电能质量体系评价
一.电能质量概述
随着科学技术的进步和国民经济的发展，能源的综合开发与科学使用已成为我国可持续发展的一项战略国策。电能的使用范围十分广泛，它既清洁方便、经济实用，又容易操纵。电能经济效益的好坏与应用程度的高低已成为衡量一个国家经济发展程度的一个重要标志。
电能作为一种特殊的商品，应具有质量的属性。电力用户需要电能，电力部门提供电能，二者共同决定电能质量。电能以商品的形式进入电力市场时，其质量问题逐渐突出[1]。电力用户的需求将由之前的电量需求向高质量及合理电价的需求转变，且有可能根据自身的需要要求电力公司提供更高质量的电能，有些用户甚至要求签署电能质量协议和供电合同来保证自己的利益。近年来，随着非线性设备的广泛使用，非线性、冲击性负荷持续增加，电网负荷急剧增长，这将会对供电系统的电能质量造成严重污染及不良影响[2]。由于以上原因，由电能质量引发的问题及事故不断增多，由此带来的经济损失也不断增加，电力企业之间的竞争也变得更加激烈。
因此，对广大的电力工作者而言，如何提高电力用户对电能质量问题的认识，科学、合理、有效的解决电能质量问题己成为其所面临的一项重要任务[3-5]。
1. 电能质量的基本含义
理想的电力系统供给用户的电能的电压要满足以下要求：波形应是理想的正弦波，频率应为 50Hz，用电负荷特性不受这些运行参数的影响，并始终保持负荷电流和三相交流电压的平衡，同时应保证不中断地向电力用户供电。电力系统供应的电是三相交流电，其各相电流大小和幅值均相等，相间互差120°且保持三相对称。实际中，电力系统中的各元件参数并不是理想的或者不处于完全对称的状态；加之用电负荷的随机性、易变性与多样性，电力系统运行时将受到负荷特性的影响；同时输配电过程中也容易发生各种操作事故，如此诸多的因素使得电力系统常常无法处于最理想的工作状态，电能质量的概念便由此诞生。从普遍意义上说，电能质量指优质供电[6]。由于看问题角度的差异，人们对电能质量技术含义的认识也不同，迄今为止尚不能给出一个准确统一的定义。围绕其含义，可从不同角度来理解电能质量[7]，内容如下：
(1) 电压质量：日常生活中我们一般根据用户所用的实际电压和理想电压之差的大小来判断所供电力是否合格。其衡量的指标包括电压偏差、频率偏差、电压谐波、电压陷波、电压不平衡度、电压波动和闪变、电压暂升(暂降)与中断、电压瞬变现象、欠电压、过电压等。
(2) 电流质量：一般来说，用户电能要满足频率单一、相位与电压相同以及正弦波形三个条件。影响电流质量的因素有电流相位超前或滞后、电流噪声、电流谐波、间谐波与次谐波等。
(3) 供电质量：可以从技术与非技术两方面来讨论其含义。非技术方面的含义主要包括：电力价格是否合理与透明，投诉能否及时反馈，也就是指服务质量；技术含义通常包括电压质量和供电可靠性。
(4) 用电质量：在非技术上其主要表现在用户能否及时足额上交电费等，同时也受电流质量的影响。
2. 电能质量的基本性质
电能作为特殊商品不但具有其它商品的基本特性，还具有以下基本特征： (1) 可变性：电力系统并不是静止不变，而是时刻动态变化的，其流动始终维持着动态平衡。随着电网结构与用电负荷的变化，不同时刻、不同公共节点的电能质量的现象和指标也会出现差异。
(2) 整体性：电力系统是一个统一的整体，其电能质量状况相互影响，供需双方通过电气连接成一个有机整体，不管哪个环节出现问题，都将威胁到电力用户、电力设备和电力网络的安全有效运行。
(3) 潜在性：随着电能质量的下降，电力系统与电力设备将受到不同程度的危害，有时候这些危害并不会马上显现，因而具有潜在的威胁和影响。
(4) 系统性：控制和管理电能质量，需要电力用户、设备制造厂商、电力部门、标准制定部门和监督管理部门等个体互相合作，具有系统性，是一项系统工程。
3. 电能质量各项指标的含义
(1) 电压偏差
电压偏差(Voltage Deviation)是指在电力系统正常运行条件下，某节点的实际电压与系统的额定电压之差对系统额定电压的百分数。可用如下公式表示：
?U?Ure?UN?100%UN
式中，各个符号的单位为 kV，?U指电压偏差；Ure指实际电压；UN指系统标称电压。电压偏差仅对电力系统处于正常运行状态时而言，属于电压变动的范畴。在正常运行状态下，电压偏差绝对值一般不大于 10%。
(2) 频率偏差
频率偏差(Frequency Deviation)是指供电系统在正常运行方式下，系统频率的实际值与额定值（50Hz 或 60Hz）之差。可用如下公式表示：
?f?fre?fN (1.2)
式中，各个符号的单位为 Hz，?f指频率偏差，fN 指标称频率，fre指实际频率。电力系统基波频率偏离规定的正常值的现象称为频率变化。频率偏差的大小反映了系统频率变化的程度。 (3) 谐波
谐波(harmonic)是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度称为谐波畸变率(THD)，谐波畸变率是研究和分析谐波的一个至关重要的指标，表示如下：
THDU??Uk?2mkU1?100% (1.3)
式中，THDU指总的电压谐波畸变率，U1指基波均方根，Uk指各次谐波均方根； m 指计算的谐波最高次数，其值是根据所要求的计算精度和畸变程度取值，一般 m? 50。
(4) 三相不平衡
三相系统包括平衡三相系统与不平衡三相系统。平衡三相系统的三相瞬时总功率在任意时刻都与时间无关；而不平衡三相系统的瞬时总功率总与时间有关，是时间的函数。处于正常工作下的三相电力系统的电量可以依据对称分量法分解为负序分量和正序分量，电量负序分量的均方根值与正序分量的均方根值之比称为三相不平衡度。可以采用以下公式来表示：
?U?U2?100% (1.4) U1I2?100% (1.5) I1 ?1?其中，?U，?1指三相电压不平衡度与三相电流不平衡度；U1，U2分别表示电压正序分量与负序分量的均方根，单位为 kV；I1，I2指电流正序分量与负序分量的均方根，单位为 kA。
电力系统中存在的三相不平衡状态一般分为两种：正常性不平衡和事故性不平衡。电力系统在正常运行方式下，供电环节和用电环节引起的不平衡称为正常性不平衡。系统中各种非对称性故障（如单相、两相接地短路、两相相间短路等）引起的不平衡称为事故性不平衡。
(5) 电压波动与闪变
电压波动是指公共连接点电压在短时间里急剧变动，并且明显偏离标称电压值的一种电磁现象。典型的电压波动范围为 0.1%~7%，变化频率小于 25Hz。 电压波动的公式为：