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电能质量分析范文1
PS4000是由美国SUMMIT公司生产的一种电能质量分析仪，它是为了满足工程师进一步了解电能质量而设计的一种小型、简单且功能强大的分析工具，可以用来分析或监控输入电能质量。
PS4000不仅能够测试电压、电流、功率、功率因数、频率、周期、谐波等电量值，而且能够测试电压或电流的浪涌、跌落、冲击、电压尖峰等瞬态量值，从而为用户快速判定供电质量的优劣，或者为展示产品电源质量提供一个依据。该仪器可以同时适用商用和工业用电源，是现代测试仪器中一款性能优越，携带方便的电能质量仪器。
1 PS4000的主要特点
新型PS4000电能分析仪具有以下优异的测试功能：
可测试并捕捉浪涌、跌落、冲击、尖峰信号；
可分析每一个通道从1次到63次谐波分量的电压／电流幅值和相位
可同时分析所有通道的电压、电流、功率、功率因数、频率、能量、通断周期、能量高峰期、花费等参数值
能够连续显示每秒测量值
具有完全的按键操作和菜单式界面
可连续工作8～10个小时，使用充电器后可以持续使用。
PS4000可以对三相电路中的三个电压和四个电流同时进行浪涌、跌落、尖峰、谐波、电压、电流、功率、功率因数、频率、周期等参数的分析和监测，测试的数据可以上传到计算机以图形或表格的形式显示。该仪器配有专业的分析控制软件，可以对PS4000进行远端监控，特别适合于对电网质量，大型供电设备，家用电器等电源质量进行分析，是电力专家所钟爱的产品。SUMMIT公司的电能分析仪被世界很多国家的用户使用，美国前电网编辑曾这样描述：“我见过很多的分析仪，但是，这个产品给我留下了真正深刻的印象，PS3000已经是一个很坚固的小型器件，而新型的PS4000则提供了更专业的电能质量分析功能。”与它配套使用的电压、电流探头能够直接和1到15000V电压以及10mA到6000A的电流相接。通过输入调节比与PT和CT的结合，可提供更高、更大的电压电流测试。除了在室内监控外，PS4000还可以安装到Weather－resistant外挂箱上，以便能够在室外进行无人监控。另外，PS4000的“连接检查”特点更便于操作者正确连接电路，而且各种配套的附件不需要另外供电。
PS4000包含前一产品PS3000的全部测试功能，PS3000已经使用了8年，产品遍布7大洲。客户对Powersight分析仪具有很高的评价，特别是在使用简便、性能可靠、可提供及时有效的技术支持等方面。SUMMIT总载曾说：“从上一次我们为一块因跌落而损坏的仪表检修后，到现在已经六年了，它依然完好，据我所知，我的表甚至还在南极考察站使用”。
2 PS4000测试瞬态量
实际上，绝大多数的客户都特别关心PS4000的瞬态测试功能，而这也正是PS4000优于PS3000和PS250之处，因此，笔者希望通过本文使更多的人能够熟悉PS4000的功能，让PS4000给电能分析带来更多方便。
当分析瞬态参数时，PS4000能够随时监测每相浪涌、跌落、冲击和电压尖峰信号，并随时记录信号类型、发生时间、到达峰值、持续时间等，同时可捕捉并存储最坏的一个信号，以及为以后的故障分析和判断提供依据。
2．1 每相电压／电流的浪涌和跌落值测试
在进行电路的浪涌和跌落分析时，PS4000可提供以下三种记录方式：
记录浪涌／跌落事件；
记录浪涌／跌落图形；
记录浪涌／跌落波形。
（1）记录浪涌／跌落事件
如果在信号监测时间段里，浪涌出现一次，PS4000就认为有一个浪涌事件发生，出现两次，PS4000就认为有两个浪涌事件，以此类推……，当有事件发生时，PS4000将记录这一事件的发生日期、发生于哪个相线、属于浪涌还是跌落信号、信号的幅度以及信号持续的时间等信息。
PS4000的显示方式主要有两种：第一种为列表显示，每一行显示一个事件，其显示方式如图1所示；第二种为图形显示，这种方式以时间为横轴，在纵轴上显示信号的幅度和持续时间，其显示方式如图2所示。
（2）记录浪涌／跌落图形
