d?Umax?Umin?100% (1.6)
UN式中,Umax,Umin分别指电压波动过程中电压均方根值处于相邻位置的两个极值,单位为 kV;UN分别指系统标称电压,单位为 kV。
闪变(Flicker)是指电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反映。闪变是指人对照度波动的主观视觉反映,是电压波动对一些用电负荷所造成的有害影响,它不属于电磁现象。通常人们用白炽灯的工作状况作为依据来判断电压波动值是否能引起闪变。
上述六项指标阐述了电能质量的概念与基本特征,他们的定义不但明确反映了供电方与用户的相互关系、相互作用以及影响,同时也明确界定了双方的责任与义务。
4. 电能质量的研究背景和意义
随着社会的不断进步和国民经济的蓬勃发展,电能在人们的生活中扮演着愈来愈重要的角色。电能质量的好坏直接影响着国民经济的总体效益。20 世纪 90年代开始,我国陆续颁布了一系列有关电能质量的评价标准,如电压偏差、谐波、电压波动与闪变标准等[8-9],对电能质量的研究也在不断深入。近年来,随着非线性、冲击性负荷的不断增加,电网和电力用户中如谐波、三相不平衡、电压波动和闪变等电能质量问题也不断恶化[10],而一些之前未被人们所重视的电能质量问题也逐步显现,如暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降以及短时间间断等。国外有专家认为,电压凹陷与短时间间断也已逐渐上升为重要的电能质量问题之一[11]。
最近几年,由电能质量导致的事故数量出现上升趋势,由其所引起的经济损失也在进一步地增加。如上海某家电子公司主要生产对供电电压下陷十分敏感的 0.25um~0.5um 的硅晶片,由于出现了长约 20ms 的电压降落 80%Un 事故,设备停止运转,直接导致该公司经济损失高达两百万!另据资料显示,美国仅一年出现的电能质量问题就带来 133 亿美元的损失[12-14]。因此,科学管理电能质量、提高治理电力污染力度是亟待解决的问题!
在现行电力市场机制下,电力用户可以作为独立的实体选择不同的电能供应商,并参与价格控制。各供电部门为了保持市场占有率,争取更多的用户资源,就必须向用户提供高品质的电能,提高对电力用户的服务水平。基于以上原因,我们应该明确地知道电能质量是优还是差,并尽可能地着手去建立一个相对比较优良的电能质量评估系统,从而科学、合理地评价电能质量。
电能质量评估已经是一个急需解决的问题,它的意义十分重大,主要表现在以下几个方面。
第一,电能质量由多种指标体现,是多个指标的有机综合,按照国家对供电质量制定的一系列的标准,电能质量的好坏不能只由供电是否合格来决定,单凭合格与不合格这两个等级的质量标准很难对电能质量的性质有一个真实、全面、自然的反映。因此,综合地评价电能质量,并据此科学、经济地解决电能质量的有关问题是摆在面前的一个亟待解决的任务。
第二,电网中存在着各种各样的电能质量问题,不同问题对不同设备有不同程度地影响。如果很多问题相互组合共同作用影响设备,其影响将是复杂的,只简单地关注某个指标是无意义的。此外,建立新的电力管理体制在全世界都在进行,在新体制建立时要求引进能带来高效率的竞争机制来减少运行成本,从而建
立一个开放的电力市场,使得电力用户与电力生产部门都能够获得较大的利益。
第三,处于电力市场环境下的电能具有质量属性。电价随着电能成本的不同而不同,所以要根据实际情况对电能质量进行评价。电力公司所追求的利益最大化目标与电能质量的目标保持着一致性,通过提高电力公司的电能质量,可以增强供电企业优质供电的积极性。
第四,针对个别对电能干扰有特殊要求的用户,应约束这类干扰的指标和限值。包括居民用户在内的绝大多数用户不愿因这类干扰而支付费用,而会选择具有较好电能综合性能的供电方。电能质量评估不仅关系到用户的切身利益,而且关系到整个电网的安全、稳定运行。
