为现代建筑中能耗仅次于空调的电气设备，其能源的有效利用问题引起了各界高度的关注，尤其是在能源日益紧张的今天，节能更是显得十分重要。为保障政府对电梯行业实行节能审查和监管，推广电梯节能技术，需构建一种客观公平、为业界人士所认可的电梯能源利用效率检测及评价方法，该方法能够客观真实地反映各种型号、规格的电梯在能源利用效率方面的性能。
电能质量分析仪主要由现场测试部分和数据处理软件两部分组成，其工作模式主要有谐波、波形、报警、趋势图、功率和电能、截屏、波形捕捉7 种工作模式，含有 4 个电流接口、5 个电压接口，因此可以测量单相、两相、三相三线、三相四线、三相五线的启动电流、各相电流和电压、功率、累计功能、谐波影响等，还可以测量电梯处于发电状态时回馈给电网的电能质量，如电压波动情况、不平衡度、谐波等，这非常有利于测量电梯所回馈的能量质量与数量。
电梯能耗测试的目的主要是针对电梯间歇性工作特点，按照一定的运行楼层顺序、额定载重量，依据电梯“每吨千米的耗电量（η）”这一评价参数来对电梯进行能耗评价。利用电能质量分析仪对电梯能耗进行检验，主要包括电梯运行时的能量损耗测试和待机时的能量损耗测试，由于每部电梯的附件配置不同，例如风扇、照明等附件，其所损耗的电量也会有所不同，所以在利用电梯质量分析仪进行运行时能量损耗测量时，将不考虑照明和风扇等附件；进行待机能量损耗测试时，应考虑照明和风扇等附件的损耗。利用电能质量分析仪对电梯运行时的能耗测试的方法如图1所示：
图1 电梯运行时的能耗测量
电梯待机时所损耗的能量测试方法如图2所示：
图2 电梯待机时能耗测量
电梯在满载上行和空载下行时时，对于电网而言是一耗能设备但；是电梯在满载下行和空载上行时处于发电状态，而大部分电梯制造企业针对这一部分回馈电能主要是通过能耗电阻以热量形式消耗掉，随着科学技术的发展，电梯能量回馈装置应运而生，在电梯处于发电状态时将这一部分电能回馈电网以达到节能的目的[5]。
四、总结
本文详细分析了电能质量分析仪的工作原理，以及在电梯能耗检测中的具体应用，并能很好的测量出电网电压、频率、所受的电磁干扰等参数，从而更好地为电梯的节能提供一些参考资料，为节能减排做出贡献。
参考文献：
[1]严兵弟.电梯节能技术分析与探讨[J].兰州：甘肃科技，2011.9，27（17）。
[2]游君子.电梯能效监测系统的研究与设计[D].广州：华南理工大学，2011.11：1。
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0115-03
近十年来，全球的太阳能光伏产业每年以41.3%的速度在增长，中国成为了世界上光伏发电技术和光伏电池组件的大国，年发电产量约占世界产量的44%，预计到2015年中国的光伏发电的装机总量将达到500万kW。由于在10KV接入、400V接入、220V接入系统中都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题。随着容量的增大，谐波电流对电网的影响也将随之增大。于是光伏发电并网逆变器易产生谐波、三相电流相对不平衡、输出功率相对不稳定等问题容易造成电网电压的波动、闪变，因此需要对电网进行相应的电能质量处理。
1 光伏发电站发电原理以及接入电网方法
太阳的光子照射到不均匀的半导体或者金属与半导体结合的不同位置产生了电位差。根据能量之间的转化，其过程就是由光子转化为电子，光能转化为电能的过程；由于电位差形成电压，通过连接形成电流的回路，我们把这个称为光伏效应，同时这也是光伏发电站发电的原理。
根据电压等级可以将光伏发电站分为三类：一是接入电压等级为66KV及以上的电网的光伏发电站称为大型光伏发电站；二是接入电压等级为10～35KV电网的光伏发电站称为中型光伏发电站；三是接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏发电站称为小型光伏发电站。光伏发电站由四个部分组成：光伏电池阵列、逆变器、升压变压器、控制保护装置，其发电以及接入电网的过程就是首先通过光伏电池阵列将光能转变为电能，电能以直流电的形式通过逆变器转变为交流电输出，此时的交流电是低压交流电，然后通过升压变压器将交流电的电压升压最终接入电网。一个光伏发电站的发电功率通过此发电站的光照量来衡量。光伏发电受环境的影响造成存在高次谐波含量和发电功率不稳定性，从而影响到光伏发电的电能质量。
2 光伏发电站产生谐波对电网的主要影响
