电能质量的现状和未来分析
人气：2525次发表时间：2014-11-17
在电力市场经济环境下，随着经济社会的快速发展，特高压电网，新能源发电的迅猛崛起，以及电力电子技术和产品的广泛应用，使电力系统中的电源类型与特性，电网拓扑结构和负荷构成发生深刻变化，使之对电能质量的重视程度在与日俱增。
电能是一种资源，也是一种特殊商品，其特殊性除电力供应方式，商品交换形式及贸易结算等方面与普通商品不一样外，在商品质量即电能质量的保证条件也是与众不同。普通商品的质量由制造厂家负责，而电能质量则与用户的用电状况密切相关，造成电能质量劣化有可能是用户用电不当所致。供电与用电状况对电能质量每项指标所产生的影响程度也互不相同，其所承担的责任也有差别。
在电力供应相对紧缺时期，电力供应尚无法满足社会需求时，提起电能质量的概念，很多人不以为然，而对电能质量的概念，只停留在电压、频率偏差等静态值范围内。然而在新形势下，电力消耗形式和用电设备性能发生了重大变化，使电能质量问题日益突出。再加上新能源、分布式发电和微电网的兴起，及新能源发电经电力变换接入电网。同时电网内还有大量非线性负载投运，这些都导致电能不在保持理想的正弦稳定波形，从而造成波形畸变，成为电网的“公害”。
在电力市场经济环境下，随着供电双方对电能质量的高度关注，电能质量标准也在实践中不断完善和发展。为此，准确理解和掌握电能质量标准具有十分重要意义。
1.供电电压允许偏差
GB/T12325—2003规定了电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为：35千伏及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%;10千伏及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的-7%~+7%;220伏单相供电电压允许偏差为额定电压的-10%~+7%。
2.电网频率
GB/T15945—1995规定电力系统频率偏差允许值为-0.2Hz~+0.2Hz，当系统容量较大时，偏差值可放宽到-0.5Hz~+0.5Hz。
3.电压波动和闪变
GB/2326—2000适用于由波动负荷引起的公共连接点电压快速变动，及由此可能引起人对灯闪明显感觉的场合。新标准将原标准中的以电压波动为主改为以闪变为主，最敏感频率有10Hz移到8.8Hz。
4.三相电压不平衡
GB/T15542—1995适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下，由负序分量而引起公共接点的电压不平衡。用电压负序分量与正序分量的均方根百分比表示。
5.公共电网谐波
GB/T14549—1993在电力生产、传输、转换和使用各个环节中都会产生谐波。在发电环节可近似认为发电机输出的是具有基波频率的正弦波形电压。其他环节产生谐波的主要有：非线性特征的电气设备;铁磁饱和特性的铁心设备;有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，以电力电子元件为基础的开关电源设备等。
6.暂时过电压和瞬态过电压
电能质量是个动态的变化量，随同电网的结构的强弱、负荷构成、考核地点以及时间变化和受到不同的影响。随着我国已成为世界上最复杂的交直流互联大电网，以及新能源、分布式发电和微电网的兴起，而新能源发电又具有功率波动性、间歇性和不确定性。同时新能源发电需经电力变换接入电网，再加上电力电子技术发展与广泛应用，使电力能源与电力消耗形式出现多样性，以及网内又有大量非线性负载投运，这些都导致电能不在保持理想的正弦稳定波形，影响电能质量。
电能质量劣化具有外在性和特点：
①当电网供电线路过长，线径过小，供电能力不足，在用电负荷过大时将引起供电电压偏差;在电网调压装置与能力不足时而无功补偿又相对缺乏也会引起供电电压偏差;当用户无功功率冲击时同样也会引起电压偏差，容性无功使电压偏高，感性无功使电压偏低。
②用户从电网吸取的有功功率是变化的，只有当发电机输出有功与用户消耗的有功维持动态平衡时，电力系统的频率才不会发生偏差。若电网供电容量不足或调频设备能力不足，当用电负荷超过供电能力时，即会发生频率偏差。
