什么是電能質(zhì)量？

       電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶(hù)供電。同時(shí)，在三相交流系統中，各相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱(chēng)且互差120°。但由于系統中的發(fā)電機、變壓器和線(xiàn)路等設備非線(xiàn)性或不對稱(chēng)，負荷性質(zhì)多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運行、電力設備和供用電環(huán)節中的各種問(wèn)題，也*產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念。圍繞電能質(zhì)量含義，從不同角度理解通常包括：

       （1）電壓質(zhì)量：是以實(shí)際電壓與理想電壓的偏差，反映供電企業(yè)向用戶(hù)供應的電能是否合格的概念。這個(gè)定義能包括大多數電能質(zhì)量問(wèn)題，但不能包括頻率造成的電能質(zhì)量問(wèn)題，也不包括用電設備對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和污染。

       （2）電流質(zhì)量：反映了與電壓質(zhì)量有密切關(guān)系的電流的變化，是電力用戶(hù)除對交流電源有恒定頻率、正弦波形的要求外，還要求電流波形與供電電壓同相位以保證高功率因素運行。這個(gè)定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善和降低線(xiàn)損，但不能概括大多數因電壓原因造成的電能質(zhì)量問(wèn)題。

       （3）供電質(zhì)量：其技術(shù)含義是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量。包括供電企業(yè)對用戶(hù)投訴的反映速度以及電價(jià)組成的合理性、透明度等。

       （4）用電質(zhì)量：包括電流質(zhì)量與反映供用電雙方相互作用和影響中的用電方的權利、責任和義務(wù)，也包括電力用戶(hù)是否按期、如數交納電費等。

 
目前針對電能質(zhì)量問(wèn)題研究的主要內容有哪些？
       目前，研究和解決電能質(zhì)量問(wèn)題已成為電力發(fā)展的當務(wù)之急。主要研究課題包括：

       （1）研究諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取相應的對策。由于鋼鐵等金屬熔煉企業(yè)的發(fā)展，化工行業(yè)整流設備的增加，大功率晶閘管整流裝置及電力電子器件的開(kāi)發(fā)應用，使公用電網(wǎng)的諧波影響日趨嚴重，電源的波形產(chǎn)生了嚴重的畸變，影響了電網(wǎng)安全可靠運行。

       （2）研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應的措施。由于波形畸變，使電力計量的準確度與*度到影響，致使計量誤差，產(chǎn)生附加的功率損耗，造成不必要的經(jīng)濟損失。

       （3）研究電能質(zhì)量污染對高新技術(shù)企業(yè)的影響并采取相應的技術(shù)手段。由于計算機系統和基于微電子技術(shù)控制的自動(dòng)化生產(chǎn)流水線(xiàn)以及新興的IT產(chǎn)業(yè)、微電子芯片制造企業(yè)等，對電能質(zhì)量的要求和敏感程度比一般電力設備要高得多，任何暫態(tài)和瞬態(tài)的電能質(zhì)量問(wèn)題都可能造成設備的損壞或運行異常，影響正常的生產(chǎn)，給電力用戶(hù)造成經(jīng)濟損失。

       （4）加強電能質(zhì)量控裝置的研制。電能質(zhì)量控制裝置的基本功能即使要在任何條件，甚至是極為惡劣的供電條件下改善電能質(zhì)量，保證供電電壓、電流的穩定、可靠，在諧波干擾產(chǎn)生的瞬間能立即將其抑制或消除。

我國對電網(wǎng)的電能質(zhì)量制定了哪些*標準？
       （1）GB 12325－1990《供電電壓允許偏差》。
       （2）GB/T 14549－1993《公用電網(wǎng)諧波》。
       （3）GT/T 15543－1995《三相電壓允許不平衡度》。

       （4）GB/T 15945－1995《電力系統頻率允許偏差》。

       （5）GB 12326－2000《電壓允許波動(dòng)和閃變》。該標準是在GB 12326－1990《電冶允許波動(dòng)和閃變》的基礎上，參考了國際電工委員會(huì )IEC電磁兼容IEC6100-3-7等文件和標準修訂后重新頒布實(shí)施的。

       （6）GB/T 18481－2001《電能質(zhì)量 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》。

