[科普中国]-电能质量评估

电能质量评估是指基于系统电气运行参数的实际测量或通过建模仿真获得的基本数据，对电能质量各项特性指标做出评价并对其是否满足规范要求进行考查与推断的过程。因此，在整个电能质量体系中，对质量指标的评估工作是不可缺少的重要组成部分。1

分类电能质量分为稳态电能质量和暂态电能质量，前者包括频率、电压偏差、谐波畸变和电压波动等，后者包括电压暂升、电压暂降、暂时过电压和瞬态过电压等。因此，电能质量的评估也分为稳态电能质量评估和暂态电能质量评估。

(1)稳态电能质量的评估

对于稳态电能质量的评估应包括以下三个部分：

1)对单一监测点在某时段内进行评估；

2)对同一供电公司的同一电压等级在某时段内进行评估；

3)对不同供电公司的同一电压等级在某时段内进行评估。

一般情况下，对于某公共连接点，稳态电能质量的评估周期应至少为一星期，这是因为一般负荷在同一季度中的各个星期具有相近的用电特性，一个星期可以包含其不同的生产工艺过程及用电负荷的变化过程。同一公共连接点上的负荷虽然在某一时刻具有随机性，但在一个星期之内一般能够获取负荷的最小、最大、平均变化水平。

稳态电能质量的评估最终采纳值一般应为X%概率大值，但应给出相同时段的最大值、最小值、平均值。x%概率大值采用累计概率函数通过统计方法获取，而该段时间内可能超出的时间份额仅为（100-X）%，如今，国标中规定的X等于95。

(2)暂态电能质量评估

如果暂态电能质量超标，将会影响某些对电能质量要求较高的用户（如精密加工工业）。暂态电能质量一般以一个事件为一个记录，对其评估一般也分为以下几个部分：

1)对单一事件进行评估；

2)对某一点进行事件评估；

3)对一个系统进行事件评估。

一般情况下，对暂态电能质量的评估应至少获取一年时间的实测值进行评估分析。对于典型的暂态电能质量事件，比如电压暂升、电压暂降和瞬时中断，其特征参数为维持电压值(指有效值)及其持续时间值等，应依据不同的门槛值进行分析评估，同时应从工业设备特别是信息工业设备的兼容水平角度进行分析，从而对用户提供具有参考价值的评估结果。

关于暂态电能质量问题，用户的大容量负荷的投切会对其产生一定的影响，但更主要原因还是电力系统中发生的各种类型的短路故障。

大量的统计数据和资料表明，电力生产过程本身几乎不会引起电能质量的“污染”，而电能的传输、分配过程对电能质量的“污染”程度也相对较小，由于输配电系统中的变压器是非线性元件，会产生少量的谐波污染。稳态电能质量的污染源主要在于用户的干扰性负荷；网络结构特性则决定谐波的谐振特性；不同的导线材料、线径、输电距离，不同的输电容量都会使系统的稳态运行电压在不同程度上有所下降；系统无功储备容量的大小则直接影响系统稳态运行电压的调整，同时系统足够的有功储备容量对调节系统频率起决定性作用；虽然输配电电网参数三相是对称的，但由于负荷布局的不合理也会造成系统的运行不对称，从而引起三相不平衡指标的恶化。2

内容电能质量评估主要包括以下5个方面的内容：

(1)公用电网公共供电点的电能质量评估

其中包括两项内容：一是检查公共供电点的供电质量指标是否在国家标准限值以内，公共供电点的供电质量指标包括系统频率偏差、电压偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、谐波电压含有率、电压总谐波畸变率和电压瞬变等；二是检查电力用户对公共供电点电能质量的扰动是否在国家标准限值以内，电力用户对公共供电点电能质量的扰动主要包括注入公共供电点的谐波电流、负载电流的负序分量、过电流、有功冲击、无功冲击及无功波动、晶闸管换向及开关过程冲击、负荷短路冲击等。

(2)干扰性负荷测试与评估

根据电网的参数以及设备制造厂商提供的干扰性负荷资料建立对应的评估模型，必要时还要结合实际测试，研究分析干扰性负荷对电能质量的影响程度，如果超出了国家标准允许的限值，则要对其提出治理要求。

(3)电能质量纠纷测试

由电能质量事故造成的经济损失或人身事故等引发的纠纷称为电能质量纠纷。电能质量纠纷测试就是依据国家电力法、合同法等法律法规和电能质量国家标准，通过测量与专项分析确定引起电能质量事故的原因，为解决电能质量纠纷提供科学依据。