某光伏发电站并网点对电能质量进行连续测量，测试时间为60小时30分钟，其中光伏发电时间为25小时20分钟，如表1所示：
测试结果表明：各项指标均合格，其中三项指标裕度很大，电压总畸变率裕度较小且最大值已超标。不同测试时间段对95%概率值有影响。
C相谐波电流最大值测试结果如下图1所示：
图1表明C相25次谐波电流最大，超过协议容量允许值。且95%概率值也已经超过允许电流，但95%概率值还在合格范围内。
2.1 高次谐波含量
通过测量研究表明，电力系统中的三相交流发电机输出的电压的波形通常情况下为正弦波，所谓的正弦波就是波形中近似无直流及高次谐波的分量。对于基波就是对称分量，三相向量之和为零，这样就对外不会形成电磁场。但是对于谐波电流的分量的三相向量之和不等于零，会形成强大的磁场，对光伏发电站的电能质量产生影响。高次谐波源向整个电网注入了整倍于基波频率的谐波电流。谐波电流在电网上产生谐波降压，必然会导致整个电网电压和电流的波形产生变化，直接导致了光伏发电站电能质量的不断下降。
研究发现，光照强度对于光伏发电站输出的谐波影响显著。光伏发电站中通常采用的脉冲宽度调制技术将直流电转化为交流电的过程中都会产生不同的谐波。由于采用脉冲宽度调制技术的逆变器主要目的就是为了降低低频次谐波含量对电网的电能质量的影响，但同时也丢失了抑制高频次谐波含量的能力，导致谐波中的低频次的含量低。
2.2 发电功率的不稳定性
光照强度对于光伏发电站的输出功率同样存在着巨大的影响。光伏发电的输出功率具有波动性、间歇性、周期性这三个主要特点，这就造成了对电网电压的波动闪变。尤其是光伏发电在如今发电形式的比例越来越重要的情况下，它的三个主要特点对用电电网的调节影响也会越来越明显，最终很有可能造成整个电网频率的上下波动。
3 提高光伏发电电能质量的技术措施
3.1 提高并网点短路容量
通过提高光伏发电站并网电压等级并选择短路容量水平比较高的变电站作为电站接入点，既提高电压的波动与闪变，又能提高电压的不平衡度和谐波等指标的合格率。
3.2 电能控制装置在光伏发电系统中的应用
传统的电网电能质量治理装置在光伏发电系统中依然使用，例如APF、DSTATCCOM和SVC等同样可用于大规模的光伏发电站作为无功补偿和谐波治理装置。同时，光伏微源本身具有功率响应积极、有功无功分别可调等优点，可以担当一定的电能质量调节任务，与电能质量治理装置联合使用，从而改善电能质量。
伴随着光伏发电系统渗透率的提高，电能质量的控制难度也在加大，传统的电能治理点如无功补偿节点、有源滤波器的投入节点、电能质量的检测点等都需要重新确定。传统的电能质量治理方案也需要改进。利用光伏并网逆变主电路的特点，将光伏并网的发电控制与无功补偿、有源滤波相结合，有效地进行光伏并网发电的同时，还可以对电网中的无功和谐波进行补偿或抑制，提高电网电能质量。
3.3 增加一定的调压设备
在配电系统中，传统的谐波抑制和无功补偿方法是将无源电力滤波器与需补偿的非线性负荷并联，为谐波提供一个低阻通路的同时，也提供负载所需的无功功率，这是最常见和实用的方法。该装置利用电感和电容器贮能元件。根据谐振原理，通过滤波电路对需要消除的高次谐波进行调谐，使之发生谐振。以便其在谐振时得到阻抗最小的特性，有效消除指定次数的谐波，并在谐波源附件就地吸收谐波电流，从而不使其注入电网中去。该装置的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，运行费用也低，不但起到滤波作用，还能进行无功补偿。因此，无源滤波器是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的重要手段。但该方法的补偿特性受电网阻抗、频率和运行工况的影响，只能起到对某几次固定频率谐波的抑制效果，而很可能对其他次谐波有放大作用，使滤波器过载甚至烧毁。另外，LC滤波电路会因系统阻抗参数变化而产生与系统并联谐振问题，影响和后果严重。
4 结语
光伏发电技术依旧是一个相对较新的研究领域，人们需要不断地探索总结去提高光伏发电站的电能质量，同时把光伏发电这一绿色环保的新能源作为今后的主要能源。通过本文可以了解光伏发电站接入电网后主要的电能质量问题是谐波。谐波注入是否合格是由接入点的短路容量、接入光伏站的容量以及逆变器注入电网的谐波电流决定的。
参考文献
[1] 朱桂萍，王树民.电能质量控制技术综述[J].电力系统自动化，2002，（14）：28-33.
[2] 杜朝波，卢勇，严玉廷.并网光伏发电系统运行特性分析[J].南方电网技术论坛，2008，（5）：22-24.