國際電工委員會(huì )IEC對電能質(zhì)量是怎樣分類(lèi)的？

       國際電工委員會(huì )IEC從電磁兼容及相互干擾的角度考慮，對引起電磁干擾的基本現象進(jìn)行了分類(lèi)，見(jiàn)表1－1。

表1－1 IEC對電能質(zhì)量根據電磁干擾現象的分類(lèi)方式

國際電力電子工程師協(xié)會(huì )IEEE對電能質(zhì)量問(wèn)題是怎樣分類(lèi)的？

       國際電力電子工程師協(xié)會(huì )IEEE根據電壓擾動(dòng)的頻譜特征、持續時(shí)間、幅值變化等將其進(jìn)行了細分，并對供電系統典型的電磁干擾現象進(jìn)行了特征分類(lèi)，為準確地區分電壓暫態(tài)現象提供了依據，見(jiàn)表1－2。

表1－2 IEEE電力系統電磁現象的特性與分類(lèi)

什么是電力系統頻率？

       電力系統頻率是指電力系統統一的一種允許參數，*標準GB/T 15945－1995《電力系統頻率允許偏差》規定以50Hz正弦波作為我國電力系統的標準頻率（工頻），并規定電力系統正常的頻率標準為50Hz±0.2Hz。當系統容量較小時(shí)，可放寬到50Hz±0.5Hz。但GB/T 15945－1995《電力系統頻率允許偏差》中并沒(méi)有說(shuō)明系統容量大小的界限，全國供用電規則中規定了供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在3000MW及以上者為0.2Hz；電網(wǎng)容量在3000MW以下者為0.5Hz。實(shí)際運行中，我國各跨省電力系統頻率的允許偏差都保持在＋0.1~－0.1Hz。因此，電壓頻率目前在電能質(zhì)量中*有保障。

什么是供電電壓允許偏差？

       供電電壓允許偏差是指電力系統各處的電壓偏離其額定值的百分比。目前，GB12325－1990《供電電壓允許偏差》中規定：電壓允許偏差是在正常運行條件下應保持電網(wǎng)各點(diǎn)電壓在額定的水平上。其中：35kV及以上供電和對電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶(hù)為額定電壓的＋5~－5％；10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶(hù)為額定電壓的＋7%~－7％；低壓照明用戶(hù)為額定電壓的＋5％~－10％。

       由于電網(wǎng)各點(diǎn)的電壓調節不同于頻率的調節，可由電網(wǎng)統一進(jìn)行，又由于電網(wǎng)各點(diǎn)電壓主要反映了該點(diǎn)無(wú)功功率的供需關(guān)系，因此電壓調節一般采取了無(wú)功*地平衡的方式進(jìn)行無(wú)功功率補償，并及時(shí)調整無(wú)功功率補償量，以從源頭上解決問(wèn)題。也有采取調整同步發(fā)電機勵磁電流的方式，以產(chǎn)生超前或滯后的無(wú)功功率，從而達到改善網(wǎng)絡(luò )負荷的功率因數和調整電壓偏差的目的。還有利用有載調壓變壓器，采取對電壓偏差及時(shí)調整的方式。因為從總體上考慮，無(wú)功負荷只宜補償到功率因數0.90～0.95，但仍然有一部分變化無(wú)功負荷要電網(wǎng)供給，從而產(chǎn)生電壓偏差，這*需要分區采取一些有效的技術(shù)手段，而有載調壓變壓器*是有效而經(jīng)濟的措施之一。

什么是三相電壓不平衡度？

   三相電壓不平衡度是指三相系統中三相電壓的不平衡度程度，用電壓或電流負序分量與正序分量的均方根百分比表示。三相電壓不平衡（即存在負序分量）會(huì )引起繼電保護誤動(dòng)、電機附加振動(dòng)力矩和發(fā)熱。額定轉矩的電動(dòng)機，如長(cháng)期在負序電壓含量4％的狀態(tài)下運行，由于發(fā)熱，電動(dòng)機絕緣的壽命將會(huì )降低一半，若某相電壓高于額定電壓，其運行壽命的下降將更加嚴重。

   我國目前執行的GB/T 15543－1995《三相電壓允許不平衡度》規定了電力系統公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2％，同時(shí)規定了短時(shí)的不平衡度不得超過(guò)4％，其短時(shí)允許值的概念是指任何時(shí)刻均不能超過(guò)的限制值，以保證繼電保護和自動(dòng)裝置正確動(dòng)作。對接入公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶(hù)引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為1.3％。

什么是電壓波動(dòng)和閃變？

       電壓波動(dòng)和閃變是指電壓幅值在一定范圍內有規則變動(dòng)時(shí)，電壓*大值與*小值之差相對額定電壓的百分比，或電壓幅值不超過(guò)0.9p.u.~1.1p.u.的一系列隨即變化。這種電壓變化被稱(chēng)為閃變，以表達電壓波動(dòng)對照明燈的視覺(jué)影響。因此，閃變是說(shuō)明對不同頻率電壓波動(dòng)引起燈閃的敏感度及引起閃變刺激性程度的電壓波動(dòng)值，是人眼對燈閃的一種主觀(guān)感覺(jué)。