当有浪涌或跌落事件发生时，PS4000将大致地给出浪涌或跌落信号的图形。图形从发生浪涌／跌落的前2个周期开始，持续10个周期，直到检测到下一个1／2周期来临再没有浪涌／跌落发生且持续1秒的时间为止。图形中将显示浪涌／跌落发生的时间以及每半个周期的RMS值。参见图3。由图3可见，图形的上半部将显示关键的信息，如事件的发生时间、持续时间、信号属于三相中的哪一相、信号的幅度大小等。如果发生了电压浪涌，那么和它同相的电流信号也会显示在同一张图中。
（3）记录浪涌／跌落波形
浪涌／跌落波形是对浪涌／跌落事件的一个详细描述，它们开始于事件发生前的两个周期，持续10个周期，如果事件的持续时间超过10个周期，波形中将记录最近的10个周期。如果监测的时间段内不是只有一个事件发生，PS4000将存储最坏的浪涌／跌落波形。这种方式在显示时，在波形的上方将显示事件发生的时间、相线、信号幅度和信号持续时间等。如果发生的是电压浪涌 ／跌落，那么同相线的电流信号也会显示在同一张图中。
2．2 监测高速瞬态信号
高速电压／电流瞬态信号的产生一般与被测线路本身无关，大都是由闪电、突然短路，开关拨动等原因引起的，它们的幅值会在瞬间窜到很高，持续时间也相当短，一旦这样的信号超过了定义的触发门限，PS4000将捕捉到这个信号。触发门限分为 “绝对值门限”和“相对值门限”两种。
当设置为绝对值门限时（比如设到180V），那么，在监测开始以后的任何时候，只要信号的幅值超过了＋180V或－180V，这个信号就会被捕捉并被记录下来。如果设置为相对值门限，比如20V，PS4000将以正常情况下的波形作为参考，在这种情况下，当实际波形幅度高于或低于同一点的正常波形幅度20V以上时，PS4000将捕捉记录这个信号。
在进行瞬态信号监测时，PS4000可提供瞬态事件和瞬态波形两种记录方式。
（1）瞬态事件
在这种记录模式下，PS4000将记录瞬态事件的发生时间、发生相线、峰值大小和持续时间。与浪涌／跌落测试的显示方式一样，瞬态监测的显示也包括表格显示和图形显示两种方式。
（2）瞬态波形
瞬态监测时的瞬态波形可以详细地记录瞬态事件信息，它们将持续50ms，并在事件发生前的一个周期开始记录，同时可在整个监测时间里捕捉最坏的一个信号。
与浪涌／跌落测试波形相似，这种测试波形的上方也将显示信号发生的时间，信号持续时间，信号幅度以及信号的相线等重要信息。图4是一种瞬态波形示意图。
3 结束语
电能质量分析范文2
【关键词】变电站 电能质量 监测分析
0引言
随着经济的快速发展，电网中非线性负荷用户的比例不断提高，由此而产生的供电电能质量严重下降，表现得越来越突出。电能质量严重超标正在大范围的污染供电环境，危及电网及其供电设备的安全稳定运行，严重的影响电力企业及广大用户的经济效益。
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。
经过治理，现在已很少烧TV保险，也没有发生TV爆炸事故，而且电能质量状况较以前有较大的改善。
电能质量分析范文3
关键词: 智能建筑弱电系统电源质量分析
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：
智能建筑弱电系统在弱电技术中的计算机、通信设备和自控系统中存在着大量电子设备, 由于这些设备灵敏度高、耐压值低, 所以很容易受到侵害。如何提高电源的质量、消除隐患, 应得到电力、电气设计、物业管理等专业的普遍关注。另外, 智能建筑为了满足自身功能的需要, 还配置了大量的机电设备, 所有这些设备作为电力系统的负载, 需要电力系统提供合格的电能质量以保证其良好的工作状态, 同时又对电力系统形成干扰, 影响了电力系统的电能质量。电源质量下降将直接影响到智能建筑设备的运行稳定性和可靠性, 将严重导致部分设备尤其是弱电系统中电子设备的工作失常, 并直接影响到计算机系统的运行。因此, 供电电源质量是智能化设备稳定工作的重要保证。
一 智能建筑弱电系统及其功能
1.1智能建筑弱电系统
