【正文】 量研究也主要集中在與諧波相關(guān)的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量研究上。在電力系統(tǒng)、電力電子、電動(dòng)機(jī)、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應(yīng)用的工業(yè)部門中，都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術(shù)課題。以前 ,由于受各種條件的限制，對(duì)電壓驟降和驟升、暫態(tài)擾動(dòng)等各種暫態(tài)電能質(zhì)量研究較少。暫態(tài)信號(hào)具有突變、非平穩(wěn)、持續(xù)時(shí)間短等特性，只了解它們?cè)跁r(shí)域或頻域中的全局特性是不夠的。暫態(tài)信號(hào)中的 奇異點(diǎn)和不規(guī)則突變通常與系統(tǒng)的電氣參數(shù)有著重要的聯(lián)系。奇異點(diǎn)檢測(cè)的目的就是對(duì)故障進(jìn)行定位，抓住故障特征，進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)或控制措施。因此，暫態(tài)電能質(zhì)量分析已成為研究熱點(diǎn)。 電能質(zhì)量具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)動(dòng)態(tài)性。電能從發(fā)電生產(chǎn)到用戶消耗是一個(gè)整體，其流動(dòng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡中，并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的改變而不斷變換。 (2)相關(guān)性。電能不易大量存儲(chǔ) ,其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換過(guò)程直至消耗幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)系統(tǒng)處在各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電能質(zhì)量一旦不達(dá)標(biāo)，相關(guān)的設(shè)備就會(huì)受到不同程度的影響。 (3)傳播性。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，為電能提供了最好的傳輸途徑。電能傳播速度快，電氣污染波及面大，會(huì)大大降低相連系統(tǒng)的電能質(zhì)量。 (4)潛在性。電能質(zhì)量擾動(dòng)復(fù)雜多變，事故誘發(fā)條件復(fù)雜，其質(zhì)量的下降造成對(duì)系統(tǒng)用電設(shè)備的損害有時(shí)并不立即顯現(xiàn)，為安全運(yùn)行留下了隱患。 (5)復(fù)雜性。電能質(zhì)量的多個(gè)指標(biāo)作用于同一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，綜合給出電能質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的。目前尚沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確和普遍認(rèn)可的定量評(píng)估計(jì)算方法。 (6)整體性。保證電能質(zhì)量要靠多方努力。要求電力供應(yīng)方、電力使用方、設(shè)備制造商等共同協(xié)作，制定統(tǒng)一和可操作 的合適質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或單獨(dú)的供電質(zhì)量協(xié)議，或者按電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的不同要求實(shí)行分級(jí)控制和管理。 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(chǎng)、電場(chǎng)； (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(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng) (連續(xù)波、瞬態(tài) )； (5) 靜電放電現(xiàn)象。 對(duì)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(lái)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。 保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，供電企業(yè)應(yīng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)也是用戶應(yīng)盡的義務(wù)，即用戶用電不得危害供電；安全用電；對(duì)各種電能質(zhì)量問(wèn)題應(yīng)采取有效的措施加以抑制。 電能質(zhì)量指標(biāo)國(guó)內(nèi)外大多取 95%概率值作為 衡量依據(jù)，并需指明監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些指標(biāo)特點(diǎn)也對(duì)用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。即電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)正常運(yùn)行，而且應(yīng)具備承受短時(shí)超標(biāo)運(yùn)行的能力。 電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個(gè)方面： (1)自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。 (2)電力設(shè)備及裝置的自動(dòng)保護(hù)及正常運(yùn)行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停運(yùn)、自動(dòng)開關(guān)塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 3 的跳閘及重合等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時(shí)降低、 產(chǎn)生波動(dòng)與閃變等。 (3)電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車運(yùn)行等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動(dòng)、產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變等。 電能質(zhì)量低下的危害有以下一些表現(xiàn) : (1)諧波由諧波源 (非線性設(shè)備和負(fù)荷 ) 注入系統(tǒng) , 會(huì)損壞系統(tǒng)設(shè)備 (如電容器、電纜、電動(dòng)機(jī)、電壓互感器等 ), 威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行 (如繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng) ), 增加系統(tǒng)的功率損耗 (如線損 ), 增大測(cè)量?jī)x表的誤差 (如電能表 ), 干擾通信等。 (2)三相不 平衡會(huì)使發(fā)電機(jī)工作不正常 , 增加變壓器的附加損耗造成其局部過(guò)熱 , 繼電保護(hù)及自動(dòng)我國(guó)正在積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn) , 特別是 IEC 制定的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)現(xiàn)行的關(guān)于電能質(zhì)量方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè) , 其中電能質(zhì)量電壓允許裝置誤動(dòng) , 變流器產(chǎn)生非特征諧波 , 增加中性線電流產(chǎn)生電噪聲干擾 , 增加輸電線損耗 , 干擾通信等。 (3)電壓偏差超標(biāo)會(huì)使用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常 , 會(huì)破壞電力系統(tǒng)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性、電壓的穩(wěn)定性以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 (4)電壓的波動(dòng)和閃變主要由波動(dòng)性負(fù)荷 (如電弧爐 ) 引起 , 其超標(biāo)會(huì)危害與其連接在公共供電點(diǎn)的其他用戶的設(shè)備 , 如使照明燈閃爍、電機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻和計(jì)算機(jī)及電子設(shè)備工作不正常等。 (5)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) , 全系統(tǒng)有相同的頻率。在允許的頻率偏差范圍內(nèi) , 主要是引起設(shè)備的效率問(wèn)題 。 當(dāng)偏差超過(guò)范圍 , 則會(huì)危及設(shè)備的安全 , 嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰。 (6)暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓以及電壓跌落和短時(shí)供電中斷的問(wèn)題 , 一般由系統(tǒng)或用戶內(nèi)部的短路故障引起 , 會(huì)直接影響甚至中斷用戶正常的用電 , 造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。 2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 綜合新頒布的電磁兼容國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國(guó)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：包括在互聯(lián)電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)中的兩種； (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～ 1min)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 (1%Un),持續(xù)時(shí)間 3min，電壓中斷使用戶生產(chǎn)停頓，甚至混亂 )；長(zhǎng)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； (4) 電壓波形：諧波電壓；間諧波電壓； (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(hào)電壓 (在電力傳輸線上的高頻信號(hào)，用于通信和控制 ) 。 電壓允許偏差 用電設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)和額定壽命是對(duì)其額定電壓而言的。當(dāng)其端子上出現(xiàn)電壓偏差時(shí)，其運(yùn)行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時(shí)間和設(shè)備狀況而異，電壓偏差計(jì)算式如下： 電壓偏差 (%) =(實(shí)際電壓 額定電壓 )/額定電壓 100% 《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》 (GB123251990)規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，用戶受 電端供電電壓的允許偏差為： (1)35kV及以上供電和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶為額定電壓的正負(fù)偏差絕對(duì)值之 和不超過(guò) 10%； (2)10kV及以下高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的 +7%～ 7%； (3)220V低壓?jiǎn)蜗嘤脩魹轭~定電壓的 +7%～ 10%。 衡量點(diǎn)為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計(jì)量點(diǎn)。 為了保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行，在綜合考慮了設(shè)備制造和電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性后，對(duì)各類用戶設(shè)備規(guī)定了如上的 允許偏差值，此值為工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 在工業(yè)企業(yè)中，改善電壓偏差的主要措施有三： (1)就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，無(wú)功負(fù)荷的變化在電網(wǎng)各級(jí)系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差的源，因此，就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，從源上解決問(wèn)題，是最有效的措施。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 4 (2)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 ，使其超前或滯后運(yùn)行，就能產(chǎn)生超前或滯后的無(wú)功功率，從而達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。 (3)采用有載調(diào)壓變壓器。從總體上 考慮無(wú)功負(fù)荷只宜補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為 ～ ，仍然有一部分變化無(wú)功負(fù)荷要電網(wǎng)供給而產(chǎn)生電壓偏差，這就需要分區(qū)采用一些有效的辦法來(lái)解決，采用有載調(diào)壓變壓器就是有效而經(jīng)濟(jì)的辦法之一。 公用電網(wǎng)諧波 諧波 (armonic)即對(duì)周期性的變流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得到頻率為大于 1的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負(fù)荷而產(chǎn)生的 。 《 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 (GB/145291993)中規(guī)定了各電壓等級(jí)的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了電網(wǎng)公共連 接點(diǎn)的諧波電流 (2～25次 )注入的允許值；而且同一公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點(diǎn)的協(xié)議容量與其公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配，以體現(xiàn)供配電的公正性。 