电压质量扰动发生装置的研究与实现

电压质量扰动发生装置的研究与实现

穆斯塔法徐浩龚光军

国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐83001

摘要：目前,我国的电力市场改革正处在积极推进和形成中,这必然会引起一系列和电能质量与电网安全稳定性相关的问题。电能作为一种人们广泛使用的清洁能源,在国民经济发展中发挥着巨大作用,影响着我们生活的方方面面,因此良好电能质量水平显得非常重要。在满足工业、社会和人们生活对电能需求量的同时,提高对电能质量的要求是科技水平提高、国家工业生产发达、社会文明进步的体现,是王业时代与信息社会发展的必然结果,是提高用电效率、节能减排、优化电气环境、増强国民经济总体效益以及工业生产持续发展的技术保障。电能质量的优劣已成为电力系统运行和管理水平高低的杨志,控制与改善电能质量是保证电力系统自身安全稳定及可持续发展的必要条件。

关键词：电压质量扰动；发生装置；实现

1电能质量的基本概念

改善电能质量的前提必须分析清楚电能质量的概念，只有知道电能质量扰动的起止时间、频率、幅值以及扰动类型并分析产生扰动的原因，才能使用相应措施从根源上进行调控和改善电能质量。

理想的电网应该是能够持续提供单一频率的正弦波信号，而且保持三相交流电压、电流各自平衡。但实际上由于用电端负荷特性差异、负载变化及电力系统故障等因素，导致电力系统运行偏离了理想情况，从发电、输电、变电到用户，每一个环节都可能会导致频率及电压无法保持恒定，三相电压可能会出现不平衡或波形畸变。用户希望用到优质的电能，但在使用电能的过程中，尤其用电大户，如煤炭、化工、钢铁等重工业，也会对电能质量带来严重污染，因此产生了电能质量的相关概念，并且制定了电能质量标准。

造成电能质量问题的原因是多种多样的，不同的机构对电能质量含义有着不同认识。电力部门可能将电能质量与可靠性挂钩，而用户可能仅仅通过是否有电来评价电能质量的好坏。IEEE标准化协调委员会采用“PowerQuality”(电能质量)这一术语，并定义合格的电能质量为:提供给敏感设备工作和适合于接地系统正常工作的电力。而国际电工委员会IEC则提出电磁兼容(EMC,ElectroMagneticCompatibility)的定义，着重强调设备与设备之间、电源与设备之间的相互作用及其相互影响。电能质量具有内涵丰富，延生广阔的特点，不同文献从不同的角度出发分别采用了“电流质量”、“电压质量”、“用电质量”与“供电质量”等术语进行描述。目前广泛使用的电能质量的定义:造成用电设备不能正常工作或故障的电流、电压或者频率偏差，其具体内容包括电压偏差、频率偏差、谐波电流、三相不平衡、电压波动与闪变、暂时或者瞬态过电压、电压暂降、短时电压中断和波形畸变以及供电连续性等。

2电能质量扰动

2.1稳态扰动

稳态电能质量扰动发生的周期或者持续时间较长，扰动期间电压、电流变化较小，连续不间断的对电力系统产生影响。稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征，包括三相不平衡、电压闪变与波动、谐波、间谐波和电压偏差等现象。

三相电压不平衡是指电压幅值或者相位不对称。不平衡程度可用不平衡度(电压的负序分量与电压的正序分量均方根值的百分比)来表示，若不平衡度大于2%,或者短时大于4%，则认为三相不平衡。

电压波动定义为电压包络线有规则的变化或者一系列随机的电压变动。当负荷电流快速变化时，可能会引起电压波动，常常成为电压闪变，从严格技术上讲，电压波动可用电磁现象描述，而电压闪变则是电压波动对照明的一种视觉影响。电压波动可用电压均方根值定义，并且用其绝对值百分数来表示，闪变强度可以通过电压波动引起的人眼对灯光闪烁的敏感度来测量。当电压波动的频率在6-8Hz之间，波动的方均根为0.3%时，就可以感知到灯光闪烁的现象。

电压偏移是衡量电能质量的一个指标，凡是持续的时间超过1分钟、工频电压的有效值超过限值的电压都称为电压偏移，包括持续欠电压与过电压两种情况。常用电网各节点电压值相对额定值的偏移量进行表示。

