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電能質(zhì)量分析范文1

關(guān)鍵詞：變電站電能質(zhì)量監(jiān)測分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)荷用戶的比例不斷提高，由此而產(chǎn)生的供電電能質(zhì)量嚴(yán)重下降，表現(xiàn)得越來越突出。電能質(zhì)量嚴(yán)重超標(biāo)正在大范圍的污染供電環(huán)境，危及電網(wǎng)及其供電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重的影響電力企業(yè)及廣大用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

這種現(xiàn)象在山東荷澤110kV成武站表現(xiàn)十分嚴(yán)重，它不但使變電設(shè)備的安全運(yùn)行無法保證，而且影響到當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)生產(chǎn)用電和居民生活用電。為此2002年在該站安裝了電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，對10kV母線的電能質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。

1110kV成武站電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

為了加強(qiáng)對電能質(zhì)量的管理和監(jiān)控，2002年荷澤供電公司建立了變電站電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，并選擇諧波問題嚴(yán)重的110kV成武變電站進(jìn)行實時在線監(jiān)測。此前，該站經(jīng)常燒TV保險，曾多次發(fā)生過TV爆炸的事故，存在嚴(yán)重的諧振現(xiàn)象。

采用電能質(zhì)量在線監(jiān)測儀進(jìn)行實時監(jiān)測，該裝置主要有以下幾種監(jiān)測和統(tǒng)計功能：

·三相各次諧波電壓、電流及其諧波含有率；

·三相電壓、電流總諧波畸變率；

·三相有功、無功功率及其方向；

·總的有功、無功功率，功率因數(shù)及相位移功率因數(shù)；

·電網(wǎng)頻率、線電壓、電壓偏差；

·電壓不平衡度、負(fù)序電壓、負(fù)序電流。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測單元，安裝在110kV成武變電站10kVII段母線，服務(wù)器安裝在監(jiān)控中心，是集通訊/數(shù)據(jù)庫/Web于一體的服務(wù)器，與變電站監(jiān)控單元間通過光纖進(jìn)行通訊傳輸數(shù)據(jù)，同時監(jiān)控數(shù)據(jù)通過Web服務(wù)器對MIS系統(tǒng)開放，支持Web瀏覽方式，做到數(shù)據(jù)共享，公司所有局域網(wǎng)內(nèi)的微機(jī)，均可通過Web瀏覽進(jìn)行訪問，查看電能質(zhì)量分析的各種報表和數(shù)據(jù)，了解監(jiān)測點的電壓、電流波形、各次電流電壓的諧波分量等電能質(zhì)量情況。

2變電站概況及監(jiān)測結(jié)果

該變電站有主變壓器2臺，容量均為31.5MVA，110kV母線、35kV母線、10kV母線均分段并列運(yùn)行，有并聯(lián)補(bǔ)償電容器一組，容量為2700kvar，正常運(yùn)行方式為#2主變帶全站負(fù)荷。負(fù)荷主要是周圍一些工廠的工業(yè)用電、城市生活用電及周圍農(nóng)業(yè)負(fù)荷。工業(yè)用電主要集中棉廠、紗廠、變壓器廠、化工廠和木材加工廠等，這些也是該站主要的諧波源。

經(jīng)過3個月的連續(xù)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計，該監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)的部分統(tǒng)計報表，見表1~6。

3對電能質(zhì)量的分析

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)果分析：

①從諧波電壓總畸變率報表4可看出，該監(jiān)測點諧波電壓總畸變率嚴(yán)重超標(biāo)。國家標(biāo)準(zhǔn)為4%，實際情況為三相總畸變依次為：6.89%、6.50%、7.24%。對于并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，10kV電容器應(yīng)進(jìn)行容量及參數(shù)計算，適當(dāng)改變電容參數(shù)，避免產(chǎn)生諧振，防止諧波對電容器造成損壞。對該站以后新增負(fù)荷時，應(yīng)嚴(yán)格控制諧波源，以免諧波分量進(jìn)一步提高，給電網(wǎng)造成較大的安全隱患。

②從各次諧波電壓畸變率水平報表1可見：3次諧波含有率較高，A相為6.7%，其次是5、7次諧波，這對并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器串聯(lián)電抗百分?jǐn)?shù)的選擇，有重要的參考價值。

③諧波電流均不超標(biāo)，主要諧波頻譜為：3、5、7、9次，這為諧波治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

④根據(jù)①②③可判斷，該監(jiān)測點存在嚴(yán)重的3次諧波諧振現(xiàn)象，應(yīng)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，分析并聯(lián)補(bǔ)償電容器對諧波的影響。

⑤根據(jù)無功功率數(shù)據(jù)大小、方向及功率因數(shù)判斷，該站10kV母線安裝的并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，其基波無功功率偏大（各種工況下功率因數(shù)基本保持1，某些工況下出現(xiàn)少量的無功倒送），因此，整體10kV母線電壓偏高。

⑥根據(jù)基波電壓最大最小值、電壓偏差最大最小值、零序負(fù)序電壓最大值、總諧波電壓畸變率最大值、各次諧波電壓、電流含量最大值、閃變最大值等參數(shù)判斷，檢測中出現(xiàn)過大的電網(wǎng)沖擊，10kV母線接有大的沖擊性負(fù)荷，或出現(xiàn)B相經(jīng)中間物接地現(xiàn)象（出現(xiàn)過很高的零序、負(fù)序電壓）。

⑦根據(jù)電壓偏差可知各相電壓合格率，A相2.69%，B相97.8%,C相94.6%，A相合格率較低，且絕大部分為正偏差。

由以上分析可看出，該變電站存在嚴(yán)重的諧波污染，3次諧波存在諧振，并且10kV并聯(lián)補(bǔ)償電容器對諧波有放大作用，應(yīng)調(diào)整其運(yùn)行參數(shù)。

4影響電能質(zhì)量的因素及其對策

影響電能質(zhì)量的主要因素是各種非線性用電設(shè)備、變壓器和各類鐵心電抗器，它們可分為以下幾類：①電力電子裝置，這是最嚴(yán)重的諧波源。這些裝置在整流、逆變、調(diào)壓及變頻可程中產(chǎn)生大量的諧波；②電弧爐，如煉鋼用的交流電弧爐；③家用電器，如日光燈、電視機(jī)、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)、電冰箱等；④高新技術(shù)應(yīng)用的多種設(shè)備，如電子計算機(jī)，功率調(diào)節(jié)器、節(jié)能燈等。對110kV成武站來說，周圍工廠的大量電力電子設(shè)備、各種大容量電動機(jī)是其最主要的諧波源，其次是大量城市生活用電設(shè)備等。