智能建筑弱电系统是一项复杂的工程，是楼宇自动化系统（BAS）、通信自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）三者的有机结合，涉及建筑物内的机电设备系统、通讯系统等各个子系统的界面的互联，以及土建工程、装饰工程的施工界面交叉，需要多种技术、多种学科的配合与协作。其中，建筑环境是智能大厦的支持平台。
1.2 智能建筑弱电系统的功能
智能化弱电系统的总体功能主要可以从以下几个方面来体现保证大楼内的所有机电设备的正常运行；为大楼内人员提供人身、财产安全保障舒适；为大楼内部用户提供舒适、便捷的工作、生活环境。提供大楼内适宜的空气温度、相对湿度和空气洁净度等环境参数指标。保障水、电、冷、热等能源供应。提供优美的背景音乐和信息显示满足大楼内部各部门之间和与外部互通信息，实现信息资源共享的需要。大楼使用者能及时了解大楼内部信息，能及时得到物业服务；为大楼管理者提供物业管理手段。延长设备使用寿命；节省能源；节省人员；提高设备利用率。
1.3 我国智能建筑弱电系统现况
由于市场以及设计与施工、设备与材料、管理与技术等多方面原因，目前我国智能建筑弱电系统工程的施工质量并不理想，主要表现在：施工不规范，在彼此的接口处，界面不清，责任不分；在设计与规章中界定不明，造成施工时相互推诿，配合失调。为工程留下了质量隐患。
二影响智能建筑弱电系统电源质量的因素
对于质量合格的电源, IEEE 的技术将其定义为: 给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均适应该设备正常工作, 电源在保证额定频率的正弦波下, 应对所有的瞬变现象予以限制。
所谓的瞬变现象通常是指: 电压偏移及波动、频率波动、谐波及电压波形畸变、三相不平衡电磁干扰等, 这些现象都会影响电源的品质, 从而降低电源质量,直接影响到弱电系统的运行。通过智能建筑弱电系统对电源质量的要求, 分析得出了影响电源质量的主要因素, 提出一些消除电源污染的措施, 以保证弱电系统计算机等电子设备的正常运行。影响电源质量的因素是复杂的, 造成智能建筑电源质量下降的主要原因是建筑物内电气设备对供电系统的污染。例如建筑物内布线质量欠佳、超载、大流量开关的频繁动作、功率因素、电容补偿装置等对电源网络的干扰使电源异常。而计算机在弱电系统中扮演者很重要的角色，对计算机的影响也威胁着电源的质量。
2.1 电压的偏移及波动
在实际运行中，电力系统负荷变化及用户站距离上级电业站路程不一，往往到用户端电压产生偏移；而当负荷变化特别是大容量设备启动常引起电压波动，当偏移波动超过允许值，对智能型电子设备影响很大，往往不能正常工作，如，运算出现错误、损坏。
2.2电源频率波动
频率波动直接影响到各种电气设备阻抗值及各种交流电动机转速和电子系统稳定性，如，会使计算机信息储存频率发生变化而产生错误导致信息丢失。2.3电磁干扰
因智能建筑功能复杂、强弱电线缆繁多，它们自身产生电磁干扰源又接收对方干扰，对电源造成了严重电磁污染。计算机系统中逻辑脉冲前沿很陡峭，对30~100Hz电磁干扰十分敏感，会使计算机系统逻辑出现误动作。2.4谐波及电压波形畸变
电源中高次谐波因智能建筑中电气设备感抗、容抗都与频率成正比，发热使寿命缩短并干扰电子设备工作，大量谐波电流流经系统阻抗，易导致电压质量恶化。非线性负荷而引起电源电压波形畸变，会使计算机相位控制产生不利影响，还会使计算机直流回路中滤波电容上电流明显增大，因电容器发热而影响计算机正常工作。上海电信枢纽大楼使用了100多台晶闸管软启动器，其输入电路含有很高谐波分量，仅5次、7次谐波就分别达20％、7％，对电话通信产生了强大干扰，且晶闸管快速换相使电压波形畸变远超过了要求。2.5三相不平衡
单向负荷运行不可能做到完全三相平衡，，三个相电压不可能完全平衡。三相不平衡究竟要到什么程度才会影响到计算机稳定、可靠运行，目前尚无资料，现仅参考厂商三相平衡具体要求，一般计算机允许相电压不平衡度≤3％。2.6瞬变浪涌、瞬变下跌、瞬变脉冲