③电网内有炼钢电弧炉、大型轧钢设备，以及负荷变动大的设备投运时，或当电网发生操作失误，或电网发生故障时，即会发生电压的波动和闪变。
④当电网内三相用电负荷分配不均衡，及单相大容量设备的投运，或为了降低电力供应而采用单相供电等，即会引起三相电压的不平衡。不平衡度是指电网中三相不平衡程度，这仅对电压而言，对电流一般用负序电流或零序电流。
⑤鉴于电力消耗形式出现多样性，电网内有大量非线性电气设备;铁磁饱和特性的铁心设备;有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，以及电力电子元件为基础的开关电源设备。还有大容量电力晶品闸管可控设备，电力变流设备和相控调速调压装置等，这些非线性设备的投运，必将引起电压、电流正弦波形的畸变而产生谐波。
为实现对电网能量流的快速有效控制，就离不开电力电子装置，而电力电子元件的非线性特性对电网的副作用也很大，导致电能质量的劣化。在新形势下新能源发电也成为污染源，风能、太阳能发电具有断续性、波动性的特点。同时还需要变流装置接入电网，因而也存在有谐波污染。
电网运行中供电与用电的状况异常，必将造成电能质量的劣化，对每项指标产生影响程度也不相同，所承担的责任也有差别。随着用电设备性能的提高，高灵敏度负荷的增多，高科技含量设备对电能扰动愈加敏感，从而意识到高质量的电能是和经济性联系在一起的。
电网供电运行中若是电能质量劣化，必将造成供、用电设备的电气性能变坏，运行效率下降，电能损耗增加。劣化的电能将使用电设备运行中产生过热，不仅能耗增加，而且生产效率下降，导致用电设备的利用率降低。电能劣化还会影响到继电保护和自动装置工作的可靠性，以及电子控制设备工作的失常，同时还会造成测量和计量仪器仪表指示与计量不准确，对通信系统的工作也会造成干扰。
电能质量本身和节能减排相关，国家已将电能质量提到资源环境的高度，它的改善将会使供用电双方获得更好经济效益。电能是一种重要资源，保证电能质量实际上是给人们提供一个良好的电磁环境。
为适应信息化电能质量检测技术的需要，必须建立健全电能质量评估体系，建成完善的电能质量检测网络，为电能质量评估提供信息，其分析结果将为改善电能质量提供依据，指导电力运行人员对电能污染进行综合治理。只有实现对电能质量的全面检测，才能对污染性负荷用户的有效监管，促进电能质量的改善。改善电能质量的关键是实时的无功调节和优化控制，事实上电网电能质量的优劣是反映全网发、供、用电三方对无功的控制于协调，以及无功补偿的技术水平，同时也反映了全网无功补偿的布置和补偿装置的调节能力。
改善电能质量应针对不同的电能问题，通过不同的技术手段和设备来解决，才能有效地告诉电网运行中的电能质量问题。
电网频率的波动源于大负荷设备的投运，引发有功功率的冲击所致，这可能通过电力经济调度，优化电力负荷配置，来维持发电有功功率与用电消耗的稳定。或且增加电网供电装机容量，保证供电能力大于用电负荷。另外，电网应有合适水电厂作为调频的备用容量，以增强电网的调频能力，从而解决电网频率的波动。
电网电压波动，主要是电网内有大量非线性负荷投运，以及无功功率的冲击所造成的。从而改善电网电压波动问题。对于有功功率冲击引起的电压波动，应增加电网发电装机容量，使电网保持足够备用容量，应对有功功率的冲击。或改善发电系统的调速功能，使之达到跟踪调节，也能改善电压波动的问题。
电网电压暂降、短时间断，则是电网发生故障，或大型设备的失误操作而引起的。这可通过提高供电网络的可靠性，设法减少电网发生故障的数目，以及尽快切除故障达到减少停电时间。通过改善供电系统的设计，完善供电网络的功能，使之能在发生故障时对用电设备的电压扰动最小。或且通过提高用电设备对电压扰动的抵御能看来解决电压暂降，也可在电网与用电设备之间加装补偿设备，使之能在一定时间内维持运行电压的稳定。其所涉及设备有：动态电压恢复器。它除了补偿无功功率外，还有补偿有功功率能力，当电网发生电压暂降时，能在短时内将电压恢复到正常。还有固态断路器和固态转换开关。它适用于快速隔离故障和转换供电。它和电抗器配合还能快速限制短路电流。
电网谐波的治理，主要是降低谐波源谐波电流的含量。整流设备中的换流装置，其产生谐波电流次数与脉动数有关，因此增加换流装置的脉动数是降低谐波电流的有效措施。同时还可通过装设交流滤波器，合理选择供电电压等级，加强谐波源的管理等，均可取得治理谐波的效果。