諧波不但影響用戶設(shè)備的正常運(yùn)行，而且對電網(wǎng)設(shè)備和自動化裝置有很大的影響。諧波對電網(wǎng)自動化裝置的影響，應(yīng)改進(jìn)自動化裝置的制作工藝和工作原理，加強(qiáng)裝置的抗干擾能力，防止裝置誤動作。但這對改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量并無任何作用，只能是減少電網(wǎng)諧波對自動化裝置影響，因此電能質(zhì)量的治理，應(yīng)加強(qiáng)對用戶諧波源的治理和改變電網(wǎng)參數(shù)，降低或消除諧波諧振。

①對于電動機(jī)控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以裝用諧波濾波器來降低諧波電流。

②對于特殊需要的用戶，可裝用隔離變壓器：限制均衡的三次諧波，可以采用一臺D，yn接法的隔離變壓器。

③安裝有源的諧波調(diào)節(jié)器：在工作時注入一個電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個純的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作，靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)，控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作，它只控制諧波電流，基波電流并不流過濾波器。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用。

④對于電網(wǎng)，應(yīng)優(yōu)化電網(wǎng)參數(shù)，改變運(yùn)行方式，優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)陌惭b地點、方式和容量，消除電網(wǎng)諧振或減小電網(wǎng)對諧波的放大作用。

為了改善110kV站的電能質(zhì)量狀況，對該站采取了一系列措施：

·在10kVTV、35kVTV的一次側(cè)中性點加裝非線性電阻；

·在10kV母線加裝消諧裝置；

·在#2主變35kV側(cè)中性點加裝消諧裝置；

·改變10kV并聯(lián)補(bǔ)償電容器的參數(shù)，消除諧振，減少對諧波的放大作用。

經(jīng)過治理，現(xiàn)在已很少燒TV保險，也沒有發(fā)生TV爆炸事故，而且電能質(zhì)量狀況較以前有較大的改善。

電能質(zhì)量分析范文2

擴(kuò)展Prony法（以下簡稱Prony法）的基本思想是將等間距采樣的信號看作具有任意相位、頻率、幅值和衰減因子的指數(shù)函數(shù)的和，通過一定的數(shù)學(xué)變換將信號模型化為自回歸模型（AR模型），利用最小二乘法解得該模型的參數(shù)，最后利用頻率、幅值和相位與該參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，求出諧波的各參量。但從原理中也不難看出，本方法不能分辨出噪聲，若信號疊加噪聲，由噪聲引起的頻率和幅值將一起計入原信號。

1.1擴(kuò)展Prony法的優(yōu)越性分析采樣頻率為5000Hz，采樣點數(shù)為500。設(shè)信號為由表1可知，對于頻率較為靠近，幅值相差較大的諧波信號，Prony法可以得到2個正弦分量，精確分析出其頻譜特性，但傅里葉法受頻譜泄露的影響，不能精確分析得到頻譜參數(shù)。但這里需要指出的是，當(dāng)采樣頻率和采樣點數(shù)滿足一定關(guān)系（本例中采樣點數(shù)為采樣頻率的100倍，即頻率分辨率為0.01Hz）時，傅里葉變換可以分辨出式（1）中2個頻率分量，但這樣做無疑大大增加了計算量。

1.2擴(kuò)展Prony法的噪聲敏感性分析采樣頻率為5000Hz，采樣點數(shù)為500。利用Prony法分析原信號，結(jié)果見表2。由表2中可知，Prony法對于沒有噪聲疊加的信號具有良好的頻譜分析能力。看出，Prony法對噪聲敏感，在周期性脈沖噪聲的影響下分析結(jié)果偏差很大，出現(xiàn)了大量高次諧波，且這些諧波的幅值相較于150Hz的幅值分量而言，不能忽略。原信號、經(jīng)Prony法擬合后未消噪的信號及二者的誤差分析如圖1所示。為了使用Prony法能夠較為準(zhǔn)確地分析諧波，必須采取措施對信號進(jìn)行消噪。

2數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一種非線性圖像（信號）處理方法。該方法在分析信號時只取決于待分析信號的局部形狀特征，有別于傳統(tǒng)的時頻域分析方法。其基本思想是利用一種被稱為“結(jié)構(gòu)元素”的小矩陣在信號中不斷移動，探測信號中各部分之間的關(guān)聯(lián)，并提取有用信息來描述信號特征。在具體實施上，就是利用兩種基本的形態(tài)變換（即膨脹和腐蝕）處理信號，并描述信號中各部分的幾何聯(lián)系。將膨脹和腐蝕兩種基本運(yùn)算進(jìn)行不同組合，可以得到較為復(fù)雜的開、閉基本運(yùn)算，級聯(lián)后選擇合適的結(jié)構(gòu)元素，即可形成數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器。

在利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波過程中，結(jié)構(gòu)元素的形狀是影響濾波的關(guān)鍵要素。本文假定采樣的電氣化鐵道諧波信號僅受到周期性脈沖信號的污染，選擇能夠抑制周期性脈沖信號的結(jié)構(gòu)元素即可。選擇第1.2節(jié)中含噪聲的諧波信號，分別仿真實驗了矩形、菱形、圓形和三角形結(jié)構(gòu)元素在消除周期性脈沖噪聲時的效果，結(jié)果證明，三角形結(jié)構(gòu)元素的濾波結(jié)果最為精確。濾波結(jié)果如圖2所示。2.1數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器的有效性分析仍取第1.2節(jié)中疊加周期性脈沖的噪聲信號，選擇三角形結(jié)構(gòu)元素濾波。原信號、經(jīng)Prony法擬合后的消噪信號及誤差分析如圖3所示，經(jīng)濾波后分析結(jié)果見表4。由表4和圖3可以看出，濾波器不能完全濾除脈沖噪聲，仍然存在虛假頻譜。但虛假頻譜的幅值相較于真實頻譜的幅值已很小，不影響對頻譜的判斷。因此可以認(rèn)為數(shù)學(xué)形態(tài)濾波器在濾除周期性脈沖噪聲上是有效的。

3電氣化鐵道仿真模型

電氣化鐵道仿真模型包含牽引網(wǎng)線路模型、牽引變壓器模型、AT所模型和鐵路機(jī)車模型4部分。

3.1牽引網(wǎng)線路建模電力鐵路牽引網(wǎng)線路包含饋電線、承力索、接觸線和鋼軌4部分，均與大地構(gòu)成電氣回路。利用Carson理論可得到導(dǎo)線-地回路的自阻抗為將牽引網(wǎng)線路化簡建模，考慮將承力索與接觸線二線合并，兩條鋼軌合并，與饋電線形成3根線，利用式（3）和式（4）可以得出3根線的單位自阻抗和單位互阻抗，再乘以距離，即得鐵路沿線的線路仿真模型。