瞬变浪涌及瞬变下跌往往是电网故障(如短路)和大负荷变化以及设备调整装置调整过程中各种因素综合作用引起。瞬间内电压幅值快速增加或减小会对计算机系统形成干扰，导致运算错误破坏存储数据和程序。而引起瞬变脉冲原因有很多，主要是内部过电压和雷电。内部过电压是电力系统内部中重负荷、感性负荷、补偿电容投入和切除开关操作等引起电磁能量转化和传递而出现。当雷击输电线或雷闪电发生线路附近时，直接或间接耦合方式，雷闪放电形成暂态过电压将以流动波形式沿线路传播危及设备安全。
三 保护弱点系统电源质量采取措施 受到污染后电源是极为有害，如何提高电源质量、消除隐患，以满足人们对电源质量愈加严格要求呢?这是供电部门及用户共同努力才能办到。市电力网电源质量不能满足要求，行业垄断设计人员也无能为力，只能有针对性建筑物本身查找原因并尽量消除或降低污染电源主要因素。3.1电源质量监视
建筑物内电源质量监视是改善电网供电质量基础工作。对检测数据分析，我们可以掌握电源被污染程度和找到主要产生污染源设备。经验告诉我们，70％电能质量故障是与接线和接问题有关。通常，电能质量供电入口处质量最高，当配电系统顺流检测时，电能质量逐渐恶化。 电源机房接地：应该采用总等电位联结，作好屏蔽接，当采用联合接极时，接电位不应大于1Ω；智能化系统设备供电系统应采用过电压保护措施，这里所述过电压保护包含电压浪涌保护。智能化系统设备和电气设备选择及线路敷设时应考虑到电磁兼容问题，其中，设备设置位置与主干线走向要尽可能远离电磁敏感区域。
电能质量分析范文4
关键词：电能质量；pqdif；暂降分析；背景谐波分析；综合评估
引 言
大量电子类高科技产品的应用以及人们生活水平的日益提高，对于电网的电能质量提出了越来越高的要求；而另一方面，大量应用电力电子技术的工业设备和家用电器致使电网的电能质量逐渐恶化，使得一些对电能质量要求严格的高科技产品无法使用，甚至使它们产生错误的指令和控制动作。这在国防和一些关键行业会产生巨大的影响和后果。为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量的国家标准。建立一套完善、高效、覆盖电网的电能质量数据采集与分析系统已势在必行。本文针对这一现象，介绍了基于NET平台的电能质量数据集成与分析系统的设计与实现。电能质量数据集成与分析系统可以从多角度、多层面对电网内电能质量进行客观科学的评估，在保证节能降耗和电网安全可靠、优质经济的运行方面能够发挥重要作用。
1、电能质量数据集成与分析系统体系结构
电能质量数据集成与分析系统由电能质量数据监测、电能质量数据采集转换、电能质量数据分析3个部分组成，采用分层方式实现对电网电能质量的分析和管理。
监测设备一般安装在现场，实现变电站电能质量的实时数据采集和数据存储；电能质量数据采集和转换模块负责数据读取转换工作，将采集的PQDIF格式数据解析后存储到SQL Server数据库中；电能质量数据分析模块由电能质量数据分析与计算部件、电能质量分析数据库、应用服务器以及Web服务器组成，负责电能质量综合指标的分析计算工作。通过分析数据，查出对系统电能质量影响较大的点、区域和电能质量污染严重的点，并对区域内电能质量的情况做出客观评估，最后生成电能质量分析报告。
2、数据采集与转换
从监测设备上读取的数据以PQDIF文件格式保存，为了后续的分析和计算，需要解析PQDIF文件，将数据保存到数据库中。
2.1 PQDIF结构介绍
PQDIF(Power Quality Data Interchange Format)是一种标准的电能质量数据交换格式，它的出现解决了不同的电能质量文件格式之间数据应该如何存储交换的问题。PQDIF文件分两层：物理层和逻辑层。物理层描述文件的物理结构，与实际存储的内容无关，通过唯一性标识符来区分文件的特定元素；逻辑层使用物理层定义好的结构，利用特定标记在文件中建立元素，分层分级描述所要记录的事件。
