电能质量问题概述
郝瀚
[文章摘要] 随着电力企业和用户对电能质量的日益关注，电能质量问题越来越受到重视。本文首先介绍了电能质量的一般概念，简述了关于电能质量的国家标准，指出了存在的问题，并提出解决问题的方法。
[关 键 词] 电能质量，电压波动与闪变，谐波，三相不平衡，检测与控制
1引言
随着科学技术的发展，一些带有基于微处理器的控制器和大功率电子开关器件的现代用电设备对电能质量的要求越来越高，它们对电磁干扰都极为敏感，而且随着电力用户对电能质量认识的提高，越来越多的用户向电力部门提出了高质量的供电要求，另外，电能质量的恶化会带来比如使继电保护误动，附加损耗增加等问题，而且电力企业出于提高自身运行效率的需要，也在努力寻求提高电能质量的新途径。
2电能质量的定义
从普遍意义上讲，电能质量是指优质供电。但迄今为止，对电能质量的技术含义还存在着不同的认识，一方面是由于人们看问题的角度不同，如电力企业可能把电能质量简单地看成是电压(偏差)与频率(偏差)的合格率，并且用统计数字来说明电力系统电能99％是符合质量要求的;电力用户则可能把电能质量笼统地看成是否向负荷正常供电;而设备制造厂家则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要，但实际上不同厂家和不同设备对电源特性的要求可能相去甚远。另一方面，对电能质量的认识也受电力系统发展水平的制约，特别是用电负荷的性能和结构的制约。
IEEE技术协调委员会已正式采用“power quality”这一术语，并且给出了相应的技术定义:“合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合于该设备正常工作的”。这个定义的缺点是不够直接和简明。
IEC标准则对电能质量定义为“电能质量是指导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流、或频率偏差。这里的“偏差”应广义理解，其内容涉及频率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、三相不平衡以及电压波动和闪变等。但是，IEC并没有采用“power quality”（电能质量）这一术语，而是用“EMC”（电磁兼容）术语来强调设备与设备之间，电源与设备之间的相互作用及影响，定义电磁兼容为设备或系统能在所处的电磁环境中正常运行并且不对该电磁环境产生任何不能容忍的电磁扰动。在电磁兼容的概念中，用排放（emission）表示设备产生的电磁污染，用抗扰（immunity）表示设备抗电磁污染的能力，并以此为基础，制订了一系列电磁兼容的标准。
3常用的概念和术语
3.1 电压方均根值
将工频电压的半周期分成N个等分点，每隔T∕2N，逐点取电压的瞬时采样值。设在KT∕2N时刻电压瞬时值为Uk , 则沿半周期内瞬时电压序列为U0,U1……Un,于是方均根电压U＝1N?12?ukN0
3.2 电压变动（voltage change）
U1,U2供电电压在两个相邻的，持续1s以上的电压方均根值之间的差值，称电压变动。
3.3电压偏差（voltage deviation）
供电系统负荷正常改变时，导致供电电压逐渐偏离标称电压的电压变动，通常称电压偏差。
实际电压－标称电压×100％其计算式为电压偏差（％）＝
标称电压
3.4电压下跌（voltage sags）
Un供电电压在短时间突然下降至额定电压的90％至1％，但随即回升，则称电压下跌。一
般电压下跌持续的时间为10ms－1.5s。
3.5电压上升（voltage swells）
Un供电电压因短路故障或甩负荷等，短时引起的电压上升至电压上升常伴有电压下跌，持续的时间为10ms－1.5s。
的1.1至1.8倍，称电压上升，
3.6 电压中断（voltage interruption）
Un供电电压低于1％，称为电压中断（即停电）。
3.7 电压波动（voltage fluctuation）
一系列电压变动或连续的电压偏差称电压波动。电压波动值为相邻电压方均根值两个极值
Umax和Umin之差?U,常以其标称电压
Un的百分数表示其相对的百分值，即
d?Umax?UUnmin?100% 电压波动波形可以看作将波动电压做为调幅波时，对工频载波的调制
波形。
3.8 电压闪变（voltage flicker）
一系列的电压波动引起的人眼对照明装置，家电等发光器件的主观不适应度。其两个特征量为短时间闪变值
Pst和长时间闪变值
Plt。