       對用戶(hù)負荷引起的閃變限制，是根據用戶(hù)負荷的大小、協(xié)議用電容量占供電容量的比例及系統電壓等級規定的。電力系統公共供電點(diǎn)由沖擊負荷產(chǎn)生的電壓波動(dòng)允許值的百分數，分三級作不同的規范和限制。

   （1）10kV及以下為2.5

   （2）35～110kV為2.0

   （3）220kV及以上為1.6

       GB 12326－2000《電壓允許波動(dòng)和閃變》特別規定了各級電壓下的閃變限制值，它適用于由波動(dòng)負荷引起的公共連接點(diǎn)電壓的快速變動(dòng)及由此可能造成人對燈閃明顯感覺(jué)的場(chǎng)合。

什么是電壓諧波？

       電壓諧波是指電力系統各公共連接點(diǎn)的電壓諧波含有率允許值。國際電工委員會(huì )文件IEC61000－3－6《中、高壓電力系統畸變負荷發(fā)射限制的評估》提出了決定畸變負荷接入電網(wǎng)時(shí)所作評估的一些基本原則和評估程序。其目的是將電網(wǎng)的諧波電壓限制到對所有用電設備不致造成有害影響的水平（兼容水平），保證對接入電網(wǎng)的用戶(hù)都有合適的供電質(zhì)量，并提出了電網(wǎng)諧波的兼容水平、規劃水平和發(fā)射水平三個(gè)方面的標準。我國目前執行的電壓諧波標志是GB/T 14549－1993《公用電網(wǎng)諧波》，標準中對電網(wǎng)0.38，6，10，35，66，110kV電壓等級公共連接點(diǎn)的電壓諧波含有率允許值做了明確的規定。

什么是間諧波？

       間諧波是指不是工頻頻率整數倍的諧波。間諧波往往由較大的電壓波動(dòng)或沖擊性非線(xiàn)性負荷所引起，所有非線(xiàn)性的波動(dòng)負荷如電弧爐、電焊機，各種變頻調速裝置，同步串級調速裝置及感應電動(dòng)機等均為間諧波源，電力載波信號也認為是一種間諧波。

       間諧波源的特點(diǎn)是放大電壓閃變和對音頻干擾，影響電視機畫(huà)面及增大收音機的噪聲，造成感應電動(dòng)機振動(dòng)及異常。對于采用電容、電感和電阻構成的無(wú)源濾波器電路，間諧波可能會(huì )被放大，嚴重時(shí)會(huì )使濾波器因諧波過(guò)載而不能投運，甚至造成損壞。間諧波的影響和危害等同整數次諧波電壓的影響和危害已成共識，IEC 61000－3－6對間諧波的發(fā)射水平作出了明確的說(shuō)明，如間諧波電壓水平應低于鄰近諧波水平，并規定為（0.5%~1%）UN。我國目前還沒(méi)有制定相應的*標準給出限制規定。

什么是暫時(shí)過(guò)電壓和瞬時(shí)過(guò)電壓？

       （1）暫時(shí)過(guò)電壓是指在給定安裝點(diǎn)上持續時(shí)間較長(cháng)的不衰減和弱衰減的（以工頻或其一定的倍數、分數）振蕩的過(guò)電壓。

       （2）瞬態(tài)過(guò)電壓是指持續時(shí)間數毫秒或更短，通常帶有強阻尼的振蕩或非振蕩的一種過(guò)電壓。它可以疊加于暫時(shí)過(guò)電壓上。

       暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓使由于電力系統運行操作，或遭受雷擊，或發(fā)生故障等因素引起的，是供電特性之一。新頒布的*標準GB/T 18481－2001《電能質(zhì)量 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》，規定了作用于電氣設備的暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓要求、電氣設備的絕緣水平及過(guò)電壓保護方法，并對過(guò)電壓的相關(guān)術(shù)語(yǔ)、定義做了比較詳盡的論述。