PQDIF的物理结构PQDIF文件由一系列具有链接关系的记录组成，每个记录都包含记录头和记录体两部分。记录的链接关系存储在记录头中。可以通过修改记录链接方便地改变记录结构，如插入新记录或删除旧记录，而不必重写整个文件。具体的数据是存放到记录体中的每个记录头都用一个全球唯一的标记符(GUID)来标识，它是全局变量。记录头还包括用标签(Tag)来标识的记录类型(容器记录、监测设置记录、数据源记录等)、记录头的大小、记录体的大小以及指向下一个记录的链接。
记录体是由一系列的元素所组成。共有3种类型的元素。
(1)标量(scalar)：代表一个特定物理类型的简单值。
(2)矢量(Vector)：代表一组相同类型的数值。
(3)集合(collection)：由标记和其他元素的相对链接组成的数组。一个集合可以链接到另外一个集合，所以可以创建分层结构。
PQDIF的逻辑结构逻辑记录被串在一个隐式的层次中，通过记录类型标签(tagRecordType)来辨识。PQDIF文件以一个容器标签(1agContainer)开始，它包含文件中所有的数据源(Data Source)记录。每个数据源记录(DataSouree)又包含监测仪设置记录(Monitor set-tingrecord)和观测记录(Observation record)。可以定义新的标记来“扩展”记录。
2.2 PQIDIF解析
电能质量数据集成与分析系统采用C#高级编程语言在VisualStudio，Nec平台上开发，通过使用动态连接库PQDeom4.dll，实现了PQDIF文件的解析工作。
首先将PQDeom4.dll通过Regsvr32命令写入到注册表中，然后在C#的解决方案菜单下选择添加引用子菜单，在添加Com组件选项卡里找到要添加的Electrotek PQDcom4.1.0 Type Library，将其添加到所建立的C#解决方案中即可。
3、加窗傅立叶和小波变换在电能质量分析中的综合应用
近年来，随着普及应用大功率电力电子设备，电网中电压电流畸变越来越严重，而新型负载大多含微处理器，对电源扰动特别敏感，因此迫切需要提高电能质量，保证负载正常工作。统计表明，微机应用系统故障中1/3以上是由电源质量问题引起的。一个计算中心失去电源2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果：自动化设备控制的连续精加工生产线，几分之一秒不正常供电就可能造成生产混乱和瘫痪。电能质量的优劣将直接影响整个系统的稳定性和可靠性。IBEE给出了电能质量的定义：电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均适合于该设备正常工作。它主要包括两方面内容：一是已得到普遍关注的谐波畸变问题：二是电力系统发生故障及投切操作时所伴随的暂态现象，如电压骤降、冲击和断电等。对于谐波检测已有许多文献进行了深入研究，其中主要是基于快速傅立叶变换(FFT)及其改进算法，另外还有有源滤波、时间序列分析及神经网络等方法。而对于暂态现象，一般都使用各种小波变换(WT)进行分析，可完成FFT不能实现的对暂态问题的分析。
电能质量分析范文5
关键词：电能质量分析方法；控制技术
Abstract: Power quality importance with the rapid development of national economy and the unceasing enhancement, and increasingly the power departments and consumers. This paper elaborated the quality of electric energy of the basic theories and its research methods of power quality, introduces the related control strategies and techniques, and the development direction of this domain undertook preliminary discuss.