谐波治理所涉及设备有：无源电力滤波器和有源电力滤波器。
无源电力滤波器可滤除某一次或多次谐波。常用结构是将电感和电容串联而成，可对(3、5、7)次谐波构成低阻抗旁路。
有源电流量滤波器在性能上比无源滤波器好得多，为滤除谐波及波形畸变，采取主动发生策略进行滤波的电力电子装置。它可实现动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波，以及变化的无功进行补偿。
有源电力滤波器配合静止式无功发生器，是大功率电力电子技术应用于电网电能质量控制领域的高科技产品，适用于负载变化大而快的状况下，为电网无功补偿、谐波滤波、三相不平衡治理提供快速稳定的技术手段，并具有补偿无功的大小进行连续的调节，不受电网阻抗的影响，也不容易与电网阻抗发行谐振。
电能质量劣化的治理，道路是曲折的，前景是光明的。在电力市场经济环境下，人们已意识到高质量的电能供应是和经济性联系在一起的，电能质量的改善势在必行。
随着电能质量监测和评估体系的建设与完善，以及电能质量标准在实践中不断完善和发展，因而准确理解和把握电能质量标准，对搞好电能质量监管和电网安全稳定运行，以及节能降耗都具有十分重要意义。让我们共同为建立一个完善的电能质量环境和全面提高供电质量而努力。
电能是一种资源，也是一种特殊商品，其特殊性除电力供应方式，商品交换形式及贸易结算等方面与普通商品不一样外，在商品质量即电能质量的保证条件也是与众不同。普通商品的质量由制造厂家负责，而电能质量则与用户的用电状况密切相关，造成电能质量劣化有可能是用户用电不当所致。供电与用电状况对电能质量每项指标所产生的影响程度也互不相同，其所承担的责任也有差别。
在电力供应相对紧缺时期，电力供应尚无法满足社会需求时，提起电能质量的概念，很多人不以为然，而对电能质量的概念，只停留在电压、频率偏差等静态值范围内。然而在新形势下，电力消耗形式和用电设备性能发生了重大变化，使电能质量问题日益突出。再加上新能源、分布式发电和微电网的兴起，及新能源发电经电力变换接入电网。同时电网内还有大量非线性负载投运，这些都导致电能不在保持理想的正弦稳定波形，从而造成波形畸变，成为电网的“公害”。
随着社会进步、科技发展、电力充足，人们开始研究和追求电能质量。在科技不断发展的当今时代，用电设备性能在提高，高灵敏度负荷不断增多，高科技含量电气设备对电能扰动愈加敏感，从而意识到高质量的电能是和经济性联系在一起的。为此，对电能质量的关注是改善电能环境和保证优质电力供应的需求，也是全面提高供电质量的基础。
在电力市场经济环境下，随着供电双方对电能质量的高度关注，电能质量标准也在实践中不断完善和发展。为此，准确理解和掌握电能质量标准具有十分重要意义。
1.供电电压允许偏差
GB/T12325—2003规定了电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为：35千伏及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%;10千伏及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的-7%~+7%;220伏单相供电电压允许偏差为额定电压的-10%~+7%。
2.电网频率
GB/T15945—1995规定电力系统频率偏差允许值为-0.2Hz~+0.2Hz，当系统容量较大时，偏差值可放宽到-0.5Hz~+0.5Hz。
3.电压波动和闪变
GB/2326—2000适用于由波动负荷引起的公共连接点电压快速变动，及由此可能引起人对灯闪明显感觉的场合。新标准将原标准中的以电压波动为主改为以闪变为主，最敏感频率有10Hz移到8.8Hz。
4.三相电压不平衡
GB/T15542—1995适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下，由负序分量而引起公共接点的电压不平衡。用电压负序分量与正序分量的均方根百分比表示。
5.公共电网谐波