3.2牽引變壓器仿真模型工頻單相交流牽引變電所的主要功能是降壓和分相，為牽引負(fù)荷供電，其主要設(shè)備為牽引變壓器。牽引變壓器主要接線型式有三相V-v型接線、斯科特接線、單相平衡接線等，其中三相V-v型接線因為接線容易，是使用較多的一種接線型式。其接線原理見參考文獻(xiàn)[10]。

3.3AT所仿真模型電氣化鐵道有4種供電方式，即簡單供電方式、吸流變壓器BT（booster-transformer）型供電方式、自耦變壓器AT（auto-transformer）型供電方式和同軸電纜CC（coaxialcable）型供電方式。我國主要采取AT型供電方式，該方式適用于高速重載等大電流運(yùn)行的情況。Simulink中利用單相雙繞組變壓器來實現(xiàn)，通過改變其接線得到AT所模型。

3.4電力機(jī)車仿真模型機(jī)車建模對象為交直型韶山8型（SS8）電力機(jī)車，該類機(jī)車主電路部分采取大功率晶閘管與二極管組成的不對稱半控橋式整流電路，如圖4所示。機(jī)車的具體特性與參數(shù)見參考文獻(xiàn)。機(jī)車運(yùn)行情況的不一致，三段橋的開斷狀況也不一致。以100km/h的額定速度運(yùn)行情況為例：此時，a1、b1滿開放，b1、x1移相調(diào)節(jié)，a2、x2滿開放。整流電壓約為0.75~1.00倍的額定電壓。鑒于b1、x1移相調(diào)節(jié)，故在建立仿真模型時需要設(shè)定觸發(fā)角及電動機(jī)反電勢。在考慮機(jī)車牽引控制特性函數(shù)與整流電路關(guān)系的情況下可推得機(jī)車反電勢和導(dǎo)通角α。

4算例分析

電能質(zhì)量分析范文3

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量，WiFi，諧波

 

1 引言早期的電能質(zhì)量問題主要局限在頻率偏移和電壓偏移兩個方面，但隨著電子電力技術(shù)的迅速發(fā)展，公共電網(wǎng)中使用了大量的非線性負(fù)荷，由此產(chǎn)生的干擾也日趨嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重影響了對電力質(zhì)量要求嚴(yán)格的控制設(shè)備，還需要去處設(shè)法解決諸如電壓中斷、電壓跌落和開關(guān)暫態(tài)等多方面的問題。為了控制和治理電能質(zhì)量問題，應(yīng)該對各種電能質(zhì)量擾動進(jìn)行準(zhǔn)確辨識和分類，測量電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，分析和判斷產(chǎn)生各種電能質(zhì)量問題的原因，為電能質(zhì)量的改善提供依據(jù)。因此如何快速準(zhǔn)確地監(jiān)控、分析和改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，并而在此基礎(chǔ)上方便進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理成為當(dāng)前迫切需要解決的重點。電能質(zhì)量監(jiān)測作為其中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié), 在電力系統(tǒng)安全管理和技術(shù)監(jiān)督過程中起著重要作用。深入而系統(tǒng)地對電能質(zhì)量做出精確的檢測和利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對其分析的結(jié)合及應(yīng)用是一項值得研究的問題。

要改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量，首先要精確的檢測和分析電能質(zhì)量，電能質(zhì)量分析儀就是用來實現(xiàn)這一任務(wù)的專門儀表。它能對電網(wǎng)的電流與電壓信號進(jìn)行高速采樣，通過高速CPU對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，對電網(wǎng)上的電壓，電流，功率。論文格式。有功功率，無功功率，諧波，閃變，浪涌等各種參數(shù)進(jìn)行實時測量并顯示。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代高端儀表都向著數(shù)字化，便攜化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

傳統(tǒng)的電能質(zhì)量分析儀主要是通過RS232或者USB接口連接PC，或者通過modem由電話線連接到Internet網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)控。近期市場推出的少量產(chǎn)品，有帶有線局域網(wǎng)接口的電能質(zhì)量在線監(jiān)測產(chǎn)品，但尚未找到通過目前流行的無線局域網(wǎng)(802.11b/g)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)產(chǎn)品。

本文介紹一種帶有無線局域網(wǎng)接口的手持式電能質(zhì)量分析儀。用戶可以通過筆記本電腦，PDA, 智能手機(jī)等帶無線局域網(wǎng)接口的終端，對電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行訪問與控制，也可以通過無線路由器，通過廣域網(wǎng)對本儀器進(jìn)行監(jiān)測與控制。

2 DSP設(shè)計算法（1）有效值算法。論文格式。

電流,電壓及有功功率離散有效值算法為：

（1）

（2）

（3）

其中為采樣值，M為整數(shù)周期內(nèi)的采樣點數(shù)

（2）諧波算法

電流與電壓諧波采取快速傅里葉算法[1]，計算參數(shù)為：ADC采樣速率為12.8kbps, 并能跟蹤電壓頻率，做到一周波采集256點，數(shù)據(jù)寬度16bit, 窗口寬度為1024，窗口形狀為矩形。

j=0,1,…,N-1 （4）

最高計算諧波次數(shù)為50次。

（3）電壓閃變算法

閃變是對調(diào)幅波的檢測，有常用的幾種檢波方法為:平方檢波、整流檢波和有效值檢波。平方檢波是使電網(wǎng)電壓U(t)經(jīng)過平方后，再通過濾波器去掉直流分量和2倍工頻分量處理后。然后提取出調(diào)幅波U(t)。平方檢波相比其它兩種檢波方法，它的直流分量和2倍工頻分量與調(diào)幅波之比均小于1,因而推薦使用平方檢波方法。具體的檢測框圖如圖1所示：

圖1. IEC推薦的閃變檢測流流程框圖

（4）示波顯示

在示波模式下，屏幕顯示采樣來的電壓與電流波形，在畫屏幕時，由于LCD屏幕只能顯示有限的點數(shù)。所有的采樣點不能同時顯示出來，在顯示時采用數(shù)據(jù)抽取的方法來實現(xiàn)平滑顯示,同時，對于波形中的異常部分，又能夠著重顯示出來。論文格式。

3 輔助與控制電路手持式單相電能質(zhì)量分析儀，硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

 

圖2. 電能質(zhì)量分析儀硬件系統(tǒng)框圖

電流信號通過電流傳感器輸入，轉(zhuǎn)化為電壓信號，送到預(yù)處理電路; 電壓信號通過電壓衰減電路，也送到預(yù)處理電路，處理成合適的電壓，并進(jìn)行低通濾波；電流跟電壓信號再一起送到高精度ADC電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果送到CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)信號處理，實時計算出有效值，功率，諧波，閃變等物理量并在LCD上顯示出來。所有計算的結(jié)果，也可以通過外接的SD存儲卡存儲下來。用戶可以通過鍵盤，對儀器進(jìn)行操作控制。RJ45、無線網(wǎng)卡及USB接口是儀器的對外接口。用戶可以根據(jù)實際情況，很方便地選擇相應(yīng)的連接方式。