3.9 三相不平衡(three phases imbalance)
三相对称系统指各相电量（电动势，电压或电流）大小相等而且顺序相邻间的相移等于2?/3，三相平衡系统的总功率瞬时值与时间无关，不平衡系统的总功率瞬时值随时间而变化。三相不对称的系统则一定是三相不平衡系统。
3.10谐波(harmonics)、间谐波(inter-harmonics)和特征谐波(characteristic harmonics)
一个非正弦的周期波（电压、电流、磁通等），可以通过傅立叶变换，分解为一个同频率的基波和很多整数倍基波频率的高次谐波之和，基波和高次谐波都为正弦波。 具有基波频率非整数倍频率的正弦电压和电流，称为间谐波，常表现为离散频率或宽带频谱。 换流设备在理想情况下（完全平衡方式）必然产生的次数一定的谐波，称为特征谐波。特征谐波的次数由换流设备的脉动数P决定，P对应于不同换流元件在周期内依次导通的次数。
3.11 瞬时脉冲（impulse）
在两个连续稳态之间的一种在极短时间内发生的电压（或电流）变化。瞬时脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是发生在任一极性的阻尼振荡波的第一个尖峰。
3.12电压切痕（notch）
电压切痕是一种持续时间小于0.5周期的周期性电压扰动。电压切痕主要由于电力电子装置在相关的两相间发生瞬时短路时电流从一相转换到另一相而产生的。电压切痕的频率非常高，用常规的谐波分析设备很难检测出未，此项电压扰动，直到最近才正式列入扰动内容。
3.13过电压（over voltage）, 欠电压（under voltage）
过电压：电压（或电流）持续时间为大于 lmin，幅值为 1.1－ 1.2(标么值），系统频率仍为标称值。
欠电压：电压（或电流）持续时间为大于lmin，幅值为0.8－0.9(标么值），系统频率仍为标称值。
4 供电质量标准和用户需求
我国已形成的电能质量国家标准如下：
4.1 GB 12325 –1990 《供电电压允许偏差》
允许限值①35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%;②10kV及以下三相供电为士7%;③220V单相供电为+7%、一10%。衡量点为供用电产权分界处或电能计量点。
4.2 GB/T 14549-1993《公用电网谐波》
表1 国标中各级电网谐波电压限值 电压/KV THD 奇次 偶次 0.38 5 4.0 2.0 6/10 4 3.2 1.6 35/66 3 2.4 1.2
110 2 1.6 0.8
衡量点为PCC，取实测95%概率值;对用户允许产生的谐波电流，提供计算方法;对测量方法和测量仪器作出基本规定;对同次谐波随机性合成提供算法。
4.3 GB/T15543－1995《三相电压允许不平衡度》
允许限值正常允许2%，短时不超过4%;每个用户一般不得超过1.3%。各级电压要求一样;衡量点为PCC，取实测95%概率值或日累计超标不超过72min，且每30min中超标不超过5min;对测量方法和测量仪器作出基本规定;提供不平衡度算法
4.4 GB/T15945－1995 《电力系统频率允许偏差》
允许限值:正常允许士0.2Hz:，根据系统容量可以放宽到士0.5Hz:;用户冲击引起的频率变动一般不得超过士0.2Hz。标准还对测量仪器提出了基本要求。
4.5 GB12326－2000《电压波动与闪变》
允许限值:电压变动d的限值和变动频度r有关;当r值<=1000时，对于低压(LV)和中压(MV)d=1.25一4%;对于高压(HV)d=1.0%~3%;对于随机不规则的变动d=2%(LV、MV)和d=1.5%(HV)，闪变限值如表2所示。
表2 国标中闪变限值
电压等级 LV MV HV Pst 1.0 0.9(1.0) 0.8 Plt 0.8 0.7(0.8) 0.6
注：括号中的值仅适用于所有用户为同一电压等级的场合
此标准为GB 1 2326一90修订版，衡量点为电网公共连接点(PCC);Pst每次测量周期1 0min，取实测95%概率值;Plt每次测量周期2h，不得超标
4.6 GB/T18481－2001《暂态过电压和瞬态过电压》
详细内容见文献[2],该标准于2002年4月正式实施。
以上标准是我国公用电网正常运行应满足的条件，其中《公用电网谐波》，《三相电压允许不平衡度》，《电压波动与闪变》从用户义务的角度，指明了扰动负荷接入公用电网时所要满足的条件，避免扰动负荷不加治理接入公用电网可能对其他负荷造成损害。