GB/T14549—1993在电力生产、传输、转换和使用各个环节中都会产生谐波。在发电环节可近似认为发电机输出的是具有基波频率的正弦波形电压。其他环节产生谐波的主要有：非线性特征的电气设备;铁磁饱和特性的铁心设备;有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，以电力电子元件为基础的开关电源设备等。
6.暂时过电压和瞬态过电压
GB/T18481—2001规定了交流电力系统作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压的要求，电气设备的绝缘水平以及过电压的保护方法。实际上该标准没有被贯彻执行，其重要原因是过电压信号很难进行取样、A/D转换、数据分析。
电能质量是个动态的变化量，随同电网的结构的强弱、负荷构成、考核地点以及时间变化和受到不同的影响。随着我国已成为世界上最复杂的交直流互联大电网，以及新能源、分布式发电和微电网的兴起，而新能源发电又具有功率波动性、间歇性和不确定性。同时新能源发电需经电力变换接入电网，再加上电力电子技术发展与广泛应用，使电力能源与电力消耗形式出现多样性，以及网内又有大量非线性负载投运，这些都导致电能不在保持理想的正弦稳定波形，影响电能质量。
电能质量劣化具有外在性和特点：
①当电网供电线路过长，线径过小，供电能力不足，在用电负荷过大时将引起供电电压偏差;在电网调压装置与能力不足时而无功补偿又相对缺乏也会引起供电电压偏差;当用户无功功率冲击时同样也会引起电压偏差，容性无功使电压偏高，感性无功使电压偏低。
②用户从电网吸取的有功功率是变化的，只有当发电机输出有功与用户消耗的有功维持动态平衡时，电力系统的频率才不会发生偏差。若电网供电容量不足或调频设备能力不足，当用电负荷超过供电能力时，即会发生频率偏差。
③电网内有炼钢电弧炉、大型轧钢设备，以及负荷变动大的设备投运时，或当电网发生操作失误，或电网发生故障时，即会发生电压的波动和闪变。
④当电网内三相用电负荷分配不均衡，及单相大容量设备的投运，或为了降低电力供应而采用单相供电等，即会引起三相电压的不平衡。不平衡度是指电网中三相不平衡程度，这仅对电压而言，对电流一般用负序电流或零序电流。
⑤鉴于电力消耗形式出现多样性，电网内有大量非线性电气设备;铁磁饱和特性的铁心设备;有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，以及电力电子元件为基础的开关电源设备。还有大容量电力晶品闸管可控设备，电力变流设备和相控调速调压装置等，这些非线性设备的投运，必将引起电压、电流正弦波形的畸变而产生谐波。
为实现对电网能量流的快速有效控制，就离不开电力电子装置，而电力电子元件的非线性特性对电网的副作用也很大，导致电能质量的劣化。在新形势下新能源发电也成为污染源，风能、太阳能发电具有断续性、波动性的特点。同时还需要变流装置接入电网，因而也存在有谐波污染。
⑥在电能质量的热点问题上，供用电双方从不同角度有不同看法，谐波影响是较早的问题，其对电能质量的影响早就受到电力部门的关注。但实际上造成影响与危害较大的不是谐波，而是电压暂降。电压暂降，电压短时间断则是电网故障和大型设备操作失误所致。这种电压暂降所造成危害对用户而言，由于用电户相对比较分散，因而影响不大明显。但随着敏感负荷的增多，高科技含量设备对电能扰动更加敏感，因而电压暂降给用户带来影响与危害将会更加严重。
电网运行中供电与用电的状况异常，必将造成电能质量的劣化，对每项指标产生影响程度也不相同，所承担的责任也有差别。随着用电设备性能的提高，高灵敏度负荷的增多，高科技含量设备对电能扰动愈加敏感，从而意识到高质量的电能是和经济性联系在一起的。
电网供电运行中若是电能质量劣化，必将造成供、用电设备的电气性能变坏，运行效率下降，电能损耗增加。劣化的电能将使用电设备运行中产生过热，不仅能耗增加，而且生产效率下降，导致用电设备的利用率降低。电能劣化还会影响到继电保护和自动装置工作的可靠性，以及电子控制设备工作的失常，同时还会造成测量和计量仪器仪表指示与计量不准确，对通信系统的工作也会造成干扰。
电能质量恶化将使产生机械设备的生产效率下降，使生产的产品质量劣化，甚至还可能造成产品报废。若是电能质量严重劣化，还影响到电气设备运行的安全性和使用寿命，严重时甚至还危及人身的安全。