4 軟件設(shè)計智能儀表由于功能繁多，采用高端的數(shù)字處理芯片，因此常采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)，以提高工作效率，這里使用Linux操作系統(tǒng)平臺軟件設(shè)計。

主要包括以下工作: WiFi模塊和應(yīng)用程序的開發(fā)。

（1）WiFi模塊

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的無線局域網(wǎng)，它主要依靠射頻技術(shù)( Radio Frequency) 來實現(xiàn)計算機(jī)之間的通信。通過接入點AP(AccessPoint ) ,客戶端以無線通信的方式可以與有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)互連。

1999年IEEE批準(zhǔn)了802.11無線網(wǎng)絡(luò)的延伸規(guī)范802.11b, 標(biāo)志著無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的新標(biāo)準(zhǔn)的誕生。802.11b的工作頻率為2.4GHz, 最高傳輸速度達(dá)到了11Mbps, 這極大的推動了無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,也獲得了眾多硬件廠商的支持,現(xiàn)在市場上的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品大都符合802.11b網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

Linux可以對無線局域網(wǎng)進(jìn)行支持,只需要將驅(qū)動程序源碼針對終端環(huán)境進(jìn)行交叉編譯,生成驅(qū)動模塊,然后在終端的Linux 中加載模塊, 再使用iwconfig 和iwpriv命令進(jìn)行配置后，就能很好的支持PCMCIA/CF卡以及無線局域網(wǎng)。

（2）應(yīng)用程序的開發(fā)

首先在一臺Linux的主機(jī)上進(jìn)行程序編寫。編譯通過后,下載到終端的機(jī)器上,終端上電后,根據(jù)配置文件，終端會自動裝載并啟動Linux操作系統(tǒng),然后啟動WiFi模塊連接網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行正常操作。

5結(jié)論該文提出了基于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量分析儀系統(tǒng)設(shè)計方法，無線局域網(wǎng)絡(luò)的使用, 能方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化線監(jiān)測。使用了高速DSP 處理器對采集所得的數(shù)據(jù)能進(jìn)行間諧波分析等復(fù)雜的分析，本裝置功能完善, 精度也較高, 有著很高的性價比，能夠滿足高精度測量分析的需要。

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電能質(zhì)量分析范文4

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 DSP

1 衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)

目前我們關(guān)注的主要指標(biāo)為國家技術(shù)監(jiān)督局頒布的涉及電能質(zhì)量五個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標(biāo)限制。

2 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生的主要原因

電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題包括同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行中感應(yīng)電動勢不理想；變壓器勵磁回路非線性特性；直流輸電等。還有變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置等因素對諧波的影響。在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，非線性負(fù)載是電力系統(tǒng)諧波問題的主要來源。各種自然災(zāi)害、誤操作、電網(wǎng)故障時、發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中的電力電子設(shè)備的啟動等都將造成各種電能質(zhì)量問題。

3 電能質(zhì)量低下的主要危害表現(xiàn)

電能質(zhì)量各項主要指標(biāo)低下都會對電網(wǎng)及設(shè)備造成不同的影響及破壞，但其主要危害表現(xiàn)主要是增加用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、影響電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，損壞系統(tǒng)設(shè)備，增加系統(tǒng)損耗，增大測量儀表誤差，干擾通信，造成繼電保護(hù)及自動裝置誤動，危及設(shè)備的安全，甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰等。

4 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置發(fā)展現(xiàn)狀

電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展趨勢傾向于采用永久性的固定設(shè)備對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測。基于DSP的數(shù)字式儀表已被廣泛應(yīng)用，且一般都可和計算機(jī)相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的PC+DSP主從式結(jié)構(gòu)，具有顯示、存儲、通信、人機(jī)對話等功能，并具有在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時性好、成本低和接口豐富等特點。

5 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計分析

5.1 亳州供電公司電能質(zhì)量現(xiàn)狀分析

亳州供電公司地處皖北平原，承擔(dān)亳州市三縣一區(qū)8400km2，600萬人口的供電任務(wù)，并隨著近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的變革，人民生活、工作方式都發(fā)生了巨大的變化，電網(wǎng)負(fù)荷逐年復(fù)雜化，大型工業(yè)、牽引機(jī)車、火電機(jī)組上網(wǎng)、煤礦：化工、冶金等主網(wǎng)高壓用戶逐年遞增，城市配網(wǎng)中，變頻設(shè)備、節(jié)能器具、照明、娛樂設(shè)施及計算機(jī)設(shè)備等的大量應(yīng)用，且亳州市近年來處于城鎮(zhèn)化發(fā)展、特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰期，大量工地基建項目開工，大批制藥廠飲片廠紛紛投產(chǎn)，也就意味著，大量的電焊、電爐、電機(jī)、整流裝置等投入使用。由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，用電科普知識不能有效普及，大量用戶并未充分考慮電能質(zhì)量相關(guān)問題，另外配網(wǎng)中補(bǔ)償電容器的設(shè)計大多未考慮諧波問題，更有大量用戶不投或過投補(bǔ)償裝置，使諧波處于難以控制的狀態(tài)，也是造成配網(wǎng)中諧波滋長的主要原因，若不加以控制，這種趨勢將處于增無減的狀態(tài)。

因此建立長期有效的電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測點、并輔以機(jī)動靈活的臨時監(jiān)測點相互配合，用于監(jiān)測、分析亳州供電公司電能質(zhì)量問題，并根據(jù)分析結(jié)果加以治理，勢在必行。

5.2 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測布點選擇

亳州供電公司主干線路為220kV供電，因此布點選擇在各個220kV樞紐變電站中，接入所有等級母線電壓，主變低壓側(cè)開關(guān)電流，及110kV重點用戶及聯(lián)絡(luò)線路電流。以實時監(jiān)測該變電站的電能質(zhì)量情況，通過對變電站的電能質(zhì)量監(jiān)測，能判斷與該站相接的其他110kV、35kV變電站是否可能存在電能質(zhì)量超標(biāo)情況。并通過臨時監(jiān)測點的建立現(xiàn)場測試各重點用戶電能質(zhì)量情況。