Key words: power quality analysis method; control technology
中图分类号：V242.3
1衡量电能质量的主要指标① 电压偏差：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：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：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：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：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。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。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。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。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。①Fourier变换。Fourier变换是电能质量分析领域中的基本方法， Fourier变换的优点是算法快速简单。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，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：可处理多输入－多输出系统，具有自学习、自适应等特点。。缺点：存在局部极小问题，会出现局部收敛，影响系统的控制精度；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；网络结构不易优化。③二次变换法。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。优点：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：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。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。优点：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。可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点：在实时系统中运算量较大，需要如DSP等高价格的高速芯片。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。
4电能质量的控制策略
4.1几种电能质量控制策略。①PID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。缺点：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。原理：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。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。
4.2FACTS技术。FACTS，即基于电力电子控制技术的灵活交流输电，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。
4.3用户电力（Custom Power）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。
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。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。
电能质量分析范文6
关键词：电能质量；Dyn测度；MATLAB；周期性扰动
中图分类号：TM714文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）36－0005－03
现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术的发展、微电子器件与电力电子技术的广泛应用，人们对电能质量的要求越来越高；同时由于扰动性负荷（如非线性、冲击性或不对称负荷）接入电力系统及其他扰动源（系统短路故障）的存在，造成了大量的电能质量问题，谐波污染、三相不平衡度、跌落和闪变也越来越严重。电能质量问题不仅对电网的安全运行不利，严重干扰电网的稳定经济运行，还能造成某些对电能质量要求较高的电力用户（如纺织行业、机械电子制造业等）严重的经济损失。
电能质量问题的产生可能来源于供电方的输配电系统、用户端的不合理用电及雷电等自然现象。只有对电能质量进行有效地监测，才会对问题的产生和影响有清楚的认识，为电能质量的改善、供用电双方的协调和供用电市场的规范提供真实依据，以便采取有效的解决措施。为保护电力系统安全和用户的用电安全，迫切需要对电能质量进行监测和分析，以提供整改方案、加强防范措施、限制强干扰源（如谐波源），从而保护电力系统的安全、可靠、经济运行，并保护电力用户的合法权益。