电能质量本身和节能减排相关，国家已将电能质量提到资源环境的高度，它的改善将会使供用电双方获得更好经济效益。电能是一种重要资源，保证电能质量实际上是给人们提供一个良好的电磁环境。
为适应信息化电能质量检测技术的需要，必须建立健全电能质量评估体系，建成完善的电能质量检测网络，为电能质量评估提供信息，其分析结果将为改善电能质量提供依据，指导电力运行人员对电能污染进行综合治理。只有实现对电能质量的全面检测，才能对污染性负荷用户的有效监管，促进电能质量的改善。改善电能质量的关键是实时的无功调节和优化控制，事实上电网电能质量的优劣是反映全网发、供、用电三方对无功的控制于协调，以及无功补偿的技术水平，同时也反映了全网无功补偿的布置和补偿装置的调节能力。
改善电能质量应针对不同的电能问题，通过不同的技术手段和设备来解决，才能有效地告诉电网运行中的电能质量问题。
电网频率的波动源于大负荷设备的投运，引发有功功率的冲击所致，这可能通过电力经济调度，优化电力负荷配置，来维持发电有功功率与用电消耗的稳定。或且增加电网供电装机容量，保证供电能力大于用电负荷。另外，电网应有合适水电厂作为调频的备用容量，以增强电网的调频能力，从而解决电网频率的波动。
电网电压波动，主要是电网内有大量非线性负荷投运，以及无功功率的冲击所造成的。从而改善电网电压波动问题。对于有功功率冲击引起的电压波动，应增加电网发电装机容量，使电网保持足够备用容量，应对有功功率的冲击。或改善发电系统的调速功能，使之达到跟踪调节，也能改善电压波动的问题。
电网电压暂降、短时间断，则是电网发生故障，或大型设备的失误操作而引起的。这可通过提高供电网络的可靠性，设法减少电网发生故障的数目，以及尽快切除故障达到减少停电时间。通过改善供电系统的设计，完善供电网络的功能，使之能在发生故障时对用电设备的电压扰动最小。或且通过提高用电设备对电压扰动的抵御能看来解决电压暂降，也可在电网与用电设备之间加装补偿设备，使之能在一定时间内维持运行电压的稳定。其所涉及设备有：动态电压恢复器。它除了补偿无功功率外，还有补偿有功功率能力，当电网发生电压暂降时，能在短时内将电压恢复到正常。还有固态断路器和固态转换开关。它适用于快速隔离故障和转换供电。它和电抗器配合还能快速限制短路电流。
电网谐波的治理，主要是降低谐波源谐波电流的含量。整流设备中的换流装置，其产生谐波电流次数与脉动数有关，因此增加换流装置的脉动数是降低谐波电流的有效措施。同时还可通过装设交流滤波器，合理选择供电电压等级，加强谐波源的管理等，均可取得治理谐波的效果。
谐波治理所涉及设备有：无源电力滤波器和有源电力滤波器。
无源电力滤波器可滤除某一次或多次谐波。常用结构是将电感和电容串联而成，可对(3、5、7)次谐波构成低阻抗旁路。
有源电流量滤波器在性能上比无源滤波器好得多，为滤除谐波及波形畸变，采取主动发生策略进行滤波的电力电子装置。它可实现动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波，以及变化的无功进行补偿。
有源电力滤波器配合静止式无功发生器，是大功率电力电子技术应用于电网电能质量控制领域的高科技产品，适用于负载变化大而快的状况下，为电网无功补偿、谐波滤波、三相不平衡治理提供快速稳定的技术手段，并具有补偿无功的大小进行连续的调节，不受电网阻抗的影响，也不容易与电网阻抗发行谐振。
有源电力滤波器运行中还能自动跟踪电网频率的变化，其补偿性能也不受电网频率变化的影响，对补偿对象的变化有极快的响应，可同时对谐波和无功进行补偿，具有良好的治理谐波效果。
电能质量劣化的治理，道路是曲折的，前景是光明的。在电力市场经济环境下，人们已意识到高质量的电能供应是和经济性联系在一起的，电能质量的改善势在必行。
随着电能质量监测和评估体系的建设与完善，以及电能质量标准在实践中不断完善和发展，因而准确理解和把握电能质量标准，对搞好电能质量监管和电网安全稳定运行，以及节能降耗都具有十分重要意义。让我们共同为建立一个完善的电能质量环境和全面提高供电质量而努力。
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