由此可见,我们应在电力市场环境下积极拓宽电能质量的内涵,彻底改变传统的电能质量评价方式,寻找切实有效的电能质量管理办法。电能质量综合评价有大量的工作要做:电能质量现象种类繁多,还有很多的电能质量问题没有列入国家标准,甚至还没有引起人们的足够重视;电能质量的评价指标体系还不健全、不规范;监测手段不足,监测网络尚待建立:对不同负荷的电能质量问题研究不够;各种评估方法还需要改进和优化等等。
在电能质量评估方面,我们不仅要反复实践,更要深入研究,只有这样,才能不断地丰盈和完善电能质量评估体系,使电能质量评估更加科学合理、更具可操作性。不仅要按质量对电能定价,满足用户的多元化需求,同时也要不断地激励供电部门提供更优质的电能。对电能质量的评估既是信息社会中用户对高品质电能的要求,也是电力市场改革进程中供电部门提高供电质量的要求。可以预计电能质量评估将会发挥更为重要的作用[15]。
5. 国内外电能质量评估研究现状
由于社会的进步,电能质量问题不断受到关注,相应的电能质量标准也陆续在各国出现。20 世纪 90 年代初,我国已颁布六项关于电能质量的国家标准[16-21]。但是这些规定只是规定了单项指标是否合格的限值,并没有规定采取怎样的评价方法。如果我们简单地就几个单项评价指标是否合格来评价电能质量的性质,这是不全面且不真实的。迄今为止,还没有完全成熟的关于电能质量综合评估的方法。现只能把单项指标评价作为对电能进行综合评价的过渡方法,很难进入更深层次的研究。文献[22]介绍了电能质量的各单项指标及其限值,定义了 6 个归并后的电能质量单项指标。在对电能质量进行评价时,就单项指标可以根据问题的不同使用不同的评价方法,从而顺利解决电能质量的具体问题。单项指标评价分块化了电能的整体性,也忽略了电能质量问题间的相互联系,这时就需要对电能质量进行综合评价。
电能质量进行综合评估在对供电部门进行电能质量考核、电能质量合理定价和评价用户对电能质量的满意度时,显得格外重要。多年来,电能质量工作者所追求的共同目标就是寻找一个相对全面、定量的方法对电能质量进行评估。遗憾的是,目前仍无一个全面、系统、公认的电能质量评价方法。国内外关于如何综合、全面的评价电能质量的研究正逐步升温,怎样以客观、科学的手段把多个单项指标综合为单一量化指标的问题仍然是其研究焦点。综合评估是在各单项指标评估的基础上建立起来的,但并不是将各单项指标的评估结果进行简单的综合。
过去曾有一些文献就电能质量的综合评价方法进行了一系列研究,重点主要集中在基于概率论、向量代数、模糊数学与层次分析法上。
文献[23]根据矢量代数与概率论提出评价电能质量的综合评估方法。依据概率统计特征值来描述分析电能各项参数,此法有效的把握了电能质量各单项指标主要特征,并对其进行归一量化,为电能按质论价提供了依据,但在确定方差的基准值和期望时,如果不能选择比较恰当的基准值,就有可能大大影响到评价的结果。
文献[24]依据国家标准确定了影响电能质量的各单项指标,建立了电能质量明了的测量结果和报警、自动诊断功能,因而统计功能十分有限。此种电能质量的监测过程与管理模式都存在严重的不足之处,不但无判断依据,也存在工作量大、效率低、实时性差、监测指标少等问题。如果要实现电能质量及时有效地测量和分析,就必须大面积的建设网络型电能质量监测与分析系统[35-37]。
模糊综合评价模型。在运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)求取电能质量指标加权向量的基础上,提出了二级模糊综合评价方法,并对 4 组实测数据进行了有效的综合评价。
文献[25]首先根据物元的概念及其相关函数理论就电能质量中相互关联的各个质量等级分别进行计算,由此得出电能质量的关联矩阵,然后根据层次分析法算出各个指标的权重系数,进而获得最终的评估结果。物元分析法易于实施,评价结果明确,但在计算目标权重系数时仍然排除不了主观因素的影响。文献[26-27]提出了基于模糊数学理论的电能质量综合评估方法。由于电能质量的某些指标不能确切地描述问题,因而也难以准确地描述定量关系,而模糊理论能有效解决这个问题,具有明显的优势,利用模糊理论方法可对配电网的电能质量进行有效的综合评估。但由于最大隶属度原则的片面性,很难找到含义明晰的隶属度函数,评估结果受人为主观因素影响较大,客观性较差。