法国学者M. Grimaud在地形学的基础上提出了一种极值点评价测度――Dyn测度（Dynamics），以解决噪声环境下的极值点提取问题。Dyn 测度能够反映信号极值点的结构特征，并可识别信号的畸变极值点。这一特点使其非常适合电能质量扰动检测。本文在此基础上，利用MATLAB编写程序，对电能质量一般性周期性扰动进行分析，对扰动信号进行实时定位，谐波扰动也可以看做是周期性扰动的特例，对于谐波扰动，更关心的是它的测量指标、谐波畸变率和各次谐波含有率，所以此处不再选择谐波扰动信号进行分析。
本文采用的是MATLAB软件，其名称源自Matrix Laboratory，它是由美国MathWorks公司推出的一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其广泛地应用于科学计算控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。而且利用MATLAB产品的开放式结构，用户可以容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，逐步完善MATLAB产品，以提高产品自身的竞争力。
1MATLAB编程的优点
用MATLAB来解算问题要比用C、FORTRAN等语言简捷得多。MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一，其优点如下：
（1）以矩阵和数组为基础的运算，不需要预先定义变量和矩阵（包括数组）的维数，可以方便地进行矩阵的算数运算、关系运算和逻辑运算等。而且MATLAB有特殊矩阵专门的库函数，可以高效地求解诸如信号处理、图像处理、控制等问题。
（2）语言简洁，使用方便。MATLAB程序书写形式自由，函数名和表达式更加接近书写计算公式的表达式。
（3）强大的科学计算机数据处理能力。比起C语言，在计算要求相同的情况下，使用MATLAB编程，工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵、特征向量、快速傅里叶变换。
（4）强大的图形处理功能。MATLAB具有强大的以图形化显示矩阵和数组的能力，同时它能给这些图形增加注释，对图形进行标注和打印。
（5）应用广泛的模块集合―工具箱。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、神经网络、小波分析、电力系统仿真等都在工具箱家族有了一席之地。
（6）可扩充性强，具有方便实用的应用程序接口和平台。MATLAB不仅有着丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用。而且用户还可以根据需要，方便地在MATLAB环境中调用其他用C语言编写的代码，也可以在C语言程序中调用MATLAB计算引擎来执行MATLAB代码。新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C＋＋数据库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C/C＋＋代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C/C＋＋语言代码。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的数学和图形程序。
（7）源程序的开放性。除内部函数外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
MATLAB产品族可以用来进行以下工作：①数值分析；②数值和符号计算；③工程与科学绘图；④控制系统的设计与仿真；⑤数字图像处理；⑥数字信号处理；⑦通讯系统设计与仿真；⑧财务与金融工程。
编写MATLAB程序是在*.m格式文件中进行的，其基本操作是：执行“File”菜单下的“New”命令，在弹出的对话框中，选择“M－File”子选项，生成工作环境，进行程序编写，程序编写完成，运行时点击工具栏中的“Save and run”命令。
2简述MATLAB函数与指令
在进行程序编写时，会用到不同的MATLAB函数与指令来实现程序的功能，这里仅对几个比较重要的函数和指令进行描述。
2.1数据载入指令
将txt文档中的数据载入MATLAB中可以用的命令有很多，本文程序中用到的是load命令和importdata命令。
2.2画图指令
在MATLAB中进行数据可视化，使用最频繁的绘制函数就是plot函数，该函数能够将向量或者矩阵中的数据绘制在图形窗体中，并且可以指定不同的线型和色彩。同一个plot函数不仅能绘制一条曲线，还可以一次绘制多条曲线。
plot函数的基本使用格式为：
绘制一条曲线：plot(xdata,ydata,'color_linestyle_marker')；
绘制多条曲线：plot(xdata1,ydata2,'clm1',xdata2,ydata2,'clm2',......)；
若在绘制曲线时没有指定曲线的色彩、线型和标识符，则MATLAB使用默认的设置。
2.3选择结构