什么是電壓暫降和電壓上升？

       （1）電壓暫降是指由于系統故障或干擾造成用戶(hù)持續時(shí)間0.5周波至1min內下降到額定電壓或電流的10％～90％。即幅值為0.1p.u.~0.9p.u.時(shí)系統頻率仍為標稱(chēng)值，然后又恢復到正常水平。國際上普遍認為，電壓幅值低于0.1p.u.或大于0.5個(gè)周波的供電中斷對敏感用戶(hù)和嚴格用戶(hù)而言都屬于斷電故障。電壓暫降可能造成某些用戶(hù)的生產(chǎn)停頓或次品率增加，而供電恢復時(shí)間取決于自動(dòng)重合閘或自動(dòng)功能轉換裝置的動(dòng)作時(shí)間，因此傳統的機械式斷路器已不能滿(mǎn)足對敏感和嚴格用電負荷的要求，目前主要采取的方案是利用高速固態(tài)切換開(kāi)關(guān)SSTS、動(dòng)態(tài)電壓恢復器DVR或利用不間斷電源UPS作后備電源并配合固態(tài)電子開(kāi)關(guān)等措施。

       （2）電壓上升是指電壓的有效值升至額定值的110％以上，典型值為額定值的110％～180％稱(chēng)為電壓上升，即暫時(shí)性超過(guò)標稱(chēng)值10％以上，系統頻率仍為標稱(chēng)值，持續時(shí)間為0.5周波～1min，幅值為1.1p.u.~1.8p.u.。

什么是斷電和電壓中斷？

       （1）斷電是指由于系統發(fā)生故障，造成用戶(hù)在一定時(shí)間內一相或多相失去電壓，低于0.1p.u.稱(chēng)為斷電。斷電按持續時(shí)間分為三類(lèi)：其一，0.5~3s稱(chēng)為瞬態(tài)斷電；其二，3~60s稱(chēng)為暫時(shí)斷電；其三，大于60s稱(chēng)為持續斷電。

       （2）電壓中斷是指斷電的持續時(shí)間大于3min。斷電和電壓中斷往往是由于電力系統故障引起的，如供電線(xiàn)路遭受雷擊、對地閃絡(luò )，或是系統線(xiàn)路發(fā)生外力破壞致使保護動(dòng)作等。由于短時(shí)失電后又重合閘，致使電壓突然跌到零或接近零。電壓中斷將致使一些用戶(hù)生產(chǎn)停頓，造成重大的經(jīng)濟損失或產(chǎn)生嚴重的后果。

什么是電壓瞬變？

       電壓瞬變又稱(chēng)為瞬時(shí)脈沖，是指在一定時(shí)間間隔內，兩個(gè)連續穩態(tài)之間的一種在極短時(shí)間內發(fā)生的現象或數量變化。

       這種瞬時(shí)脈沖可以是任一極性的單方向脈沖，也可以是*個(gè)峰值為任意極性的衰減振蕩波，即發(fā)生在任一極性阻尼振蕩波的*個(gè)尖峰。

什么是過(guò)電壓和欠電壓？

       （1）過(guò)電壓是指電壓幅值超過(guò)了標稱(chēng)電壓，且持續時(shí)間大于1min。過(guò)電壓的幅值為1.1p.u.~1.2p.u.

       （2）欠電壓是指電壓幅值小于標稱(chēng)電壓，且持續時(shí)間大于1min。欠電壓的幅值為0.8p.u.~0.9p.u.

什么是電壓切痕？

       電壓切痕（也稱(chēng)為電壓缺口）是指一種持續時(shí)間小于0.5周波的周期性電壓擾動(dòng)。電壓切痕主要是由于電力電子裝置在有關(guān)兩相間發(fā)生瞬態(tài)短路時(shí)，電流從一相轉換到另一相而產(chǎn)生的。電壓切痕的頻率會(huì )非常高。用常規的諧波分析儀器很難測量出電壓切痕，這*是過(guò)去從未有過(guò)的此項電壓擾動(dòng)的內容，直到*近才被國際電力電子工程師協(xié)會(huì )IEEE列入的主要原因。

什么是穩態(tài)電壓擾動(dòng)？

       穩態(tài)電壓擾動(dòng)是指以電源電壓波形畸變?yōu)樘卣鞫痣娔苜|(zhì)量污染的各種穩態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。穩態(tài)電壓擾動(dòng)主要包括：

       （1）諧波。其特征指標是出現諧波頻譜電壓和諧波頻譜電流的波形。

       （2）陷波。其特征指標是陷波的持續時(shí)間及幅值大小。

       （3）電壓閃變。其特征指標是波動(dòng)幅值、調制頻率等。

       （4）三相電壓不對稱(chēng)。其特征指標是不平衡因子，產(chǎn)生的主要原因是三相負載不平衡。

什么是暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動(dòng)？

       暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動(dòng)是指電源電壓的正弦波形受到暫態(tài)（瞬態(tài)）的電壓擾動(dòng)而發(fā)生畸變，引起電能質(zhì)量的污染的各種問(wèn)題。暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題是以頻譜和暫態(tài)持續時(shí)間為特征的，一般分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩種類(lèi)型。暫態(tài)（瞬態(tài)）電壓擾動(dòng)的主要特征包括：