5.3 亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測總體設(shè)計實施方案

（1）電能質(zhì)量監(jiān)測儀工作原理。本項目的設(shè)計的電能質(zhì)量監(jiān)測儀，電壓和電流信號號經(jīng)過傳感器、高精度放大電路、抗混疊濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，GPS的分脈沖信號和觸發(fā)錄波的開關(guān)量經(jīng)光電隔離后送DSP進(jìn)行分析及相關(guān)數(shù)據(jù)處理（開關(guān)量觸發(fā)錄波和精確對時），然后將測試結(jié)果通過PCL總線送工控機(jī)。工控機(jī)可將這些結(jié)果顯示、存儲、遠(yuǎn)傳。（2）電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理。由多臺電能質(zhì)量監(jiān)測儀（下位機(jī)），通訊網(wǎng)絡(luò)和電能質(zhì)量分析系統(tǒng)（上位機(jī)）構(gòu)成電能質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，上位機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)對下位機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、進(jìn)行遠(yuǎn)程錄波，從下位機(jī)獲取電能質(zhì)量測量數(shù)據(jù)并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。通過數(shù)據(jù)庫查詢，得到所需的測試報表，實時報表，統(tǒng)計報表，趨勢圖，波形圖，頻譜圖等等，并可顯示，打印，保存。上位機(jī)還能通過局域網(wǎng)與多用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。（3）亳州供電公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)關(guān)鍵點。本項目的測量的間隔時間等于3s，即相鄰兩次測量之間沒有縫隙。其采用的是TI公司的6000系列DSP，主頻高，內(nèi)建八個數(shù)據(jù)處理單元，可并行數(shù)據(jù)處理。其硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令集，適合用來作頻譜分析。并有高速PCI接口，方便與工控機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，為電能質(zhì)量諧波無縫監(jiān)測提供了物質(zhì)保障。由于采用了高速DSP，因此采用非整數(shù)點的頻譜分析方法，提高了諧波的分析精度；根據(jù)國標(biāo)，嚴(yán)格采用閃變量值判定的基準(zhǔn)方法計算閃變和變動；采用對稱分量法計算零序分量、正序分量、負(fù)序分量和三相不平衡度；頻率的測量精度主要取決于采樣頻率，與算法的合理性也有直接的關(guān)系。本項目A/D采樣率為12.8 kHz/通道，即：每周波采樣256點，加上合理的算法，使得頻率誤差≤0.002Hz，遠(yuǎn)優(yōu)于國標(biāo)的0.01 Hz。除了電能質(zhì)量監(jiān)測外，電力系統(tǒng)中常用的還有故障錄波儀，它主要功能是記錄電力系統(tǒng)發(fā)生故障時的電壓和電流波形。將電能質(zhì)量監(jiān)測和錄波功能有機(jī)結(jié)合，是電能質(zhì)量分析儀的發(fā)展趨勢之一。

電能質(zhì)量分析范文5

關(guān)鍵詞：供電電能質(zhì)量管理 對策分析

中圖分類號： U223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

0 前言

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量，通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)，關(guān)系到供電、用電系統(tǒng)及其設(shè)備正常工作(或運(yùn)行)的電壓、電流的各種指標(biāo)偏離規(guī)定范圍的程度。從嚴(yán)格意義上講，衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個方面的相關(guān)術(shù)語和概念。我們通常講電能質(zhì)量又包括電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量。電壓質(zhì)量包括電壓缺口、電壓不平衡、電壓諧波、電壓偏差、電磁暫態(tài)現(xiàn)象、電壓波動與閃變、電壓頻率偏差、短時電壓變動、過電壓、欠電壓等。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。電流質(zhì)量包括間諧波、噪聲、電流諧波、電流相位超前與滯后等。電能質(zhì)量管理主要是電壓質(zhì)量的管理。。

經(jīng)過最近幾年電網(wǎng)建設(shè)和技術(shù)改造的大規(guī)模投入，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨完善，線路的輸送能力和變電容量已基本能滿足用電需求。充裕的電容器、電抗器無功補(bǔ)償設(shè)備以及有載調(diào)壓變壓器的普遍使用，客觀上為電能質(zhì)量的提高奠定堅實的基礎(chǔ)。

1加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)與改造

電網(wǎng)是供電企業(yè)的經(jīng)營之本，是保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)，電網(wǎng)的建設(shè)與改造要具有一定先進(jìn)性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。通過建設(shè)與改造，把設(shè)備老化、運(yùn)行狀況較差的設(shè)備退出運(yùn)行，供電半徑大、線徑小、絕緣化程度不高的線路進(jìn)行優(yōu)化，使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更趨合理，負(fù)荷分配均衡，自動化程度高，供電能力和互倒互帶能力強(qiáng)。

2加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行檢修及負(fù)荷管理

電網(wǎng)運(yùn)行檢修及負(fù)荷管理是提高電壓質(zhì)量和供電可靠性的關(guān)鍵，特別是負(fù)荷的大小直接影響電壓的高低，每年應(yīng)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和負(fù)荷發(fā)展情況，認(rèn)真進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測及電力電量平衡，合理安排運(yùn)行方式。在低壓負(fù)荷管理方面，可對負(fù)荷較重的配電變壓器安裝負(fù)荷測試儀，實時監(jiān)測配電變壓器負(fù)荷，對未安裝負(fù)荷測試儀的配電變壓器，每月在負(fù)荷高峰期進(jìn)行負(fù)荷測試，對三相負(fù)荷不平衡的及時進(jìn)行調(diào)整，確保負(fù)荷不平衡率小15%。

3強(qiáng)化無功電壓管理

為加強(qiáng)電壓質(zhì)量及無功電力的綜合管理，切實改善電壓質(zhì)量，可從以下幾個方面著手：①根據(jù)縣級電網(wǎng)的特點，在無功補(bǔ)償中按照“統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、分級補(bǔ)償、就地

平衡”的原則，采用集中與分散相結(jié)合、以分散為主，電力部門補(bǔ)償與客戶端補(bǔ)償相結(jié)合，以客戶端補(bǔ)償為主，高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主，也就是說，既要在變電站l0kV母線和l0kV配電線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，也要在配電變壓器和客戶端對電動機(jī)進(jìn)行隨機(jī)補(bǔ)償，以實現(xiàn)無功就地平衡。

②制定合理的調(diào)壓方式，充分運(yùn)用有載調(diào)壓裝置，將無功補(bǔ)償裝置和變壓器分接開關(guān)的運(yùn)行方式結(jié)合起來，統(tǒng)一考慮，同時根據(jù)負(fù)荷的變化、季節(jié)特點，對母線電壓、配變檔位作適時調(diào)整，確保電壓質(zhì)量合格。同時在35kV，l0kV用戶端以及低壓用戶端安裝電壓監(jiān)測儀，每月定期采集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析，根據(jù)分析結(jié)果對個別配電變壓器進(jìn)行合理調(diào)檔或采取其他整改措施，保證用戶正常用電。