当判断某一条件是否满足，根据判断的结果来选择不同的解决问题的方法时，就需要使用选择结构。和C语言类似，MATLAB的条件判断可以使用if语句或者switch语句。本文采用的是if语句。
2.4for循环结构
在解决很多问题时需要使用循环结构，MATLAB中包含两种循环结构：一种是循环次数不确定的while循环；另一种是循环次数确定的for循环。本文中主要用到的是for循环结构，使用for语句构成循环结构是最灵活、简便的方法，在MATLAB中，for循环的基本结构如下：
for index=start:increment:end
MATLAB语句
end
其中，index的取值取决于start和end的值。MATLAB的循环结构也可以进行嵌套使用，使用嵌套的循环需要注意for关键字和end关键字之间的配对使用。
3Dyn测度
在了解Dyn测度定义之前，首先要了解两点之间路径的概念。设f（t）为定义在有限区间I上的信号，且满足条件f（t）≥0，可以将各采样点的数值看作是各点的高度。两点之间的路径：设m，n为f上不同的两点，则f上这两点之间的部分称为路径P（m，n），其中，P1为m，PN为n。
（1）路径的Dyn测度：路径P（m，n）的Dyn测度定义为路径上最高点和最低点的高度差。
（2）极小点的Dyn测度：设M为f的一个极小点，如果存在比其更低的极小点，则极小点M的Dyn测度等于由点M通向同高度点的所有路径中最小的路径Dyn测度。极小点M两侧各有一个或多个比点M更低的极小点时，点M两侧也一定存在两个与点M等高度的点N1和N2。由极小点M通向点N1的路径记为P1，由极小点M通向点N2的路径记为P2。极小点M的Dyn测度等于路径P1的Dyn测度和路径P2的Dyn测度中较小者。路径P1的Dyn测度小于路径P2的Dyn测度，所以极小点M的Dyn测度应该等于路径P1的Dyn测度。即：
值得注意的是，极小点M的Dyn测度与路径或路径P2的长度无关。极小点M的一侧存在比点M更低的极小点时，意味着只存在路径P1或路径P2，则极小点M的Dyn测度等于路径P1或路径P2的Dyn测度。极小点M为信号的最小点时，设置其Dyn测度等于信号最高点和最低点的高度差。这样，最低点的Dyn测度比其它极小点的Dyn测度都大。极大点的Dyn测度同极小点Dyn测度的定义相仿。
Dyn测度算法能够快速检测信号的所有极值点，并计算各极值点的Dyn测度，其基于溢流仿真的过程描述如下：
设信号f（t）在定义区间I＝［a，b］上含有多个极小值和极大值，hmin和hmax分别为信号的最小值和最大值。某时刻的溢流水平为h，对应的溢流区域C（h）定义为满足f（t）≤h的所有点t的集合，即：
随着溢流水平的递增，溢流区域不断扩大，直到溢流水平达到h＝hmax时，溢流过程结束，此时的溢流区域为信号的定义区间，即：
C(h)＝C(hmax)＝I
溢流过程是一个迭代过程。迭代步长为dh，假设第k步的溢流水平为hk，对应的溢流区域为C（hk）；第k＋l步的溢流水平为hk＋1＝hk＋dh，对应的溢流区域为C（hk＋1），则：
如果D为C（hk＋1）的一个连通子集，D与C（hk）可能有下面3种关系：
（1）D∩C（hk）为空集：这种情况下，D是f（t）的一个新的极小点，该新的极小点记为Mj，其高度为hk＋1。
（2）D∩C（hk）不为空集，并且为一个以上的连通成分：这是没有出现新的极小点，也没有出现新的极大点。
（3）D∩C（hk）不为空集，并且为一个以上的连通成分：这种情况下，出现了新的极大点，且该极大点的高度为hk＋1。该极大点两侧的两个极小点中，较高极小点Mj的Dyn测度为：
其中，alt（Mj）表示Mj点的高度。
迭代过程结束时，除最低极小点M外，其他极小点的Dyn测度全部得到。而最低极小点M的测度为：
如图1所示，信号发生了周期性畸变，信号的Dyn测度检测结果如图1（b）所示，不同位置出现了幅值不等的Dyn测度，但其分布有一定的规律性：一部分Dyn测度的幅值较大，保持在2.5左右，且均匀分布在每个周期；另一部分Dyn测度的幅值较小，也均匀分布在每个周期。比较两图可知，前者幅值较大的Dyn测度对应信号的峰（或谷）点；而幅值较小的Dyn测度对应信号的畸变点。
（a）时间/t
（b）时间/t
图1周期性扰动信号检测结果
时间/t
时间/t
图2调节阈值后的周期性扰动的检测结果
取阈值为信号峰/谷点的Dyn测度的15%，得到如图2所示
的检测结果。比较图1和图2可知，通过选择合适的阈度，可以消除峰谷点，保留畸变点，达到实时检测周期性扰动信号畸变点的目的。
通过测试可以知道，基于Dyn测度的检测方法能有效地检测多种电能质量扰动（暂态扰动、电压暂降和周期性扰动）；而且算法简单、计算量小，其应用和推广对电能质量监测有重要意义。
参考文献
1 李瑞峰.10 kV电网电能质量在线监测系统的研究与应用［D］.华南理工大学，2006
2 袁之泉.电能质量分析系统研究［D］.东北大学，2005
3 宋晓芳.电能质量分析技术研究与实现［D］.南京理工大学，2005
4 刘应梅.电能质量扰动检测和分析的研究［D］.中国电力科学研究院，2003
5 曹晖.基于DSP的电能质量分析系统的开发［D］.华中科技大学，2004
6 许康平.电能质量监测装置的研究［D］.东南大学，2007
MATLAB－based Periodic Disturbance Analysis of Power Quality
Zhao Cuiqi, Kong Huilan