(4)电力设备电磁兼容测试

电力设备电磁兼容测试内容很多，与电能质量有关的测试包括：

1)电力设备正常运行时对供电质量要求的测试，即在规定的条件下改变电源的频率偏差、电压偏差、电压波动、三相电压不平衡、电压谐波、电压瞬变、电压暂降和电压暂升等指标，测试电力设备运行状态的变化情况。

2)电力设备对电能质量扰动的测试，即在规定的供电条件下测试设备的三相电流不平衡度、谐波发射水平和无功波动水平等。

3)电力设备进入市场和接入电网的评估，即根提前两项测试数据和有关标准确定该电力设备能否进入市场流通。电力设备的使用说明书应给出该电力设备有关电能质量的电磁兼容数据（电源水平和扰动水平），供电部门和用户应该根据电力设备接入点的电源条件和电力设备的电磁兼容数据确定该电力设备能否接入电网运行。

(5)电能质量控制装置对电能质量改善效果的测试和评估

1)电能质量控制装置接入系统前的评估。根据供电系统、负载及电能质量控制的有关数据，仿真并计算电能质量控制装置接入系统前后的各项电能质量指标，判断系统能否安全运行；或按相关标准与规程要求，在具备条件的实验室对电能质量控制装置的补偿效果进行实际测试，评估装置的补偿性能是否满足要求。该项工作通常是在设备招标阶段必须要做的。

2)电能质量控制装置接入系统后的测试和评估。通过对电能质量控制装置接入系统前后的实测数据的分析对比，评价电能质量控制装置对电能质量改善的效果。该项工作通常是在设备验收阶段必须要做的。1

步骤电能质量评估是基于系统电气运行参数的实际测量或通过建模仿真获得的基本数据，对电能质量各项特性指标做出评价并对其是否满足规范要求进行考查与推断的过程。因此，在整个电能质量体系中，对质量指标的评估工作是不可缺少的重要组成部分。

一般而言，电能质量评估的基本步骤如下：

(1)选择评估指标。一般选用可参照执行的国际标准或国家标准中所规定的若干电能质量评价指标，或由供需双方商定的电力合同指标。

(2)收集电能质量数据。这包括建立电网与负荷的仿真模型和在系统中装设电能质量监测设备，从中获得对系统电压/流特性描述的基础数据。

(3)选择依据标准。可以是国家电能质量标准和行业所采用的技术规范标准，或由某专门机构，如IEEE（电气和电子工程师协会）、IEC（国际电工委员会）、ANSI（美国国家标准委员会）以及CENELEC（欧洲电工标准化委员会）等标准组织制定的相关标准，依次作为评估的基准。

(4)确定目标性能等级。即给出适当的且具有经济性的目标。目标等级可能只限于特殊用户或用户群，并且其要求可能超过基准评估值。1

基本原则为了科学、准确地反映电能质量实际水平，电能质量评估应遵循以下几点基本原则：

(1)评估指标物理意义明确，且与其对设备或系统的影响严重性紧密相关。

(2)指标的统计应实现在时间上的特征对比，以及不同监测点或系统在空间上的特征对比。

(3)剔除无关信息的干扰，且又不损失必要的信息，真实地反映实际质量水平。

(4)定义的指标和评估方法应简约、可操作，有利于广泛的工程应用。

(5)评估结果应与选定的相关标准限值进行比较。1

方法由于多数表征电能质量的参数是时变且随机的，测量必须持续相当长的时间，通常以日或周的记录作为评估依据。

为了得到综合质量指标，可采用以下方法进行评估：

(1)统计值。通过统计，确定各个电能质量指标的95%概率大值、最大值与平均值，将一个工作日内某项质量指标统计的95%概率大值与国家标准比较，适用于对谐波、电压偏差、三相电压不平衡度和电压波动的评估。

(2)柱状图、概率密度与概率分布图。通过图形化界面，直观地表示电能质量数值大小的分布情况，适用于对谐波、电压偏差和三相电压不平衡度的评估。

(3)日趋势图。确定电能质量问题变化的趋势和作用的时间段，适用于对各种电能质量指标的评估。

(4)波形图与特征指标。对于动态电能质量问题，完整的波形有利于对该类电能质量问题进行分类，最简单的定位标准是幅值、起止时刻和持续时间三要素。

(5)电压质量容许曲线。将长时间测量(例如持续一个月以上)所得的电压质量指标，根据幅值(或方均根值)与持续时间作图，考察是否落在由国家标准或国际标准组成的容许曲线内。

(6)专家诊断系统。利用获得的测量统计数据对电能质量扰动事件进行定位、分类，对其传递范围和发展趋势作出预测，从而为制定最佳控制方案提供依据。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所