       （1）暫態(tài)諧振。其特征指標是波形、峰值和持續時(shí)間，產(chǎn)生的原因是由于線(xiàn)路、負載和電容器組的投切，造成的后果是破壞運行設備的絕緣、損壞電子設備等。

       （2）暫態(tài)脈沖。其特征指標是電壓上升時(shí)間、峰值和持續時(shí)間，產(chǎn)生的原因是線(xiàn)路遭受雷擊或感性電路分合等，造成的后果是破壞運行設備的絕緣。

       （3）瞬時(shí)電壓上升或暫降。其特征指標是幅值、持續時(shí)間、瞬時(shí)值/時(shí)間，產(chǎn)生的原因通常是由于大容量電動(dòng)機啟動(dòng)、負荷瞬變、電力系統切換操作或遠端發(fā)生故障等引起的，這是電力用戶(hù)投訴*多的一種電壓擾動(dòng)，這是因為瞬時(shí)電壓上升或暫降可能造成用電設備發(fā)生運行故障、敏感負載不能正常運行等后果。

什么是動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題？

       國際電力電子工程師協(xié)會(huì )IEEE將電磁系統中典型的暫態(tài)現象進(jìn)行了特征分類(lèi)，主要列出了暫態(tài)和瞬態(tài)擾動(dòng)現象，根據擾動(dòng)的頻譜特征、持續時(shí)間、幅值變化等，將其分為瞬時(shí)、短時(shí)和長(cháng)期的電壓變動(dòng)三大類(lèi)，在此基礎上又進(jìn)一步細分出18個(gè)子類(lèi)。其中，短時(shí)電壓變動(dòng)，尤其是電壓中斷和跌落已成為國際上所關(guān)注的問(wèn)題。這些問(wèn)題對于具有較強慣性距的傳統電機設備也許沒(méi)有明顯的影響，但對敏感和嚴格的用電負荷，如集成電路芯片制造和微電子控制的生產(chǎn)流水線(xiàn)等，將可能造成極大的危害，并已成為現代電能質(zhì)量的重要問(wèn)題，使電能質(zhì)量的內涵也發(fā)生了較大的變化。

       （1）傳統的電能質(zhì)量問(wèn)題，如諧波、三相不對稱(chēng)等繼續存在，而且嚴重性正在增加。

       （2）目前，隨著(zhù)供電可靠性的不斷提高，人們已逐步將注意力轉向新的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。如持續時(shí)間為毫秒級的動(dòng)態(tài)電壓升高、脈沖、電壓跌落和瞬時(shí)供電中斷等。

       電能質(zhì)量問(wèn)題的性質(zhì)、產(chǎn)生原因及解決方法見(jiàn)表1－4。

表1－4電能質(zhì)量問(wèn)題的性質(zhì)、產(chǎn)生原因及解決方法

用電負荷的分類(lèi)與電能質(zhì)量的敏感度有哪些對應關(guān)系？

       根據用電設備負荷的特性及不同的用電負荷對電能質(zhì)量的要求與敏感度，一般將用電負荷分為三大類(lèi)。

       （1）普通負荷（Common Load）

       普通負荷對電能質(zhì)量的要求不太高，只有在發(fā)生持續斷電或電壓波動(dòng)幅度過(guò)大，持續時(shí)間較長(cháng)才會(huì )受到影響。同時(shí)，本身對電網(wǎng)的電能質(zhì)量基本不形成影響和危害。如照明設備、加熱器、通風(fēng)機、一般家用電器等。

       （2）敏感負荷（Sensitive Load）

       敏感負荷對電能質(zhì)量有一定的要求，電能質(zhì)量不好可能對此類(lèi)負荷會(huì )造成一定的影響和危害。同時(shí)，本身對電網(wǎng)的電能質(zhì)量也可能造成一定的影響和污染。因此，需要采取一定的措施和對策。如電動(dòng)機控制器、UPS電源、變速調速裝置等。

       （3）負荷（Critical Load）

       嚴格符合對電能質(zhì)量的要求非常高，電能質(zhì)量出現問(wèn)題對秧嚴格負荷會(huì )造成嚴重的后果，可能損壞設備，影響生產(chǎn)。同時(shí)，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量也會(huì )造成一定的影響和危害。因此，對嚴格負荷必須確保電能質(zhì)量符合應用要求。如集成電路芯片制造流水線(xiàn)、微電子產(chǎn)品的智能化流水線(xiàn)、銀行及證券交易中心的計算機系統等，均屬于嚴格用電負荷。