③加強(qiáng)客戶無功管理。客戶在報裝過程中，嚴(yán)把設(shè)計審查關(guān)、嚴(yán)把工程驗收關(guān)，確?？蛻魺o功補(bǔ)償容量達(dá)到就地平衡的要求;在用電營銷管理中全面實施力率調(diào)整電費(fèi)的管理辦法，重視客戶無功管理工作。對不重視無功補(bǔ)償?shù)目蛻簦_展無功知識講座，宣傳動員，幫助客戶提高設(shè)備完好率。四是加強(qiáng)諧波管理，建立健全諧波客戶檔案，定期對電網(wǎng)進(jìn)行諧波測試，分析原因，制定相應(yīng)的治理措施，進(jìn)一步提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

4建立健全管理標(biāo)準(zhǔn)及管理辦法

俗話說：“沒有規(guī)矩，不成方圓?！惫芾恚鸵袠?biāo)準(zhǔn)、有規(guī)范和制度，需要制定供電可靠性管理標(biāo)準(zhǔn)、電壓質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)電壓監(jiān)測統(tǒng)計制度、無功電力管理辦法、供電可靠性分析制度、可靠性目標(biāo)管理考核辦法、電壓質(zhì)量管理考核辦法等，要形成一套健全的管理機(jī)制，對供電可靠率、電壓合格率等指標(biāo)要進(jìn)行合理測算分解，將指標(biāo)層層下達(dá)到部門、班組，并將指標(biāo)的完成情況納入績效管理考核;定期組織召開專題分析會，及時總結(jié)經(jīng)驗，找出差距，制定整改措施，做到會議有記錄，問題有分析，整改有措施，考核有落實，充分調(diào)動各部門各崗位職工的積極性，保證供電可靠性和無功電壓工作順利開展。

5加強(qiáng)生產(chǎn)計劃管理

隨著設(shè)備運(yùn)行水平的提高，計劃性停電成為影響供電可靠性指標(biāo)的主要方面，為此，需要制定停電平衡制度和生產(chǎn)計劃管理考核細(xì)則，每月定期組織召開停電平衡會議，合理安排各部門班組的生產(chǎn)任務(wù)，當(dāng)有多個班組工作的停電線路盡量安排同一天進(jìn)行，杜絕重復(fù)停電現(xiàn)象，減少臨時停電時間，確保停電時戶數(shù)在計算控制范圍內(nèi)，與此同時，還需加強(qiáng)停送電工作管理，協(xié)調(diào)檢修、運(yùn)行部門的工作，及時恢復(fù)停電線路的供電，減少由于協(xié)調(diào)配合問題引起的延時送電現(xiàn)象;要通過生產(chǎn)計劃的管理，將停電時間作為一項重要內(nèi)容記入各部門的考核范疇，改變過去“無效益觀念”，以及電網(wǎng)維護(hù)時間無量化，不考核，想干多久就干多久，停電早，開工晚的現(xiàn)象。

6加強(qiáng)調(diào)度、通信管理，合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式

調(diào)度、通信管理是保證電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定的重要保障，也是保證電壓質(zhì)量合格率、供電可靠率達(dá)到要求的關(guān)鍵。在調(diào)度、通信管理方面應(yīng)緊緊圍繞安全、可靠、穩(wěn)定這一主線，建立完善電網(wǎng)調(diào)度規(guī)程、變電站、配電線路現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程、調(diào)度管理標(biāo)準(zhǔn)、防止誤調(diào)度管理措施、二十五項反事故措施等，在遠(yuǎn)動、通信方面加強(qiáng)基礎(chǔ)資料臺帳的管理，做好通信遠(yuǎn)動設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)和統(tǒng)計分析工作，結(jié)合調(diào)度運(yùn)行情況查找電網(wǎng)管理以及相關(guān)設(shè)備存在的薄弱環(huán)節(jié)，落實整改措施，逐步提高電網(wǎng)的運(yùn)行和管理水平。

合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有力措施，也是提高電能質(zhì)量的有力措施。加強(qiáng)調(diào)控值班，及時掌握電網(wǎng)負(fù)荷情況和潮流分布情況以及發(fā)電廠發(fā)電情況，使電網(wǎng)在最合理的方式下運(yùn)行，從而提高電能質(zhì)量。如我們上猶電網(wǎng)，在豐水期間，由于各小水電競相發(fā)電，而小水電分布又主要集中在營前、五指峰一帶，導(dǎo)致局部電網(wǎng)電壓過高，這時，通過調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式就能有效的解決局部電壓過高的問題，從而提高電能質(zhì)量。

7加強(qiáng)員工技術(shù)培訓(xùn)

專業(yè)管理的基礎(chǔ)在班組，要進(jìn)一步完善和規(guī)范專業(yè)管理工作，需加強(qiáng)班組人員的培訓(xùn)，為此，需制定人才發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)培訓(xùn)年度計劃，結(jié)合工作實際，可聘請有關(guān)專家或廠家技術(shù)人員對生產(chǎn)一線員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，同時組織專業(yè)管理人員的培訓(xùn)。積極開展崗位練兵、技能比武、管理知識培訓(xùn)等，進(jìn)一步提高員工的技術(shù)水平和專業(yè)管理意識，使縣級供電企業(yè)的專業(yè)管理工作更加規(guī)范，基礎(chǔ)更加牢固。

8加強(qiáng)設(shè)備全過程管理，保證設(shè)備健康運(yùn)行

全過程設(shè)備管理就是要從設(shè)備選型定貨到施工質(zhì)量控制、驗收投運(yùn)，巡視檢查、預(yù)試，閉環(huán)缺陷管理等各個環(huán)節(jié)制定管理規(guī)定，落實責(zé)任、考核到位。

設(shè)備選型：重要設(shè)備選型要結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)水平，在投資合理的前提下，質(zhì)量要可靠；

施工質(zhì)量：在施工過程中堅持三級質(zhì)量管理，實施監(jiān)理監(jiān)查制，按照工藝質(zhì)量要求嚴(yán)格控制工序質(zhì)量，同時加大隱蔽工程的質(zhì)量監(jiān)查，避免遺留長期性質(zhì)量隱患；

缺陷管理：缺陷的管理分變電缺陷、輸配電缺陷的管理，要制定明確的設(shè)備分工管理制度和缺陷管理制度，缺陷的管理要形成閉環(huán)；

設(shè)備評級：設(shè)備評級分變電設(shè)備評級、輸配電設(shè)備評級、低壓設(shè)備的評級。設(shè)備評級的目的是掌握設(shè)備的健康狀況，通過設(shè)備評級，發(fā)現(xiàn)問題要及時整改，并做好設(shè)備完好率、一類率統(tǒng)計工作；

設(shè)備預(yù)試：按變電設(shè)備、輸配電設(shè)備的預(yù)試周期制定預(yù)試計劃并開展工作，應(yīng)試設(shè)備、應(yīng)試項目完成率達(dá)100%；