電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng) (Fluctuation)即電壓方均根值一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變；閃變 (Flick) 即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動(dòng)負(fù)荷，如電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的。 《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》 (GB123262021)是在原來(lái)標(biāo)準(zhǔn) （ GB123261990） 的基礎(chǔ)上，參考了 IEC電磁兼容 (EMC)標(biāo)準(zhǔn) IEC610037等修訂而成的，適用于由波 動(dòng)負(fù)荷引起的公共連接點(diǎn)電壓的快速變動(dòng)及由此可能人對(duì)燈閃明顯感覺(jué)的場(chǎng)合，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 了各級(jí)電壓下的閃變限制值。 上述 內(nèi)的數(shù)值僅適用于公共連接點(diǎn) (PCC)連接的所有用戶為同電壓等級(jí)的用戶場(chǎng)合， Pst 為短時(shí)閃變值，即衡量短時(shí)間 (若干分鐘 )內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值； Plt為長(zhǎng)時(shí)閃變值，它由 Pst推算出，反映出長(zhǎng)時(shí)間 (若干小時(shí) )內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值。 三相電壓不平衡 《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》 (GB/155431995)適用于交流額定頻率 為 50z電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下由于負(fù)序分量而引起的 PCC 連接點(diǎn)的電壓不平衡，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值為 2%，短時(shí)不得超過(guò) 4%，每個(gè)用戶不得超過(guò) %。 而且該標(biāo)準(zhǔn)還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下負(fù)荷所引 起的電壓不平衡度為最大的生產(chǎn) (運(yùn)行 )周期中的實(shí)測(cè)值，例如煉鋼電弧爐應(yīng)在熔化期測(cè)量等。在確定三相電壓允許不平衡指標(biāo)時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用 95%概率值作為衡量值。即正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值，對(duì)于波動(dòng)性較小的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的五次接近數(shù)值的算術(shù)平均值 對(duì)比；對(duì)于波動(dòng)性較大的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的 95%的概率值對(duì)比；以判斷是否合格。其短時(shí)允許值是指任何時(shí)刻均不能超過(guò)的限制值，以保證保護(hù)和自動(dòng)裝置的正確動(dòng)作。 電網(wǎng)頻率 《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》 (GB/159451995)中規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許 值為，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，偏差值可放寬到 +～ ，標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有說(shuō)明系統(tǒng)容 量大小的界限，而在《全國(guó)供用電規(guī)則》中有規(guī)定： “ 供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在 3GW及以下者為 ；電網(wǎng)容量在 3GW以上者為 ” 。實(shí)際運(yùn) 行中，我國(guó)各跨省電力系統(tǒng)頻率都保持在 +～，這點(diǎn)在電網(wǎng)質(zhì)量中最有保障。 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓 由于開關(guān)操作或雷擊等原因引起，暫時(shí)過(guò)電壓與瞬態(tài)過(guò)電壓是直接危及電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要原因之一，以往只是對(duì)電器設(shè)備的耐壓水平進(jìn)行考核，而對(duì)電網(wǎng)中實(shí)際產(chǎn)生的過(guò)電壓水平則無(wú)限制。電網(wǎng)的過(guò)電壓水平也是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。 《電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》 GB/184812021標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù) ，按過(guò)電壓的波形特點(diǎn)分為兩大類，因?yàn)槭沁^(guò)電壓波形，幅值和持續(xù)時(shí)間決定了對(duì)設(shè)備 絕緣和保護(hù)裝置的影響。 “ 暫時(shí)過(guò)電壓 ” 是指其頻率為工頻或某諧波頻率，且在其持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)無(wú)衰減或衰減慢的過(guò)電壓 ；“ 瞬態(tài)過(guò)電壓 ” 為振蕩的或非振蕩的，通常衰減很快，持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒且為緩波前的 (例如一些操作過(guò)電壓 )或幾十個(gè)微秒且為快波前的 (如雷電過(guò)電壓 )的過(guò)電壓。雖然 “ 操作過(guò)電壓 ” ， “ 雷電過(guò)電壓 ” 通常分別由操作 (或故障 )及雷電放電所引起，但其波形特征未必總是如此。例如：當(dāng)變壓器一側(cè)有雷電波作用時(shí)，經(jīng)繞組間耦合的電感性傳遞過(guò)電壓，會(huì)有接近于操作過(guò)電壓的緩波前；而當(dāng)單相接地時(shí)，依照相間的電磁耦合，可在正常相上產(chǎn)生接 近于雷電過(guò)電壓的的快波前。因此，本標(biāo)準(zhǔn)中所謂的 “ 操作 ” 、 “ 雷電 ” 過(guò)電壓是指可分別用緩波前的操作沖擊和快波前的雷電沖擊塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 5 來(lái)代表的過(guò)電壓。 3 諧波危害及治理 諧波的定義 諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。理論上看，非線性負(fù)荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸變波形經(jīng)過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基 波的非整數(shù)倍諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過(guò)程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。諧波按其性質(zhì)和波動(dòng)的快慢可分成四類：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波、波動(dòng)諧波、快速變化的諧波和間諧波四類。 諧波源 電力系統(tǒng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可