谐波是比较常见的电能质量扰动信号，它是电流中所含频率为基波整数倍的电流。电力系统中电流波形是正弦波，除此之外便可以称为是谐波电流，它可以通过正弦波的倍频展开，这些非基频成分就是谐波成分。

2.2暂态扰动

暂态电能质量扰动是指电能信号突然改变，变化速率大，持续时间较短，特征比较的明显，扰动期间电压、电流突然严重偏离理想波形，且随时间发生较大变化，主要包括:电压暂降、电压中断、电压暂升、暂态脉冲、衰减振荡和电压缺口等。在国内暂态电能质量扰动问题研究起步比较晚，它是稳态电能质量扰动问题的延伸，影响范围较小，但产生的后果却相对非常严重。暂态电能质量问题实质上就是暂态电压质量问题，或是电网遭受来自外界干扰侵袭及其内部故障、人为操作所产生的系统冲击性问题，主要为短时间电压变动或瞬间变化现象。短时电压变动是指在短时间内，电力系统发生故障或重大负载发生工作变换而不能保持节点电压方均根值恒定的现象。一般采用指标参数的幅值与持续时间长短来描述，而在所有的暂态电能质量问题中，电压暂降的影响较为普遍。下面分别予以介绍:

2.2.1电压暂降

在工频条件下，电压的方均根值减小10%-90%，且持续时间是半个周期到1min，则定义为电压暂降，IEEE许多期刊与会议文献称为电压凹陷，国内常称为电压暂降。大部分电压暂降现象是由于大容量电动机启动或者短路故障引起的。电压暂降对电气设备的影响取决于电压下降持续的时间与电压下降的幅度。

2.2.2电压暂升

在工频条件下，电压的方均根值升高10%-80%，且持续的时间为半个周期到1min的电压变动现象称为电压暂升。和电压暂降类似，通常电压暂升也与电力系统故障有关，但是不如电压暂降常见，在故障时出现电压暂升，其电压上升强度会随着故障点、接地情况而发生变化。常常利用电压上升持续的时间和电压上升的幅度来表征这种现象。

2.2.3电压短时中断

在工频条件下，供电电压下降到O.lp.u以下，且持续的时间小于1min，则称为电压中断。电力系统设备故障和控制失灵都有可能造成电压中断。

2.2.4暂态脉冲

在工频条件下，电压单极性(正极性或负极性)的突然变化且变化幅值很大的现象称为暂态脉冲。常利用上升幅度、衰减时间等来表征这一特性。

2.2.5衰减振荡

衰减振荡是指在稳态的条件下，电压或者电流非工频、有正负极性的瞬间变化现象。

2.3电能质量扰动信号数学模型

电能质量问题大致可以被分成两类:暂态电能质量问题和稳态电能质量问题。本文主要给出了暂态扰动信号数学模型与稳态扰动信号数学模型的参数和公式。在实际检测分析研究中，电力系统的标准电信号是正弦信号，为了研究的方便，一般情况下都会将信号幅值进行归一化处理，频率f=50Hz。在电能质量检测分析中，扰动信号实质上是进行归一化后的正弦信号发生畸变，引起正弦波信号上下无规律的短时间波动，本文根据实践中的扰动参数信息对电能质量扰动建立数学模型，从而可以直观地表现出这些扰动。

3结论

虽然电能质量问题在电能输送、分配与使用时就已提出,但是随着时代进步与科技发展,当代电力系统已经赋予了它新概念和内容。现代王业的工艺制造和设备管理需求、高科技的实现以及产品竞争力和生产力的提高越来越需要高质量的电力供应。随着电力系统的发展,现在电能质量扰动问题己不再简单是电力系统中电压与频率等基本技术问题,而且已经上升到关系设备安全以及电力系统可靠、稳定、安全和经济运行,涉及到整个电气环境的管理,关系到国民经济的总体效益与发展战略水平。

参考文献：

[1]潘朝洪.电压质量扰动分析算法研究[D].浙江大学,2006.

[2]武健,信家男,徐殿国.可编程电压质量扰动发生装置的研究[J].电力电子技术,2009,10:37-38.