保護(hù)定檢：按保護(hù)定檢周期制定定檢計劃并開展保護(hù)定檢工作，定檢完成率達(dá)100%。

9做好專業(yè)規(guī)劃，理清發(fā)展思路

按照“抓規(guī)劃促發(fā)展、抓項目奠基礎(chǔ)、抓實施重落實”的工作思路，優(yōu)化資源配置，編制電網(wǎng)規(guī)劃、電壓質(zhì)量和供電可靠性中長期規(guī)劃，并結(jié)合實際，合理編制年度專業(yè)工作計劃，理清專業(yè)管理發(fā)展思路，確保專業(yè)管理工作有條不紊地開展。

10建立健全組織機(jī)構(gòu)

電能質(zhì)量的管理工作包含供電可靠性和無功電壓兩個專項，首先需要建立健全供電可靠性和無功電壓管理網(wǎng)絡(luò)，做到分工明確，責(zé)任清楚，為供電可靠性和無功電壓管理工作的開展提供組織保證。

11加強(qiáng)電能質(zhì)量污染源技術(shù)監(jiān)督和治理

利用電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、計量自動化系統(tǒng)全面監(jiān)測電網(wǎng)電能質(zhì)量干擾源分布情況，組織對電能質(zhì)量干擾源的普測，并定期進(jìn)行完善，監(jiān)督指導(dǎo)干擾源用戶進(jìn)行電能質(zhì)量污染治理，減少對其他正常用戶電壓質(zhì)量的影響。建立一個在線監(jiān)測、定時檢測和隨機(jī)抽查相結(jié)合的諧波監(jiān)測系統(tǒng)。非線性干擾源接入電網(wǎng)時，應(yīng)進(jìn)行電能質(zhì)量評估，充分考慮其對敏感和重要用戶的影響，選擇合適的供電電壓等級和接入點，嚴(yán)控設(shè)備的入網(wǎng)關(guān)，在其完善干擾源治理并通過驗收后，方可接入電網(wǎng)。

總之，電能質(zhì)量的好壞體現(xiàn)供電企業(yè)的綜合管理水平，加強(qiáng)電能質(zhì)量管理，勢在必行。但由于縣級供電企業(yè)由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，管理模式多元化，因此在電能質(zhì)量管理方面有很大的難點。要提高電能質(zhì)量，應(yīng)注重過程管理，不管縣級供電企業(yè)的機(jī)構(gòu)如何設(shè)置，模式如何變化，專業(yè)的管理原則不能動搖，管理過程不能放松，只有理清專業(yè)管理思路，夯實專業(yè)基礎(chǔ)，才能提高電能質(zhì)量的管理水平，供電可靠率和電壓合格率才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，才能提升供電企業(yè)的社會形象。

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電能質(zhì)量分析范文6

關(guān)鍵詞 電動汽車；諧波；充電機(jī)；V2G

中圖分類號 TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2537（2015）03-0058-05

石油資源匱乏的危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的緊迫需求，促使著汽車工業(yè)勢必朝著零排放、低噪聲和綜合利用能源的方向發(fā)展，積極地研發(fā)生產(chǎn)電動汽車是解決這個日益嚴(yán)重問題的最佳途徑，其中純電動汽車被普遍認(rèn)為是未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向[1].

但是，大量的電動汽車接入電網(wǎng)會對電力系統(tǒng)的運(yùn)行和規(guī)劃產(chǎn)生一些負(fù)面影響[2]：（1）電負(fù)荷增加，尤其大量電動汽車在用電高峰期充電會增加峰谷差，造成電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰；（2）電動汽車蓄電池充放電設(shè)備充放電時具有非線性， 這將導(dǎo)致充放電時產(chǎn)生很大的諧波污染，供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量將受到影響；（3）負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增加了電網(wǎng)規(guī)劃的難度[3].

國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車充電時諧波污染情況進(jìn)行了較多研究，而對電動汽車向電網(wǎng)放電時的諧波污染情況分析較少[4].因此，本文重點研究多臺充電機(jī)放電過程對電網(wǎng)的影響，通過仿真分析多臺充電機(jī)共用一個充電樁和多個充電樁同時放電時對電網(wǎng)的影響，提出了幾種可行性對策，使諧波影響降到最小[5-6].

1 V2G技術(shù)介紹

充電機(jī)放電主要是V2G技術(shù)的應(yīng)用，V2G全稱是Vehicle-to-grid，它描述的是這樣一個系統(tǒng)：當(dāng)混合電動車或者純電動汽車沒有運(yùn)行的時候，可以通過鏈接到電網(wǎng)的電動馬達(dá)將汽車中多余的能量賣給電網(wǎng)，反過來，當(dāng)電動車的電池需要充電時，電網(wǎng)可以發(fā)送電流給蓄電池充電，實現(xiàn)在受控狀態(tài)下電動汽車的能量與電網(wǎng)之間的雙向互動和交換[7].V2G技術(shù)可以應(yīng)用于任何可網(wǎng)絡(luò)化的車輛，也就是插電電動汽車（Plug-in Electric Vehicle， PEV）或者插電混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle， PHEV）.因為大部分的電動汽車平均有95%的時間都是停著的，這些沒有工作的汽車電池可以將電能輸給電網(wǎng)[8].目前研究最多的還是利用車載電池來處理電網(wǎng)的高峰低谷負(fù)荷均衡問題，雖然研究表明電池組不適合對電網(wǎng)提供基本電力，但是V2G車輛對電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻的作用還是非常有吸引力的[9].理想中的V2G車輛是能在非高峰時段自動給蓄電池充電，在高峰時段對電網(wǎng)放電、售電，以替代效率較低的調(diào)峰電廠.因為火電廠在接到調(diào)峰信號后，需要較長的啟動時間，然而高性能車載動力蓄電池對信號的反應(yīng)速度能達(dá)到毫秒級別[10].

顯然，單臺電動汽車的動力蓄電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足電網(wǎng)調(diào)峰的要求.但是通過智能化的電網(wǎng)平臺，分散的電力資源即可實現(xiàn)規(guī)?；?例如，假設(shè)我們將10，000輛平均存儲容量為15 kWh的V2G電池車接入電網(wǎng)，可以獲得30 MW容量，30 MW對于基本電網(wǎng)電力負(fù)荷可能并不能起多大作用，但對于調(diào)頻來說作用還是不容小視，相當(dāng)于PJM系統(tǒng)中5%的調(diào)節(jié)負(fù)荷[11].

電動汽車既可以選擇公共電網(wǎng)進(jìn)行充電，也可以選擇可再生能源（譬如風(fēng)力或太陽能）發(fā)電作為電力來源.隨著未來新能源技術(shù)的發(fā)展，有人認(rèn)為使用這種方法后可以緩沖可再生能源發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊，例如，通過將大風(fēng)期間生產(chǎn)的電能儲存起來和在電網(wǎng)高負(fù)荷期間將電能返回到電網(wǎng)的方式，可以很好地穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電供能的間歇性和不穩(wěn)定性[12].

2 充電機(jī)充放電對電網(wǎng)仿真分析

電動汽車除了能夠有助于節(jié)能減排的完成，還可以幫助電力公司完成削峰填谷的作用.本文重點研究了電動汽車放電時對電網(wǎng)的影響.充電機(jī)放電原理圖如圖1所示，車載電源由控制系統(tǒng)控制后再經(jīng)逆變系統(tǒng)把直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓，最后接入電網(wǎng).

充電機(jī)放電仿真時，采用三相SPWM逆變電路[13].充電機(jī)等效為一個蓄電池，此仿真圖中，等效蓄電池容量為120 Ah，輸出電壓為220 V.仿真電路中電網(wǎng)電壓為10 kV.放電過程中，采取了諧波分析，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量 公用諧波》有關(guān)規(guī)定，測量電網(wǎng)側(cè)電流諧波幅值最大的3，5，7，11，13，15，17，19次諧波的具體數(shù)值.

為了更真實地仿真充電機(jī)放電的情形，將電網(wǎng)電路等效為一個π型電路，變壓器仿真實際額定容量為1 000 kVA的10 kV級有載調(diào)壓配電變壓器.根據(jù)實際的電網(wǎng)架空線路LGJ―400/50參數(shù)可得其電阻、電抗和電納.其中r=0.08 Ω/km，xL=0.406 Ω/km，bC=2.81×10-6 S/km，并設(shè)一段電網(wǎng)線路的長度為1.5 km，則可得：

R=rl=0.08×1.5=0.12 （Ω），

XL=xLl=0.406×1.5=0.609 （Ω），

12BC=12bcl=12×2.81×10-6×1.5=21.1×10-7 （S），

由上式計算出π型等效電路的電感和電容值：

L=XL2πf=0.6092×π×50=1.94×10-3（H），

C=BC2πf=21.1×10-72×π×50=0.672×10-8 （F）.

對于配電變壓器采用文獻(xiàn)[14]中的參數(shù)計算方法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10288-2008《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》精確的仿真了額定容量為1 000 kVA的10 kV級有載調(diào)壓配電變壓器，由計算得出的各種參數(shù)運(yùn)用到simulink中進(jìn)行仿真，電路圖如圖2：

然后，得到的電網(wǎng)側(cè)電流諧波含有率如圖3所示.

仿真數(shù)據(jù)得出，放電過程在電網(wǎng)側(cè)測量得到電流諧波總畸變率THD為11.29%，其余多次諧波的數(shù)值在仿真中會隨著時間的變化而有微小波動.從諧波測量的數(shù)值可以看出，3次諧波含有量很小，這是由于變壓器采用了Y-連接，消除了3次諧波影響，5和7次諧波含有率分別達(dá)到9.27%和4.95%，影響較大，其余高次奇次諧波影響較小[15].

當(dāng)?shù)刃щ姵厝萘繛?0 Ah時，通過諧波測量模塊，得到電網(wǎng)側(cè)電流諧波總畸變率為11.30%，較120 Ah時略有增加.其中5次和7次諧波占有率分別為9.26%和4.95%，較120 Ah時變化很小.其他高次諧波變化也很小，可忽略不計.當(dāng)電池容量增大到200 Ah時諧波情況變化也很小，可認(rèn)為基本不變.

當(dāng)把電池額定電壓降到100 V時，電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD降到了11.08%，5次和7次諧波占有率分別降為9.01%和4.90%.當(dāng)額定電壓值設(shè)定為300 V時，電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD為11.54%，5次和7次諧波占有率分別為9.48%和5.01%，較額定電壓為220 V時都有增加.

將3個120 Ah、220 V的電池并聯(lián)放電（相當(dāng)于3輛電動汽車同時放電），得到電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD為6.83%，5次和7次諧波占有率分別為5.60%和3.22%.5個電池并聯(lián)放電得到電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD為4.78%，5次和7次諧波占有率分別為3.90%和2.31%.較單個電池放電，諧波污染顯著減少.

若將3臺充電機(jī)并聯(lián)放電，得到電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD為9.51%，5次和7次諧波占有率分別為7.77%和4.33%.五臺充電機(jī)并聯(lián)放電，得到電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD為8.33%，5次和7次諧波占有率分別為6.81%和3.86%.較單臺充電機(jī)放電諧波污染有顯著下降.

通過以上測量分析可知，采用多臺充電機(jī)同時放電，并且每臺充電機(jī)有多臺電動汽車（電池）放電時有利于減少電網(wǎng)的諧波污染.

3 充電機(jī)充充電對電網(wǎng)仿真分析

充電機(jī)充電仿真圖如圖4所示.

為準(zhǔn)確仿真電動汽車向電網(wǎng)放電的諧波污染情況，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本文在仿真電路中精確地仿真了10 kV電網(wǎng)向充放電站引入的1.5 km進(jìn)線的參數(shù)，并仿真了額定容量為1 000 kVA的10 kV級有載調(diào)壓配電變壓器，從而保證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性.

分別將6臺、24臺、48臺充電機(jī)接入電網(wǎng)，其諧波大小和分布情況如圖5所示.

圖5 6臺、24臺、48臺充電機(jī)接入時電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率

Fig.5 The THD of 6， 24 and 48chargers connected to the grid

仿真數(shù)據(jù)得出電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD分別為45.68%，37.45%和31.79%.從以上仿真結(jié)果可以看出，隨著充電機(jī)同時接入電網(wǎng)充電數(shù)量的增多，電網(wǎng)側(cè)電流總畸變率THD逐漸下降.這是由于當(dāng)大量的充電機(jī)所產(chǎn)生的各次諧波相互削弱和抵消所引起的.由此可見，多臺充電機(jī)同時充電有利于減少充電機(jī)對電網(wǎng)的諧波污染.

4 結(jié)論

本文分別仿真分析了一臺充電機(jī)充電、多臺充電機(jī)同時充電，一臺充電機(jī)放電、多臺充電機(jī)同時放電時對電網(wǎng)的電能質(zhì)量的影響.研究結(jié)果表明：為了減少充電機(jī)放電對電網(wǎng)的諧波污染，應(yīng)該采用多臺充電機(jī)同時充放電，并且每臺充電機(jī)有多臺電動汽車（電池）放電，同時綜合考慮電動汽車電池性能、價格等因素，應(yīng)適當(dāng)減小電池額定電壓，以保證電動汽車放電時電網(wǎng)的電能質(zhì)量.此外，為抑制諧波污染，還可以加裝濾波器和無功補(bǔ)償設(shè)備.

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